Бактериальный порошок для быстрой стабилизации гравийных поверхностей

Исследователи из Лаборатории механики грунтов EPFL разработали легко воспроизводимую технику, использующую бактерии и мочевину для укрепления песчаных или гравийных грунтов. Серия химических реакций приводит к быстрому образованию минеральных кристаллов, которые связывают частицы грунта.

Существующие подходы к стабилизации грунта, такие как инъекции бетона или глубокие фундаменты, часто непрактичны, нерентабельны или экологически нежелательны. Димитриос Терзис и Льесс Лалуи из EPFL предложили органическое, простое в использовании и недорогое решение, сочетающее бактерии Sporosarcina pasteurii и мочевину. Эти вещества реагируют с образованием кристаллов кальцита, которые прочно связывают частицы гравия или песка. Исследование опубликовано в Scientific Reports.

Результат за несколько дней

Бактерии, предварительно лиофилизированные для удобства, распыляют по грунту. Они связываются с частицами песка и гравия, размножаются и образуют защитный адгезивный слой. Затем бактерии выступают посредником между мочевиной и кальцием, которые распыляют сверху.

Бактерии расщепляют молекулы мочевины, что высвобождает карбонат. Карбонат связывается с кальцием, образуя кристаллы кальцита. Кристаллы прикрепляются к частицам грунта и растут, достигая в некоторых случаях нескольких сотен микрометров в диаметре.

Фермент уреаза, также высвобождаемый в процессе пищеварения бактерий, ускоряет реакцию в 1000 раз, позволяя достичь результата за дни или даже часы. Исследователи успешно опробовали «бесклеточную» альтернативу, используя только уреазу, что упрощает масштабирование метода и снижает его стоимость.

Масштабируемое решение

Устойчивость этого биологического цемента и его микроструктура были протестированы на различных типах грунта с отличными результатами. Команда разработала новый метод количественного наблюдения с помощью рентгеновской микротомографии и 3D-реконструкций, чтобы детально изучить механизм роста кристаллов и состояние связей.

Биоцемент можно производить на месте при комнатной температуре с помощью низкоэнергетического процесса. Его применение масштабируется под нужды проекта. Небольшие количества кальцита достаточно, чтобы гравий выдерживал напряжения от сильного землетрясения, стабилизировал склоны или укреплял существующие фундаменты. Более высокие уровни кальцита позволяют использовать материал для строительства или гидроизоляции грунта.