Phát triển hệ thống tự phục hồi trong bê tông với bacillus subtilis natto

• Người hướng dẫn: Professor Imamoto Kei-ichi
• Trường học: Tokyo University of Science
• Chuyên ngành: Building Material Science
• Đề tài: Hệ thống tự phục hồi trong bê tông sử dụng bacillus subtilis natto
• Loại tài liệu: thesis

• Acknowledgment
• Dedication
• Abstract
• List of Figures
• List of Tables
• 1. CHAPTER 1: Why we need self-healing in concrete materials?
• 1.1. Advances and challenges for current self-healing approaches
• 1.2. What bacteria can do and how to shorten the way from the laboratory to real self-healing applications?
• 1.3. Reference
• 2. CHAPTER 2: Literature review of self-healing
• 2.1. Different approaches of self-healing concrete
• 2.2. Quantification methods of self-healing ability
• 2.3. Current problems and challenges
• 2.4. Reference
• 3. CHAPTER 3: Features of the study
• 3.1. Mechanism of healing products formation and promotion of the hydration process
• 3.2. Bacterial protection in lightweight aggregate
• 3.3. Using lactose as nutrient-low for bacteria and the effect of immobilizing sugar in lightweight aggregate on prevention adverse on concrete
• 3.4. Self-healing evaluation and quantification
• 3.5. Reference
• 4. CHAPTER 4: Materials and experiments design
• 4.1. Analysis of the urea hydrolysis and bio-mineralization
• 4.2. Bacterial activities and its bio-mineralization in concrete
• 4.3. Breakage rate and the behavior of lightweight aggregate for releasing bacterial self-healing agents
• 4.4. Effect of immobilizing sugar in lightweight aggregate on prevention adverse on concrete
• 4.5. Compressive strength improvement using bacterial repairing solution
• 4.6. Compressive strength improvement using lightweight aggregate immobilized bacteria
• 4.7. Compressive strength restoration
• 4.8. Continuous curing for one-cycle strength restoration
• 4.9. Multi-cycle strength restoration and the repetitive self-healing
• 4.10. Ultrasonic pulse velocity
• 4.11. Bacterial survival rate and the protecting effectiveness of lightweight aggregate
• 4.12. Water permeability and visual evaluation of crack healing
• 4.13. Capillary water absorption through the crack
• 4.14. Water flow through the crack
• 4.15. Visual evaluation of crack healing
• 4.16. Reference
• 5. CHAPTER 5: Results and discussion
• 5.1. Analysis of the urea hydrolysis and bio-mineralization
• 5.2. Bacterial activities and its bio-mineralization in concrete
• 5.3. Breakage rate and the behavior of lightweight aggregate for releasing bacterial self-healing agents
• 5.4. Compressive strength improvement using bacterial repairing solution
• 5.5. Compressive strength improvement using lightweight aggregate immobilized bacteria
• 5.6. Compressive strength restoration
• 5.7. Continuous curing for one-cycle strength restoration
• 5.8. Multi-cycle strength restoration and the repetitive self-healing
• 5.9. Ultrasonic pulse velocity
• 5.10. Pulse velocity over curing time
• 5.11. Pulse velocity over multi cracking-healing cycle
• 5.12. Microstructure analysis
• 5.13. Performance of bacteria immobilized in lightweight aggregate for calcium carbonate precipitation
• 5.14. Stimulating ability on the formation and development of hydrated cement minerals of bacterial calcium carbonate
• 5.15. Bacterial survival rate and the protecting effectiveness of lightweight aggregate
• 5.16. Water permeability and visual evaluation of crack healing
• 5.17. Capillary water absorption through the crack
• 5.18. Water flow through the crack
• 5.19. Visual evaluation of crack healing
• 5.20. Reference
• 6. CHAPTER 6: Possibility of Bacillus subtilis natto on bio-mineralization
• 6.1. Mechanical behavior of self-healing concrete under multi-cracking cycles
• 6.2. Water permeability and water leakage prevention in bacteria-based self-healing concrete
• Appendix 1. Real-scale application
• Appendix 2. Experimental data

I. Tổng quan về hệ thống tự phục hồi trong bê tông sử dụng Bacillus subtilis natto

Hệ thống tự phục hồi trong bê tông là một công nghệ tiên tiến nhằm cải thiện độ bền và tuổi thọ của các công trình xây dựng. Việc sử dụng Bacillus subtilis natto trong bê tông không chỉ giúp khắc phục các vết nứt mà còn tạo ra một môi trường bền vững cho sự phát triển của vi sinh vật. Công nghệ này đang thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong ngành xây dựng.

1.1. Khái niệm về bê tông tự phục hồi

Bê tông tự phục hồi là loại bê tông có khả năng tự sửa chữa các vết nứt mà không cần sự can thiệp của con người. Công nghệ này sử dụng các vi sinh vật như Bacillus subtilis natto để tạo ra các sản phẩm khoáng chất giúp lấp đầy các vết nứt.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng Bacillus subtilis natto

Việc sử dụng Bacillus subtilis natto trong bê tông mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng tự phục hồi, giảm thiểu chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ của công trình. Nghiên cứu cho thấy vi sinh vật này có thể tạo ra canxi cacbonat, giúp lấp đầy các vết nứt hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong việc áp dụng hệ thống tự phục hồi

Mặc dù công nghệ tự phục hồi trong bê tông có nhiều tiềm năng, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức cần giải quyết. Các vấn đề như khả năng sống sót của vi sinh vật trong môi trường bê tông khắc nghiệt và hiệu quả của quá trình tự phục hồi vẫn cần được nghiên cứu thêm.

2.1. Khó khăn trong việc duy trì vi sinh vật

Một trong những thách thức lớn nhất là duy trì sự sống của Bacillus subtilis natto trong bê tông. Các yếu tố như độ ẩm, pH và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của vi sinh vật.

2.2. Hiệu quả của quá trình tự phục hồi

Cần có các phương pháp đánh giá hiệu quả của quá trình tự phục hồi để xác định mức độ thành công của công nghệ này. Các nghiên cứu hiện tại vẫn chưa đủ để khẳng định tính hiệu quả lâu dài của hệ thống tự phục hồi.

III. Phương pháp nghiên cứu hệ thống tự phục hồi trong bê tông

Nghiên cứu về hệ thống tự phục hồi trong bê tông sử dụng Bacillus subtilis natto thường bao gồm các phương pháp như thử nghiệm độ bền, phân tích vi cấu trúc và đánh giá khả năng tự phục hồi. Những phương pháp này giúp xác định hiệu quả của vi sinh vật trong việc khắc phục các vết nứt.

3.1. Thử nghiệm độ bền của bê tông

Thử nghiệm độ bền là một trong những phương pháp quan trọng để đánh giá khả năng phục hồi của bê tông. Các mẫu bê tông được kiểm tra độ bền nén và độ bền kéo sau khi trải qua các chu kỳ nứt và phục hồi.

3.2. Phân tích vi cấu trúc của bê tông

Phân tích vi cấu trúc giúp xác định sự hình thành các sản phẩm khoáng chất từ Bacillus subtilis natto trong bê tông. Các kỹ thuật như SEM và XRD thường được sử dụng để quan sát sự phát triển của các tinh thể canxi cacbonat.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống tự phục hồi trong bê tông

Hệ thống tự phục hồi trong bê tông sử dụng Bacillus subtilis natto đã được áp dụng trong nhiều dự án xây dựng thực tế. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện độ bền của công trình mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì trong dài hạn.

4.1. Các dự án xây dựng sử dụng công nghệ tự phục hồi

Nhiều dự án xây dựng đã áp dụng công nghệ tự phục hồi, cho thấy hiệu quả trong việc giảm thiểu thiệt hại do nứt. Các công trình này bao gồm cầu, đường và tòa nhà cao tầng.

4.2. Kết quả nghiên cứu và đánh giá

Các nghiên cứu cho thấy rằng bê tông sử dụng Bacillus subtilis natto có khả năng tự phục hồi tốt hơn so với bê tông thông thường. Kết quả này được xác nhận qua các thử nghiệm độ bền và khả năng chống thấm nước.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống tự phục hồi trong bê tông

Hệ thống tự phục hồi trong bê tông sử dụng Bacillus subtilis natto là một giải pháp hứa hẹn cho ngành xây dựng. Với những lợi ích về độ bền và khả năng tự phục hồi, công nghệ này có thể trở thành xu hướng trong tương lai.

5.1. Tương lai của công nghệ tự phục hồi

Công nghệ tự phục hồi có tiềm năng lớn trong việc cải thiện độ bền của bê tông. Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng trong các công trình lớn.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần có thêm nhiều nghiên cứu để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của Bacillus subtilis natto trong bê tông. Việc phát triển các phương pháp mới để cải thiện khả năng sống sót của vi sinh vật cũng là một hướng đi quan trọng.