Nghiên cứu bê tông tự liền vết nứt bằng cơ chế sinh học vi khuẩn

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

SUMMARY

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về hiện tượng biến dạng nứt vỡ trong bê-tông xi-măng và hệ quả của nó đến tính bền môi trường

1.2. Nội ứng suất xuất hiện trong vật liệu bê-tông và sự hình thành vết nứt

1.3. Quá trình biến dạng và nứt vỡ trong bê-tông xi-măng theo thời gian

1.4. Giải pháp xử lý vết nứt bằng cơ chế tự liền (self-healing)

1.5. Cơ chế tự liền sinh học

1.6. Bản chất hóa lý của quá trình tạo calcite theo cơ chế sinh học vi khuẩn (bio-mineralization)

1.7. Tính hình công bố và xu hướng của nghiên cứu

1.8. Mục tiêu nghiên cứu

1.9. Đối tượng nghiên cứu

1.10. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của nội dung nghiên cứu

1.11. Ý nghĩa khoa học của việc đề xuất nghiên cứu

1.12. Ý nghĩa thực tiễn ứng dụng của nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Phương pháp tiếp cận nghiên cứu theo mức độ tăng dần (từ mẫu nhỏ đến lớn)

2.2. Lưu đồ tổng quát quy trình thực nghiệm

2.3. Các phương pháp và thiết bị phân tích

2.4. Quy trình lọc, thu sinh khối vi khuẩn

2.5. Phân tích vi cấu trúc bằng kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử quét

2.6. Phân tích thành phần khoáng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

2.7. Đo độ bền cơ thông qua cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả đánh giá khả năng tổng hợp CaCO3 nhờ vi khuẩn

3.2. Sự thay đổi pH

3.3. Phổ phân tích nhiễu xạ tia X

3.4. Ảnh quan sát trên kính hiển vi quang học

3.5. Phổ phân tích hồng ngoại

3.6. Phân tích ảnh hình thái tinh thể

3.7. Kết quả tạo khoáng sản phẩm calcite trong viên diatomite cố định vi khuẩn mật độ cao

3.8. Ảnh chụp quan sát bằng mắt thường

3.9. Ảnh chụp quan sát vi cấu trúc SEM

3.10. Phổ phân tích nhiễu xạ tia X

3.11. Kết quả đánh giá hiệu quả của việc cố định vi khuẩn nhờ Diatomite

3.12. Ảnh chụp quan sát vi cấu trúc

3.13. Ảnh chụp quan sát qua kính hiển vi quang học

3.14. Phân tích định danh vi khuẩn

3.15. Kết quả đánh giá hiệu quả cải thiện độ bền cơ của vữa vi khuẩn

3.16. Cường độ chịu uốn

3.17. Cường độ chịu nén

3.18. Kết quả đánh giá hiệu quả cải thiện độ bền cơ của mẫu bê-tông vi khuẩn

3.19. Cường độ chịu nén

3.20. Ảnh chụp quan sát vi cấu trúc

3.21. Kết quả đánh giá tính tự liền mẫu vữa vi khuẩn

3.22. Ảnh chụp đánh giá trực quan

3.23. Ảnh chụp đánh giá vi cấu trúc

3.24. Phổ phân tích nhiễu xạ tia X

3.25. Cường độ chịu uốn còn lại

4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1. Đánh giá khả năng dùng vi khuẩn Bacillus subtilis HU58 tổng hợp CaCO3

4.2. Đánh giá hiệu quả cố định vi khuẩn của viên diatomite

4.3. Đánh giá hiệu quả tự liền

4.4. Đánh độ bền cơ của mẫu vữa, bê-tông vi khuẩn

4.5. Khảo sát cường độ và khả năng tự liền trên bê-tông với thời gian dài hơn, tiến tới thử nghiệm trên cấu kiện dầm, tấm

4.6. Cải thiện tính bền viên diatomite cố định vi khuẩn và khả năng phân tán khi nhào trộn

4.7. Nghiên cứu động học quá trình tổng hợp sản phẩm khoáng calcite dựa trên cơ chế sinh học vi khuẩn Bacilus subtilis HU58

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hiện tượng biến dạng nứt vỡ trong bê tông xi măng

Bê tông là vật liệu xây dựng phổ biến, nhưng hiện tượng nứt vỡ trong bê tông xi-măng là một vấn đề nghiêm trọng. Khi chịu tải trọng, bê tông có thể xuất hiện các vết nứt do nội ứng suất. Các vết nứt này không chỉ ảnh hưởng đến tính bền của cấu kiện mà còn làm giảm khả năng chịu lực của bê tông. Việc nghiên cứu và hiểu rõ cơ chế hình thành vết nứt là rất quan trọng để phát triển các giải pháp khắc phục. Các nguyên nhân gây nứt bao gồm co ngót do thủy hóa, chênh lệch nhiệt độ và từ biến. Những yếu tố này dẫn đến sự hình thành các vết nứt nhỏ, có thể phát triển thành các vết nứt lớn hơn nếu không được xử lý kịp thời.

1.1. Nội ứng suất xuất hiện trong vật liệu bê tông

Nội ứng suất trong bê tông là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự hình thành vết nứt. Khi bê tông chịu tải trọng, các ứng suất này có thể vượt quá giới hạn chịu lực của vật liệu, dẫn đến hiện tượng nứt vỡ. Quá trình này diễn ra từ từ và liên tục, và các vết nứt có thể xuất hiện ngay cả khi bê tông chưa chịu tải. Việc hiểu rõ về nội ứng suất giúp các kỹ sư thiết kế các cấu kiện bê tông có khả năng chịu lực tốt hơn và giảm thiểu rủi ro nứt vỡ.

II. Cơ chế tự liền sinh học

Cơ chế tự liền sinh học là một phương pháp mới trong việc khắc phục vết nứt trong bê tông. Phương pháp này sử dụng vi khuẩn để tạo ra các sản phẩm khoáng như calcite, giúp lấp đầy các vết nứt. Vi khuẩn Bacillus subtilis HU58 được lựa chọn vì khả năng tổng hợp calcite hiệu quả. Khi vi khuẩn này được đưa vào bê tông, chúng sẽ hoạt động trong môi trường ẩm ướt và tạo ra calcite, từ đó giúp tự liền các vết nứt. Nghiên cứu cho thấy rằng bê tông có chứa vi khuẩn có khả năng tự liền tốt hơn so với bê tông thông thường.

2.1. Bản chất hóa lý của quá trình tạo calcite

Quá trình tạo calcite từ vi khuẩn là một hiện tượng sinh học thú vị. Vi khuẩn Bacillus subtilis HU58 có khả năng chuyển hóa các hợp chất như urea và CaCl2 thành calcite. Sản phẩm này không chỉ giúp lấp đầy các vết nứt mà còn cải thiện tính chất cơ học của bê tông. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng calcite có thể hình thành trong các lỗ rỗng của bê tông, từ đó làm tăng độ bền và khả năng chịu lực của vật liệu. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển bê tông tự liền, góp phần vào sự bền vững trong xây dựng.

III. Đánh giá hiệu quả tự liền của bê tông vi khuẩn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bê tông chứa vi khuẩn có khả năng tự liền vết nứt tốt hơn so với bê tông thông thường. Các thí nghiệm cho thấy mẫu bê tông có chứa Bacillus subtilis HU58 có thể tự liền các vết nứt lên đến 1,5mm sau 28 ngày. Kết quả phân tích cho thấy sự hình thành calcite trong các vết nứt, giúp cải thiện độ bền cơ học của bê tông. Việc sử dụng vi khuẩn trong bê tông không chỉ giúp khắc phục các vết nứt mà còn làm tăng tuổi thọ của công trình, giảm thiểu chi phí bảo trì.

3.1. Kết quả đánh giá hiệu quả cải thiện độ bền cơ của mẫu bê tông vi khuẩn

Các phép thử nghiệm cho thấy bê tông vi khuẩn có cường độ chịu nén và chịu uốn cao hơn so với mẫu đối chứng. Sự hiện diện của calcite do vi khuẩn tạo ra đã làm tăng khả năng chịu lực của bê tông. Kết quả này chứng minh rằng việc ứng dụng vi khuẩn trong bê tông không chỉ mang lại lợi ích về mặt tự liền mà còn cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của vật liệu. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các loại bê tông thông minh, bền vững hơn trong tương lai.

Luận văn thạc sĩ về bê tông tự liền vết nứt ứng dụng cơ chế sinh học vi khuẩn