مقاله ترمیم سطحی بیولوژیکی بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن

بخشی از مقاله

چکیده

وجود منافذ در بتن مسلح به الیاف از مهمترین عوامل ضعف دوام بتن است. منافذ بتن را میتوان با استفاده از یک عامل ترمیمی ویژه پر کرد. بیشترین روشهایی که برای افزایش ظرفیت ترمیمی بتن پیشنهاد شده اند اساس شیمیایی دارند. اگر چه تولیدات ارگانیک و غیر ارگانیک مختلفی برای محافظت سطح بتن وجود دارد همچنان پیدا کردن روشی برای محافظت بتن که سازگار و دوست دار محیط زیست باشد موضوع مورد مطالعهی تحقیقات است. استفاده از باکتری تولید کنندهی کلسیم کربنات در بتن یا روی بتن منجر به بهبود مقاومت و دوام بتن میشود.

هدف این تحقیق بررسی ترمیم بیولوژیکی بتن است که با فراهم کردن محیطی برای باکتریها روی سطح بتن انجام میشود. به منظور ترمیم سطحی بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن، الیاف پلی پروپیلن با طول 6 میلی متر و میزان 0/3 درصد حجمی و باکتری با غلظت 107 سلول بر میلی لیتر در آب مقطر - حاوی محیط کشت نوترینت براث - استفاده شده است. این باکتری روی سطح بتن الیافی اسپری و یک لایه آگار که با کلسیم لاکتات و اوره و آب مقطر مخلوط شده، استفاده میشود. نمونههای ترمیم شده تحت آزمایش جذب آب و نفوذ پذیری در برابر آب قرار میگیرند. نتایج نشان داد که سطح نمونههای ترمیم شده در برابر جذب آب مقاومتر و نفوذ پذیری در برابر آب این نمونهها هم کاهش یافت.

.1 مقدمه

بتن یکی از مهمترین مواد ساختمانی است و مصرف آن در همهی کشورها و مناطق جهان، به دلایل متعدد در حال افزایش است. اجزای آن، همه جا در دسترس و نسبتاً ارزان هستند و تولید آن ممکن است نسبتاً ساده باشد. کاربرد آن، انواع مختلفی از ساختمان ها و زیر ساختهای زیر بنایی را پوشش میدهد ؛ اما از جمله خصوصیات نامطلوب آن میتوان به مقاومت کششی خیلی پایین و مقاومت کم در برابر ترک خوردگی اشاره کرد

استفاده از الیاف باعث افزایش مقاومت کششی، مقاومت خمشی، افزایش جذب انرژی، افزایش مقاومت در برابر ترک خوردگی و ... میگردد

امروزه استفاده از الیاف در بهبود عملکرد بتن در سازهها از روش های مؤثر میباشد. ویژگیهای مکانیکی بتن الیافی در مقایسه با بتن معمولی تغییرات قابل توجهی دارد .[4] هم چنین ترکها عمر سازه های بتنی را کم میکنند؛ پس میتوان با افزدن عواملی به بتن از بزرگ شدن ترک های کوچک جلوگیری کرد؛ این دیدگاه، خود ترمیمی نامیده میشود.باید ترکها ترمیم و تخلخل ها را برطرف کرد تا نفوذ پذیری بتن کاهش یابد زیرا نفوذ پذیری از شاخص های مهم دوام است

یک اقدام مهم دیگر برای حفاظت از بتن در مقابل آسیب، کاهش جذب آب است. بسیاری از مکانیزم های تخریب فیزیکی و شیمیایی بتن، مربوط به مواد مهاجم موجود در محلولهای آبی است. روش ترمیم سطحی بتن، امکان جذب آب را کم میکند 

.2 تاریخچه

گولاپودی و همکاران - 1995 - اولین کسانی بودند که از باکتری به منظور جلوگیری از ترک خوردن دیوارهی تونل ها و نفوذ آب به داخل آن استفاده کردند .[8] استاکس فیشر و همکاران - 1999 - در تحقیقات خود به این نتیجه رسیدهاند که اوره در فرآیند رسوب کلسیم کربنات توسط باکتری، میتواند نقش کاتالیزور را ایفا کند؛ به این صورت که با هیدرولیزه شدن آنزیم اوره به کربندیاکسید و آمونیا، pH محیط بالا میرود و کلسیم کربنات بیشتری در محیط رسوب میکند

کیم و همکاران - 2013 - اثر دو باکتری Sporosarcina Pasteurii وBacillus Sphaericus را به روش ترمیم سطحی بر نمونه های بتن معمولی و بتن سبک آزمایش کردند که باکتری جذب آب را در هر دو نوع بتن کاهش داد

مستوفینژاد و همکاران - 2015 - با استفاده از کلسیم کربنات رسوب شده توسط باکتریها، به ترمیم سطحی بتن برای جلوگیری از نفوذ یون سولفات پرداختند؛ به این منظور، پس از ساخته شدن و عمل آوری نمونهها با استفاده از باکتریهای Sporosarcina pasteurii و Bacillus subtilis و Bacillus sphaericus، سطح بتن را ترمیم کردند. آنها نشان دادند که نمونههای ترمیم شده توسط باکتریها، مقاومت بیشتری در برابر حملهی سولفاتها دارند و نیز از دوام بهتری در برابر شرایط محیطی برخوردار هستند

مستوفی نژاد و نصوحیان - 2016 - با کربنات تولید شده توسط باکتری Sporosarcina pasteurii و با ژل ترمیمی، نمونههایی را ترمیم کردند که روی نمونههای ترمیم شده آزمایش جذب آب و نفوذ کلرید را انجام دادند. نتایج این تحقیق نشان داد که ترمیم سطحی نمونهها باعث کاهش 7 درصدی جذب آب و کاهش 12 درصدی نفوذ کلرید شد

کلهری و باقرپور - 1396 - از باکتریها در طرح اختلاط و محلول مراقبت، به منظور بررسی تأثیر هر یک از دیدگاهها بر مقاومت فشاری، مقاومت کششی، نفوذ پذیری، تخلخل و ترمیم شدن نمونه های شاتکریت، استفاده کردند. نتایج آزمایش مقاومت فشاری نشان داد که در مقایسه با نمونه های کنترل، مقاومت فشاری نمونه های شاتکریت تحت تأثیر باکتری تا 30 درصد افزایش یافته است. این افزایش مقاومت فشاری در نمونه های شاتکریت 10 درصد بیشتر از نمونه های معمول بتن با طرح اختلاط مشابه بود.

حضور باکتریها، هم در مخلوط بتن و هم محلول مراقبت - روشی از ترمیم سطحی - ، افزایش استحکام کششی و کاهش جذب آب و تخلخل شاتکریت را نشان داد. حداکثر کاهش نفوذ پذیری آب در نمونههای 28 روزه که در محلول حاوی باکتری نگهداری شدند، مشاهده شد. توانایی باکتریها برای ترمیم ترک های ایجاد شده در نمونهها نیز در این مقاله مورد ارزیابی قرار گرفته است. رسوب باکتریایی کربنات کلسیم در منافذ نمونه ها با استفاده از روش SEM و XRD تأیید شد. نتایج، شواهدی روشن از حمایت باکتریهای رسوب کننده ی کربنات کلسیم برای ترمیم ترک ها و بهبود دوام شاتکریت دارند

الیاف از دیرباز برای تقویت ماتریسهای شکننده استفاده شده است؛ برای مثالکاه، و موی اسب را با خاک رُس برای ساختن آجر و کف پوش مخلوط میکردند .[1] الیاف پلی پروپیلن در بتن، اولین بار، سال 1965 برای ساخت سازههای مقاوم در برابر انفجار برای نیروی انسانی ایالات متحده پیشنهاد شد 

استرویین و کیان - 2000 - ، با الیاف پلی پروپیلن در بتن، آن را مسلح نمودند و گزارش دادند علاوه بر اینکه الیاف پلی پروپیلن به دلیل انقباض، میکرو ترکها را کنترل میکنند، در نتیجه طول عمر سازه را افزایش میدهد

هوا و ژئو - 2009 - به رفتار بتن حاوی الیاف به عنوان پوشش تونل ها اشاره کردند. استفاده از الیاف پلی پروپیلن باعث افزایش 23 درصدی مقاومت کششی و همچنین کاهش 10 درصدی جذب آب در بتن شد

طبق تحقیقی در سال 2011، الیاف پلی پروپیلن در دماهای بالا توانایی بهبود پایداری بتن را دارند و در بتن خود متراکم مسلح به این الیاف نیز، الیاف به کار رفته توانستند نفوذ پذیری بتن را به طور قابل ملاحظهای کاهش دهند .

کاکویی و همکاران - 2012 - تحقیقاتی را بر روی بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن انجام دادند و آزمایشهای مقاومت فشاری، نفوذ پذیری و مقاومت الکتریکی را انجام دادند. در این آزمایشها در میزان الیاف 1/5 کیلوگرم در متر مکعب بهترین نتایج به دست آمد

افروغ ثابت و ازبک اغلو در سال 2015 با الیاف پلی پروپیلن بتن را مسلح کردند که از درصدهای حجمی 0/15، 0/3 و 0/45 استفاده کردند که با افزایش میزان الیاف کاهش جذب آب را مشاهده کردند

.3 مصالح مورد نیاز و روش انجام کار

.1-3 باکتری و محیط کشت آن

در این پژوهش، از باکتری باسیلوس سوبتیلیس1 با غلظت ثابت 107 cell/ml استفاده میگردد؛ که میتوان باکتری را به صورت آمپول های لیوفیلیزه از مرکز کلکسیون قارچها و باکتریهای صنعتی ایران با شماره شناسایی PTCC 1254 تهیه نمود. محیط کشت و دمای مورد نیاز برای رشد این باکتری در جدول شماره 1 ذکر شده است. کشت این باکتری در محل شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان انجام میگیرد.

جدول -1 محیط کشت و دمای نگه داری باکتری مورد نظر    

.2-3 نحوه ی تهیه ی ژل ترمیم سطحی و استفاده از آن

در این تحقیق با استفاده از آگار3 به همراه کلسیم لاکتات و اوره و آب مقطر ماده ای که حالت ژلاتینه دارد، تهیه می شود. نحوهی ترمیم سطحی نمونه ها هم به این صورت است که پس از 7 روز عمل آوری نمونه ها دردو محیط مختلف، باکتری با غلظت تعیین شده همراه با محیط کشت مایع، بر سطح بتن اسپری میشود و بلافاصله ژل حاوی منبع کلسیم و اوره روی سطح بتن کشیده میشود و داخل پلاستیک قرار داده میشود و تا سن آزمایش زیر پلاستیک قرار میگیرد تا رطوبت خود را از دست ندهد