Биосодержащие плазмомодифицированные добавки для получения самовосстанавливающихся строительных материалов и изделий на их основе

Разрушение бетонных конструкций начинается с микродефектов, которым не уделяется должное внимание. Эффективным методом повышения долговечности может служить биосодержащая добавка, обеспечивающая бетон способностью к самовосстановлению. Механизм её действия основан на кольматирующем эффекте микроорганизмов. Однако высокая пористость сорбента-транспортера биосуспензии значительно снижает прочность бетона. Во избежание этого требуется снизить расход пористого заполнителя при сохранении количества микроорганизмов, предлагается метод плазмохимической модификации носителя.

Разработка комплексномодифицированной биосодержащей добавки на основе природных сорбентов, обеспечивающей конструкции на основе строительных бетонов способностью к самовосстановлению.

В настоящее время существует множество способов повышения долговечности бетона, однако не прекращаются исследования, направленные на разработку новых, более эффективных методов. Данная исследовательская работа посвящена разработке биохимической добавки, направленной на придание бетону способности к самовосстановлению. Эффект самовосстановления позволяет значительно повысить долговечность бетонных изделий, конструкций и сооружений, избавляет от необходимости в частом регулярном ремонте, и снижает затраты ресурсов на обслуживание, что обеспечивает экологичность, экономическую эффективность и высокую степень ресурсосбережения. 

В качестве биологического сырья были исследованы штаммы щелочестойких грам-положительных и грам-отрицательных бактерий. Было подобрано несколько видов питательной среды для них. В качестве материала транспортера были исследованы такие природные сорбенты, как цеолиты Хотынецкого месторождения. В качестве строительного материала для образцов для исследования процессов самовосстановления был использован тяжелый и ячеистый бетон на основе цемента М500, а также цементно-песчаная сухая строительная смесь. Методики исследования: ионно-плазменная обработка цеолитов в 2х режимах на экспериментальной установке (плазматрон); исследование изменения структуры гранул цеолитов с помощью микроскопа, определение сорбционной ёмкости цеолитов до и после плазмохимической модификации на различных сорбатах (фенол, формальдегид, керосин, азот) весовым методом и методом аз и на анализаторе удельной поверхности, определение биосорбции цеолитов с помощью анализа выработки бактериями АТФ, исследование процесса самовосстановления в образцах тяжелого и ячеистого бетона с помощью микроскопа, определение влияния комплексной модификации бетона на его прочностные характеристики. 

В результате полученных экспериментальных данных было установлено увеличение сорбционных характеристик природных цеолитов Хотынецкого месторождения: значение скорости поглощения выбранных сорбатов (фенол, формальдегид, керосин) увеличивается в течение одного часа в 2 - 10 раз по сравнению с немодифицированным цеолитом.

Общая сорбционная ёмкость плазмомодифицированных цеолитов повысилась, в зависимости от вида выбранных сорбатов, от 40 до 70%. Установлено, что в результате ионно-плазменной модификации цеолитов при контакте с сорбатами происходит химическое взаимодействие, что подтвердилось результатами, полученными в результате исследования десорбционных процессов плазмомодифицированных цеолитов.

Были выбраны наиболее жизнеспособные виды бактерий, пригодных для обеспечения процессов самовосстановления конструкций на основе строительных растворов и бетонов.

Установлена эффективность ионно-плазменной модификации цеолитов для получения комплексномодифицированной биосодержащей добавки. 

1. Усиление железобетонных конструкций: общие сведения, показания к применению и основные методы реализации [Электронный ресурс].
2. ОАО «ЦНИИС» Руководство по ремонту бетонных и железобетонных конструкций транспортных сооружений с учётом обеспечения совместимости материалов.
4. Jonkers, H.M., Thijssen, A., Muyzer, G., Copuroglu, O., and Schlangen, E. Application of bacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete.
5. Jonkers, H.M., Schlangen, E. Development of a bacteria-based self-healing concrete.
6. Цеолиты. [Электронный ресурс].
7. Бруяко М.Г., Кравцова Д.В., Юрченко В.В., Соловьев В.Г., Ушков В.А. Влияние обработки сырьевых материалов низкотемпературной неравновесной плазмой на свойства строительных растворов.

Elaboration of complex-modified bacteria-containing additive based on natural sorbents, which provides concrete structures ability to self-healing.