Untitled ������������� � � � ������ ��������������������������� �������!� Bê Tông t� li�n v!t n"t "ng d�ng cơ ch! ho�t tính sinh h�c c�a vi khu#n Bacillus subtilis • Nguy�n Ng�c Trí Huỳnh • Nguy�n Khá[.]
Bê-Tông t li n v!t n"t "ng d ng ch! ho t tính sinh h c c a vi khu#n Bacillus subtilis • Nguy n Ng c Trí Huỳnh • Nguy n Khánh Sơn Trư ng ð i h c Bách khoa, ðHQG-HCM (Bài nh n ngày 23 tháng năm 2014, hoàn ch nh s a ch a ngày tháng năm 2014) TĨM T T: Bê-tơng t li n v t n t hay bê-tông sinh h c nh ng lo i bê-tơng có bi u hi n đ c tính thơng minh, m t lo i v t li u s ng có kh t li n, t kh*c ph"c khuy t ñi m q trình s! d"ng G n lo i v t li u ñã thu hút ñư c r t nhi u s quan tâm t# nhà nghiên c u nh%m khai thác kh t li n, c i thi n tính b n cho v t li u bê-tông thư ng Trong nghiên c u này, ti n hành bư c ti p c n kh o sát vai trò c a ch ng vi khu n Bacillus subtilis ñư c c y vào s n ph m xi-măng, v a Vi khu n v i m t ñ 109 1011cfu/g đư c ni c y cho phát tri n môi trư ng khác bao g m: ñi u ki n thư ng (ñĩa Petri), h.n h p h xi-măng phân tán s n ph m v a xi-măng, m(u kích thư c 40x40x160mm S n ph m t ng h p khống calcite đư c phát hi n th i ñi m b o dư/ng khác 7-14-28 ngày d a phép phân tích thành ph n ph XRD nh ch"p vi c u trúc (kính hi n vi quang h c, kính hi n vi ñi n t! quét SEM) Nh s hi n di n c a khoáng calcite, k t qu kh o sát tính bao g m tính ch u u n ch u nén m(u v a ñ u có xu hư ng tăng t i 30% so v i m(u chu n không ch a vi khu n Hi u ng t li n ñư c kh o sát v t ñ t gãy r ng 0,5mm c a m(u v a d ng 40x40x160mm sau 14 ngày dư/ng h nư c K t qu thu ñư c nh n xét kèm theo s đ chúng tơi ti p t"c phát tri n nghiên c u tính t li n m(u bê-tơng có kích thư c l n T khóa: Bê-tơng t li n, bê-tơng sinh h c, vi khu n Bacillus subtilis, khoáng calcite T8NG QUAN VÀ GI I THI U CƠ CH T LI1N NH VI KHU/N ð i v i v t li u bê-tơng, v t n#t t vi ln kèm v i q trình đóng r"n phát tri n cư ng ñ Các v t n#t ñ n t, nh ng nguyên nhân không th b qua ph n #ng th y hóa, co ngót, b o dư8ng Vai trị tác đ ng th i gian ng"n c a chúng có th khơng l n, nhiên ! th i gian dài l i mang ý nghĩa quy t đ nh đ n tính b n c a bê-tông Theo th i gian, nư c tác nhân ăn mịn có th len vào nh ng k n#t, làm xói mịn bê-tơng t, bên tác nhân oxy hóa cịn ñư c t o ñi u ki n xâm nh p gây ăn mòn, phá h y c t thép d n đ n rị r2, n#t v8 hay b t ng phá h y toàn b kh i c u ki n Quy chu$n h n ch ñ n m#c th p nh t b r ng v t n#t, đ m b o chúng khơng vư t gi i h n an toàn cho phép N u ta có th làm cho kh i bê-tơng t b n thân có kh d n v t xương gãy Các nhóm vi khu$n mang tính ureolytic có th t o CaCO3 môi hàn g"n, t li n v t n#t (self-healing), ñi u s giúp ñ m b o ñ b n v ng c a cơng trình bê-tơng Hư ng t i tri n v'ng mơ c c a loài ngư i vi c ch t o #ng d ng d ng v t li u “s ng” thông minh t lành, t kh"c ph c khuy t ñi m trư ng ki m nh vào chuy n hoá urea thành ammonium carbonate [1] S phân h y urea làm tăng pH c c b tăng s l"ng ñ'ng c a tinh th calcite đóng vai trị thành ph n hàn g"n v t n#t Theo ghi nh n, v t n#t bê-tơng v i chi u r ng đ n 0,2mm có th t li n l i [2- 4] Các v t n#t t vi ñ l n ñ tr thành ng mao d n cho phép nư c len vào N u Cơ ch sinh h'c vi khu$n b n d a trình t o tinh th calcite (CaCO3) ñ làm c u n i n i li n v t n#t xu t hi n b m t bê-tông Vi khu$n chuy n hóa ch t dinh dư8ng hịa tan thành CaCO3 khơng tan đóng r"n c#ng b m t v t n#t [1, 3] Quá trình b"t chư c trình li n xương th ngư i, t bào t o xương s b khống hóa đ t o thành xương t o c u n i làm li n có s k t h p th y hóa h t xi-măng vi khu$n có th giúp làm li n v t n#t lên ñ n 0,5mm Theo phân tích c a Al Thawadi [5], q trình hình thành CaCO3 có th đư c chia theo giai đo n hình (trái): (1) Th y phân Urea, (2) S gia tăng pH c a môi trư ng vi mô, (3) S h p ph ion Ca2+ lên b m t, (4) T o m m phát tri n tinh th calcite Hình Trái: Quá trình hình thành CaCO3 theo ch sinh h'c (v l i ghi theo tham kh o [5]) Ph i: Mơ hình t o calcite (màu xám) thành t bào vi khu$n (theo tham kh o [6] v i xin phép) Vi khu$n Bacillus subtilis có tính xúc tác th y phân urea (CO(NH2)2) thành amonia (NH4+) carbon dioxide (CO32-) qua ph n #ng trung gian Trong s chuy n d ch pH s hi n di n c a nư c thúc đ$y q trình hịa tan phân ly di&n [5] NH COOH + H O → NH + H CO H CO → 2H + + 2CO 32 − NH + H O → NH 4+ + OH − Ca + + CO 32 − → CaCO T, thành t bào vi khu$n tích n, hút cation t, mơi trư ng, bao g m ion Ca2+, tích lũy lên b m t thành t bào vi khu$n, hình (ph i) minh h'a trình ti p theo Các ion ñ c trưng v m t ñ bào t( s( d ng kh t o khống calcite mơi trư ng ni c y t Ca2+ sau ph n #ng v i ion CO32-, d n đ n s hình thành CaCO3 b m t thành t bào vi khu$n theo ph n #ng sau [5]: nhiên, kh t n t i phát tri n khoáng calcite mơi trư ng th y hóa h xi-măng ð c trưng phân tán nh hư ng ñ n tính ch t lý c a s n ph$ m h!n h p v a xi-măng sinh kh i vi khu$n giúp hồn thi n q trình kh o sát cho phép ti p c n nghiên c#u c p ñ m u v t li u bê-tông Ca2+ + Vi khu$n → Vi khu$n – Ca2+ Cl- + HCO3- + NH3 → NH4Cl + CO32Vi khu$n – Ca2+ + CO32- → Vi khu$n – CaCO3 Ti p theo đây, chúng tơi ti n hành l n lư t kh o sát t,ng bư c v vai trò c a vi khu$n Gram dương thu c ch ng Bacillus subtilis đ n tính ch t t li n c a m u v a xi-măng Bao g m Sơ ñ t ng quát ñư c trình bày hình 2 TH C NGHI M VÀ NGUYÊN LI U 2.1 Phương pháp th c nghi m Hình Sơ đ t ng qt quy trình th c nghi m Giai đo n 1, bào t( vi khu$n Bacillus subtilis ñư c ch'n ni c y mơi trư ng có b sung thành ph n dinh dư8ng phù h p nh m thu ñư c sinh kh i ñ kh o sát kh hình thành calcite theo ch sinh h'c Vi khu$n m c th i gian 3, 7, 10 ngày Sau sinh kh i đư c s y khơ ti n hành phân tích XRD (Model Bruker-D8 Advance, s( d ng c c Cu; quét ch m t, 10o-50o) nh m đ nh tính khống calcite t o thành Theo lý thuy t, vi khu$n ñư c nuôi ñĩa Petri ñi u ki n bình thư ng c a phịng thí nghi m nhi t ñ 25oC Bacillus subtilis ñư c bi t đ n v i đ c tính kháng ki m m nh (pH=13) Chúng tơi ti n hành đ $m 90% M t ñ bào t( kh o sát kho ng 109-1011cfu/g Ti n hành ki m tra s kh o sát vi khu$n t n t i phát huy ho t tính sinh h'c c a mơi trư ng h xi-măng ho t đ ng c a vi khu$n thông qua quan sát m u đĩa Petri kính hi n vi quang h'c sau th y hóa Giai đo n 2, t o hình m u h xi-măng v i nư c khn kích thư c 4x4x16cm " (TCVN 6016:1995) b o dư8ng cho phát tri n đóng r"n nư c Ti n hành quan sát vi tr kích thư c 4x4x16cm sau t o hình ngày tu i đư c phá h y đ#t lìa, sau ñó ti p t c ñư c c u trúc b ng nh ch p kính hi n vi n t( qt SEM, đ ng th i tìm ki m thành ph n khống calcite qua phân tích XRD sau m c th i gian 3, ngày gi c ñ nh r i ngâm nư c b o dư8ng Sau m c th i gian b o dư8ng 14, 28 ngày, ti n hành quan sát tính t li n v t n#t ban đ u, đ ng th i phân tích đánh giá thành ph n khoáng XRD, vi c u trúc SEM t i v trí V i đ c m c a trình t ng h p kéo dài, khoáng calcite theo ch sinh h'c t i ñi m t p trung có th gây nh ng bi n d ng thay đ i th tích nh t ñ nh, ñ c bi t khung ch u l c 2.2 Nguyên li u Như ñã ñ c p trên, ch ng vi khu$n Bacillus subtilis đư c ch'n d a tiêu chí khống s n ph$m th y hóa C-S-H c a xi-măng đ nh hình ð ng th i, s hi n di n v tính b n ki m, hi u khí, u ki n ni c y ñơn gi n, kh s ng cao, phù h p phân tán c a calcite theo v trí khuy t t t l! r!ng mao qu n v t n#t t vi ñư c cho có th giúp c i thi n tính ch t chung c a v a ximăng đóng r"n T o hình m u v a xi-măng-cátnư c khn kích thư c 4x4x16cm b o v i tiêu chí an tồn mơi trư ng mà s( d ng nghiên c#u Trong th c t , ch ng vi khu$n ñư c dùng ch bi n th c ph$m m t d ng l i khu$n b sung Bào t( vi khu$n ñư c s n xu t nư c t i dư8ng nư c (TCVN 6016:1995) Các ñ c trưng v cư ng ñ ch u l c nén, u n đư c xác Cơng ty c ph n ANABIO theo b n quy n c a ð i h'c Hoàng gia Holloway (Anh) T, bào t( ñ nh sau m c th i gian 3, 7, 28, 60 ngày (Máy nén Matest C140, t c ñ gia t i 2,4 kN/s), g c v i m t đ 1011cfu/g s đư c pha lỗng nuôi c y cho phát tri n Các thành ph n dinh ñ ng th i ti n hành phân tích thành ph n khống XRD vi c u trúc SEM Vi c ki m dư8ng giúp cho s t n t i, phát tri n t o khoáng calcite c a vi khu$n bao g m nutrient sốt đư c q trình hình thành phát tri n tinh th khống calcite khơng gian tr ng cho phép tăng cư ng tính liên k t Mơi trư ng $m đóng vai trị quan tr'ng cho s k t t phát tri n tinh th calcite Các v trí khe n#t, l r!ng mao qu n v a xi-măng đóng vai trị kênh d n nư c li ti, t o mơi trư ng khai thác ho t tính sinh h'c vi khu$n Các m u v a broth, urea, NH4Cl, NaHCO3, CaCl2.2H2O ðây nh ng lo i mu i thương m i d& ki m th trư ng Thành ph n ch t dinh dư8ng ñư c chu$n b ph i tr n v i nư c theo t2 l b ng H dung d ch thu ñư c ñư c b o qu n k) ñ ñem ñi s( d ng su t q trình thí nghi m B ng T? l ph i tr n t o 7g h sinh kh i vi khu$n Thành ph n ð nh lư ng (g) T? l (%) Vi khu$n Bacillus subtilis 2,25 22,61 Urea 20,10 Nutrient Broth 0,5 5,03 NH4Cl 0,2 2,01 CaCl2.2H2O 10,05 NaHCO3 40,20 # Bào t( vi khu$n ch t dinh dư8ng ñư c ph i tr n theo t? l nh m t o sinh kh i phù h p v i s phát tri n kh t o khống calcite N u tính tốn l i m t ñ vi khu$n 1g sinh kh i tương ñương 109 t bào vi khu$n ði u ch2nh m t ñ b ng cách thay ñ i m t ñ vi khu$n ban ñ u ho c lư ng h dung d ch sinh kh i ph i tr n vào v a ximăng Trong khuôn kh nghiên c#u này, ch2 xét hai m t ñ 109cfu/g 1011cfu/g vi khu$n s( d ng ð i v i nguyên li u ch t o v a ximăng ñư c l a ch'n ñáp #ng theo yêu c u c a tiêu chu$n Vi t Nam Xi-măng Portland PC40 c a Công ty xi-măng Hà Tiên Vicem s n ph$m đóng bao thương m i, th a mãn tiêu chí yêu c u c a tiêu chu$n TCVN 2682:1999 Vi c s( d ng xi-măng Portland v i thành ph n rõ ràng giúp tránh nh hư ng c a t p ch t khoáng khác kh o sát Cát tiêu chu$n ñư c s( d ng làm c t li u ch t o v a, có ngu n g c s n ph$m đóng bao c a Cơng ty xi-măng Hà Tiên Vicem, đáp #ng tiêu chu$n TCVN 6227:1996 Nư c máy s ch c a phịng thí nghi m s đư c s( d ng thí nghi m liên quan đ n v a xi-măng M u v a ch t o phịng thí nghi m tn th theo tiêu chu$n hư ng d n v nhào tr n ñ khuôn d ng 4x4x16cm Sau th i gian n ñ nh 24h, m u ñư c tháo khuôn b o dư8ng liên t c môi trư ng nư c theo hư ng d n c a TCVN 6016:1995 Dung d ch nư c b o dư8ng ñư c theo dõi su t 28 ngày ti p theo, súc r(a c n b$n (n u có) m t ph n h dinh dư8ng b m t b tan l"ng " K T QU VÀ BÌNH LU N 3.1 K#t qu thành ph9n khoáng calcite t ng h&p Theo phân tích ch chuy n hóa, u ki n nhi t đ , đ $m mơi trư ng bình thư ng, ti p xúc tr c ti p v i khơng khí, vi khu$n Bacillus subtilis có kh chuy n hóa ch t dinh dư8ng mơi trư ng t o thành khống calcite Sau m c th i gian nuôi c y ñĩa Petri, m u sinh kh i vi khu$n Bacillus subtilis đư c đem quan sát Hình 3a, b l n lư t nh ch p dư i kính hi n vi quang h'c sau 14 ngày, cho th y v n cịn có th quan sát đư c s s ng sót ho t ñ ng c a t bào vi khu$n C th hình 3a quan sát th y hi n tư ng v y tinh th c#ng m t đĩa Petri, hình 3b quan sát th y ñ m nh vi khu$n Bacillus subtilis phân tán r i rác Và ñ c bi t hình 3c đ phóng đ i 40x, chúng tơi ghi nh n rõ ràng tinh th khoáng su t bao quanh vi khu$n s m màu ðây th i m sau 14 ngày, có th quan sát th y vi khu$n Bacillus subtilis v n cịn ho t đ ng ði u ch#ng t ch ng vi khu$n Bacillus subtilis có kh t n t i r t cao ñi u ki n nhi t ñ thư ng, ñây s quan tr'ng mà chúng tơi phân tích v tiêu chí l a ch'n vi khu$n Có th nh n th y v i vi c c ñ nh lư ng sinh kh i ñĩa Petri, lư ng calcite t o thành ph thu c th i gian ni m t đ vi khu$n Th i gian dài, m t ñ vi khu$n cao, lư ng calcite t o thành nhi u lan d n tồn b đư ng kính m t ñĩa Petri nuôi c y, v y c#ng ch m vào hình 3a Hình (a): S hình thành tinh th dĩa Petri ni c y sau ngày (b): Sinh kh i m u vi khu$n m t ñ 1011cfu/g sau ngày dư i kính hi n vi quang h'c 10x (c): Tinh th calcite b'c xung quanh vi khu$n sau 14 ngày, dư i kính hi n vi quang h'c 40x Hình trình bày ph ch p XRD thành ph n calcite sau th i gian nuôi c y ngày Các v y khoáng c a b t c o sinh kh i ñĩa Petri chu$n b s y khô 120oC nghi n m n K t qu ch ng ph chu$n c a khoáng calcite cho th y peak n i b t t i v trí 2θ =29,5; 36,5; 47,5 Như v y có th kh4ng ñ nh s t o thành c a khoáng su t quan sát nh ch p kính hi n vi quang h'c hình tinh th calcite Các mu i đóng vai trị ch t dinh dư8ng ni c y đư c quan sát th y ph ch p ði n halite (NaCl) t i v trí 2θ=32; 54,5 Hình Ph XRD c a m u vi khu$n, CuKα, m t ñ 109cfu/g sau ngày tu i Trong môi trư ng h xi-măng, vi khu$n th ch cao s hi n di n c a khống calcite đư c ch'n Bacillus subtilis v n hình thành quanh tinh th calcite B ng ch#ng (hình 6) nhi u kh k t qu c a chuy n hóa ð c bi t hình nh tr c quan quan sát hình (trái) ch p ph XRD c a h xi-măng đóng r"n 28 ngày tu i có ch#a sinh kh i Tinh đư c m t gãy m u h xi-măng đóng r"n 14 ngày tu i có th th y v trí sáng màu li ti th khống calcite đư c phát hi n ch ng ph chu$n t i v trí 2θ=29,5; 36,5; 47,5 ð i v i xi-măng Portland s( d ng s n ph$m nghi n 95% clinker k t kh i 5% ph gia đóng r"n ho c d ng m nh tinh th khống calcite (hình 5-ph i) M t s ñi m t ñ c bi t calcite kích thư c kho ng 4mm d& dàng quan sát đư c b ng m"t thư ng " Hình Trái: Ph XRD c a m u vi khu$n sau 28 ngày tu i, CuKα, v i m t ñ 109cfu/g (BM1) 1011cfu/g (BM2) Ph i: m u h xi măng v i calcite hình thành r i rác sau 14 ngày đóng r"n Mơi trư ng h xi-măng th y hóa, dư8ng h đóng r"n có ki m tính cao, thi u khơng khí, đ c bi t oxy, ph i ch u thêm #ng su t n i m u v a xi-măng bê-tơng giúp c i thi n đ b n nén u n so v i m u chu$n thơng thư ng ði u đư c tác gi gi i thích l n, nhi t th y hóa; ch ng vi khu$n Bacillus subtilis v n gi nguyên kh t ng h p t o khống calcite u ki n ni c y t ð nh lư ng k t qu hai trư ng h p c n thi t ph i ti n hành ñ ñánh giá xác nh hư ng c a mơi trư ng Trong ñi u ki n ti p xúc tr c ti p v i mơi trư ng bên ngồi, bên c nh tinh th calcite cịn phát hi n đư c nhi u khoáng calcite t o thành bên v trí r!ng c a c u trúc xi-măng đóng r"n l p đ y chúng ð i v i ch ng vi khu$n Bacillus subtilis d ng hình que, đ ng th i quan sát m u ch p khống calcite hình có th gây nh hư ng ñ n #ng x( h'c c a m u v a ch#a chúng S th c hình trình bày k t qu so sánh cư ng ñ ch u nén ch u u n c a m u tinh th khác, có tinh th halite Ngun nhân ñi u ki n dung d ch v a mang sinh kh i (t2 l 2,21% t ng xi-măng) không mang sinh kh i (m u chu$n) Theo lỗng, ch t n ly ion d& dàng, ion t n t i di chuy n t do, m t s các m c th i gian b o dư8ng 3-7-28-60 ngày có th nh n th y q trình phát tri n cư ng ñ liên ion Ca2+ Cl- t khơng tham gia vào q trình hình thành calcite theo ch sinh h'c có t c c a c m u chu$n m u ch#a vi khu$n Giá tr cư ng ñ ch u nén, ch u u n đ u có th k t h p v i đ t o thành NaCl ðây có th xem ph ph$m c a q trình ni c y vi khu$n s( d ng sinh kh i Rõ ràng sinh kh i s( d ng ñưa vào xi-măng c n quan tâm y u t nh m lo i b hoàn toàn nh hư ng x u lên b n thân c u trúc ma tr n xi-măng th y hóa tính b n ch u l c chênh l ch l n, v i m u chu$n ñ t cao s m dài ngày Cư ng ñ ch u nén sau 28 ngày c a m u v a vi khu$n tăng ñ n 37,5% so v i m u chu$n Theo k t qu nghiên c#u c a Srinivasa Reddy c ng s [9], m#c tăng cư ng ñ nén ñ t 19,3% sau 28 ngày có s hi n di n khống calcite vi khu$n chuy n 3.2 K#t qu ñ c trưng lý c a m u v$a Theo k t qu nghiên c#u trư c ñây c a Seshagiri Rao c ng s [8], tinh th calcite hình thành theo ch sinh h'c bên " hóa Như v y mơi trư ng b o dư8ng v i s hi n di n c a sinh kh i khống ph ph$m halite d& r(a trơi khơng có nh hư ng đ n tính c a ma tr n v a xi-măng Vai trò c a calcite l p ñ y l! tr ng hay v t n#t m t pha phân tán m i h composite n n v a xi-măng đóng r"n chưa cho th y nh hư ng rõ r t ð c hình (trái) Khống calcite ph c a m u vi khu$n v i peak đ c trưng t i 2θ=29,5 có bi t lưu ý v i vi c chuy n hóa gi i phóng khí CO2, NH3 q trình t o caclite khơng gây nh hư ng đ n tính s n ph$m Cư ng đ ch u u n tăng có th nguyên nhân thành ph n calcite l p ñ y theo d ng vi khu$n hình que s( d ng cư ng ñ cao vư t tr i so v i ph c a m u chu$n vnh ch p vi c u trúc kính hi n vi n t( quét SEM (hình 7-ph i) cho phép quan sát tinh th calcite v i m#c ñ t p trung cao Trên quy mô quan sát nh cho th y s phân b t p trung thành m ng ch# không r i rác Rõ ràng vi c phân tán ki m sốt q trình chuy n hóa calcite c n ph i đư c quan tâm m i giúp c i thi n đ c trưng lý c a m u Hình Bi u ñ phát tri n cư ng ñ ch u nén, u n c a m u v a theo th i gian 3-60 ngày Theo nguyên t"c, lư ng calcite b kh ng ch v,a ñ ph m vi không gian tr ng c a vi c u trúc, nên nhi u tinh th calcite ñư c t o thành bên m u, cư ng ñ b n nén b n u n cao Cũng có th gia tăng n a cư ng ñ u n b ng cách th( nghi m ch ng vi khu$n khác ho c bi n pháp nh m tăng chi u dài cho phù h p c a c t li u “s i calcite” t o thành t, calcite bao b'c vi khu$n hình que K t qu phù h p v i lý gi i nghiên c#u c a Seshagiri Rao c ng s [8] v cư ng ñ ch u u n S phân b ñ u kh"p ma tr n th y hóa có ý nghĩa quan tr'ng h qu c a vi c nhào tr n ch t o D a k t qu ch p thành ph n khống XRD c a m u v a, có th th y ñư c s khác bi t v thành ph n khống qua ch ng ph Hình Trái: Ph XRD m u v a vi khu$n m u chu$n 28 ngày, CuKα Ph i: vnh SEM m u v a vi khu$n sau 28 ngày v i đ phóng đ i 1300x "$ 3.3 K#t qu kh 0,5mm t o trư c làm li n v#t ñ t Theo ch sinh h'c, tinh th calcite ch2 hình thành phát tri n cho đ n kho ng khơng gian mà q trình chuy n hóa t o khống b l p đ y, t#c lúc v t n#t l! tr ng đư c l p kín Nư c t, bên ngồi khơng thâm nh p qua c u trúc ñ c c a calcite s n ph$m ñ t o mơi trư ng $m cho chuy n hóa ti p theo Do đó, khơng có hi n tư ng calcite hình thành nhi u gây n#t dãn n th tích ðây ghi nh n quan tr'ng b n thân vi c trương n th tích có th gây tác d ng khơng t t đ n m u v a xi-măng Bên v t n#t phá ho i v t n#t l n, vi khu$n có đ khơng gian khơng khí ñ $m c n thi t, có th ti p xúc ñư c v i ch t dinh dư8ng đ chuy n hóa t o thành tinh th calcite có tác d ng l p kín t, làm li n Hình K t qu li n v t ñ#t gãy c a m u v a sau 14 ngày l p calcite hình thành làm li n v t đ#t v t n#t giúp k t dính Hình minh h'a q trình m u 4x4x16cm đ#t lìa ñư c n i li n t i v trí ñ#t r ng x p x2 0,5mm B r ng v t n#t t li n 0,5mm cho th y hi u qu s( d ng ch ng vi khu$n Bacillus subtilis t t so v i k t qu mà h'c đư c chúng tơi phân tích bao g m quan sát kính hi n vi quang h'c, kính hi n vi n t( qut SEM ph thành ph n XRD ñ u ch#ng minh s t n t i c a s n ph$m calcite Cách ti p c n c p ñ kh o sát t, môi trư ng nuôi De Belie c ng s [4] s( d ng ch ng vi khu$n Bacillus sphaericus, th c hi n v i v t n#t r ng c y, môi trư ng h xi-măng môi trư ng v a ti n đ đ có th #ng d ng ch ng vi khu$n 0,3mm Sau th i gian 14 ngày dư8ng h nư c, b m t v t đ#t có th li n l i (hình v t li u bê-tông S hi n di n c a tinh th khoáng calcite t i v trí tr ng 8) Phóng đ i nh ch p t i v trí cho th y v t màu tr"ng c a calcite ñi d'c theo chi u dài v t ma tr n v a xi-măng đóng vai trị quan tr'ng vi c c i thi n tính ch t lý c a bê- n#t tương t l p keo dính Thanh m u có th đư c nh c lên mà không b tách r i hình ði u ch#ng t m u bi u hi n giá tr tơng Cư ng đ ch u nén, ch u u n ñư c c i thi n calcite hình thành bên trong, l p ñ y l! tr ng c a c u trúc C th hi u qu c i b n u n nh t ñ nh, r t nh thi n cư ng ñ ch u nén cao 30% v i m t ñ vi khu$n phù h p 109cfu/g Tương t K T LU N Có th kh4ng đ nh ch ng vi khu$n Bacillus subtilis có kh chuy n hóa ch t dinh dư8ng thành tinh th khoáng calcite môi trư ng xi-măng $m Các b ng ch#ng khoa " cư ng ñ ch u nén, cư ng ñ ch u u n c a bêtông vi khu$n cao thông thư ng ðây m t y u t có l i, b i bê-tơng v n khơng có cư ng đ ch u u n cao Các v t n#t t o trư c ñư c l p ñ y n i li n nh vào tinh th khoáng calcite minh h'a sinh đ ng mà chúng tơi thu đư c N u ki m soát t t kh subtilis, hi n th c hóa vi c ch t o bê-tông thông minh t li n nghiên c#u ti p chuy n hóa khống calcite đ c bi t dài ngày, tính phân tán c a s n ph$m ma tr n th y hóa kh #ng d ng bê-tơng có th v i ch ng vi khu$n Bacillus theo L I C M ƠN: Tác giW cWm ơn ðHBK Tp.HCM ñã h^ tr ñ tài NCKH SV năm 2013 Use of Bio-Active Bacillus subtilis bacteria to form self-healing concrete • Nguyen Ngoc Tri Huynh • Nguyen Khanh Son University of Technology, VNU-HCM ABSTRACT: Self-healing concrete or bio-concrete is result of XRD analysis and microscopy considered as one kind of “living” smart materials Recently, bio-concrete has (OP, SEM), calcite precipitates were found after curing time of 7, 14, and 28 become more attractive to researchers around the world because of its promising future in improving concrete durability In this study, we investigate the role of Bacillus subtilis in healing cracked cement Bacillus days In the presence of this calcite deposit, both results of compressive and flexural properties of cement mortar increased up to 30% The self-healing effect was tested with a priori crack 11 subtilis 10 cfu/g and 10 cfu/g, respectively, was tested in the different scale sample: 0.5mm in large of a prismatic sample during 14 days of curing time Specific normal condition in Petri plate, binding in cement hydrate product and dispersing in discussion on the obtained results permit us to extend this study for concrete cement mortar 40x40x160mm From the sample Key words: Self-healing, bio-concrete, Bacillus subtilis, bacteria, calcite TÀI LI U THAM KH O [1] Ramachandran S K., Ramakrishnan V and Bang S S "Remediation of concrete using microorganisms." ACI journal 98, no (2001) Materials " [2] De Muynck W., Cox K., De Belie N and Verstraete W "Bacterial carbonate precipitation as an alternative surface treatment for concrete." Construction and Building Materials 22, no 5: 875-885 (2008) [3] Jonkers H M "Self healing concrete: a biological approach." In Self Healing Materials, pp 195-204 Springer Netherlands (2008) [4] De Belie N., & De Muynck W “Crack Repair in Concrete Using Biodeposition.” In Proceedings of the 2nd International Conference on Concrete Repair, Rehabilitation, and Retrofitting (ICCRRR), ed Mark G Alexander et al.,291–292 Leiden, The Netherlands: CRC Press/Balkema (2008) Heidelberg, Springer-Verlag, pp 32-39 (2000) [7] Srinivasa Reddy V., Achyutha Satya K., Seshagiri Rao M.V and Azmatunnisa M "A Biological Approach To Enhance Strength And Durability In Concrete Structures." International Journal of Advances in Engineering & Technology 4, no.2 (2012) [8] Seshagiri Rao M.V., Srinivasa Reddy V., Hafsa M., Veena P and Anusha P "Bioengineered Concrete-A Sustainable Self-Healing Construction Material."Research Journal Engineering Sciences, Vol.2(6), pp45-51 (2013) [9] Srinivasa Reddy V., Sunil Pratap Reddy S., Seshagiri Rao M.V., Sasikala Ch., "Strength enhancement of cement mortar using microorganisms-an experimental study", International Journal of Earth Sciences and Engineering, vol 4, pp 933936 (2011) [5] Al-Thawadi S M "Ureolytic bacteria and calcium carbonate formation as a mechanism of strength enhancement of sand." Journal of Advanced Science and Engineering Research 1, no (2011) [10] Yang Y., Lepech M D., Yang E H and Li [6] Castainer S., Le M G., Perthuisot J P., “Bacterial roles in the precipitation of carbonate minerals”, In Microbial sediments (Ed Riding RE, Awramik SM) V C., "Autogenous healing of engineered cementitious composites under wet-dry cycles", Cement and Concrete Research, vol 39, pp 382-390 (2009) "! ... n 1, bào t( vi khu$n Bacillus subtilis ñư c ch''n ni c y mơi trư ng có b sung thành ph n dinh dư8ng phù h p nh m thu ñư c sinh kh i ñ kh o sát kh hình thành calcite theo ch sinh h''c Vi khu$n m... a xi-măng sinh kh i vi khu$n giúp hồn thi n q trình kh o sát cho phép ti p c n nghiên c#u c p ñ m u v t li u bê- tông Ca2+ + Vi khu$n → Vi khu$n – Ca2+ Cl- + HCO3- + NH3 → NH4Cl + CO3 2Vi khu$n... i: Mơ hình t o calcite (màu xám) thành t bào vi khu$n (theo tham kh o [6] v i xin phép) Vi khu$n Bacillus subtilis có tính xúc tác th y phân urea (CO(NH2)2) thành amonia (NH4+) carbon dioxide