SUPERVISOR
Davood Mostofinejad
داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Mahshid Khademolmomenin fooladi
مهشید خادم المومنین فولادی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
.Effect of Bacteria on Concrete Containing Limestone Powder and Slag
Due to the high strength and relatively affordable price, concrete currently is the most applicable building materials, so that as more than 1 cubic meter concrete for every person in the world would produce annually per year. At least 7% of whole carbon dioxide spread in the globe is contributed to cement production used in the concrete. Hence in this way, the trend toward decreasing the cement consumption in the concrete and replacing it with a cement-like materials such as fly ash, blast furnace slag, micro silica, limestone, etc. has been increased. Slag is by-product of blast furnace and fine limestone is waste of stone cutting in Iran; nowadays use of these two cement replacement spread due to technical, economic and environmental advantages. To increase the durability of concrete and repair pores and micro-cracks microbiological method can be utilized. In this method, the bacteria by producing urease enzyme plays a role like catalyst and helps the urea hydrolysis. If this occurs hydrolysis of calcium-rich environment, solid calcium carbonate will form. The made Calcium carbonate deposits, fills pores and cracks of concrete. In order to achieve the objectives of the study, three groups of samples in general were planned and built. Bacteria in the first batch of samples to compare favorable, was not used. Concretes with six mixes contain two ratios of 0 and 15% limestone powder and three ratios of 0, 20 and 40% slag were made. In this category 216 cylindrical specimens with a diameter of 100 and 200 mm height, 36 mm cube of dimension 100, 36 cubes with dimensions of 70 mm, 36 cubes with dimensions of 70 mm contain steel and 36 cubes with dimensions of 120x200x200 mm were made. Environmental samples for 28 days in tap water, sea water and soluble calcium lactate and urea were treated. In the second sample, mixing in a concentration of bacteria was mixed with water and mix concretes six with the same percentages listed in the first batch were built of limestone powder and slag. Samples and processing environments in this category, like the first group. In the third instance, a mix containing 15% limestone and 20% slag were intended for surface treatment using bacteria. In this category 36 cylindrical specimens with a diameter of 100 and 200 mm height, 6 mm cube of dimension 100mm, 6 cubes with dimensions of 70 mm, and 6 cubes with dimensions of 70 mm contain steel and 6 cubes with dimensions of 120x200x200 mm were made. At the end of processing the surface of samples in the mentioned media for two weeks treats by bacteria. In order to evaluation improvement of concrete durability, water absorption, compressive strength, electrical resistance, the influence of chloride ion, sulphate compressive strength, determination of carbonation depth, the depth of water penetration and bar corrosion tests was performed on the samples. The results show that bacteria-mixed concrete and concrete surface treatment improves durability. Samples with bacteria than samples without bacteria, have less water absorption, carbonation depth, and the depth of penetration, and have more compressive strength, electrical resistance and charges of potential rebar. In relation to cement replacement materials it was concluded that, limestone act as a source of calcium for bacteria and slag enhance the compressive strength and reduce infiltration. Among the curing environment, calcium lactate and urea have better effect on samples containing bacteria and surface treatment. Key words concrete, bacteria, limestone, slag, surface treatment
بتن به دلیل استحکام بالا و قیمت نسبتاً مناسب، در حال حاضر پرکاربردترین مصالح ساختمانی است؛ بهطوریکه به ازای هر نفر در جهان بیشتر از 1 مترمکعب بتن سالیانه تولید میشود. تولید سیمان مصرفی در بتن بهتنهایی در 7 درصد دیاکسید کربن خروجی کل جهان مشارکت دارد . ازاینرو میل به کاهش مصرف سیمان در بتن و جایگزینی آن با مواد شبه سیمانی مانند خاکستر بادی، سرباره کوره آهنگدازی، میکرو سیلیس، پودر سنگ آهک و ... افزایش یافته است. سرباره محصول فرعی کوره بلند آهن گدازی و پودر سنگ آهک جزو دور ریز سنگ بریها در ایران میباشند؛ امروزه استفاده از این دو مادهی جایگزین سیمان به علت مزایای فنی، اقتصادی و زیستمحیطی گسترشیافته است. برای افزایش دوام بتن و ترمیم منافذ و ریزترکهای موجود در آن میتوان از روش میکروبیولوژیکی بهره گرفت. در این روش باکتری با تولید آنزیم اوره آز بهعنوان کاتالیزور عمل کرده و به هیدرولیز اوره کمک میکند. اگر این هیدرولیز در محیط غنی از کلسیم رخ دهد، کربنات کلسیم جامد تشکیل میشود. رسوبات کربنات کلسیم تشکیلشده، منافذ و ترکهای بتن را پر میکند. در راستای دستیابی به اهداف تحقیق، سه دسته نمونه در حالت کلی طرحریزی و ساخته شدند. در دستهی اول نمونهها، به منظور مقایسهی مطلوبتر، باکتری مورد استفاده قرار نگرفت. بتنها با شش طرح اختلاط حاوی دو نسبت 0 و 15 درصد پودر سنگ آهک و سه نسبت 0، 20 و 40 درصد سرباره ساخته شدند. در این دسته 216 نمونهی استوانهای با قطر 100 و ارتفاع 200 میلیمتر، 36 نمونهی مکعبی با بعد 100 میلیمتر ، 36 نمونهی مکعبی با بعد 70 میلیمتر، 36 نمونهی مکعبی با بعد 70 میلیمتر حاوی میلگرد و 36 نمونهی مکعبی به ابعاد 120x200x200 میلیمتر ساخته شدند. نمونهها به مدت 28 روز در سه محیط آب معمولی، آب دریا و محلول کلسیم لاکتات و اوره عملآوری شدند. در دستهی دوم نمونهها، باکتری با آب اختلاط بتن در یک غلظت مخلوط شد و بتنها با شش طرح اختلاط با همان درصدهای ذکرشده از پودر سنگ آهک و سرباره در دستهی اول ساخته شدند. تعداد نمونهها و محیطهای عملآوری در این دسته، همانند دستهی اول است. در دستهی سوم نمونهها، یک طرح اختلاط حاوی 15 درصد پودر سنگ آهک و 20 درصد سرباره جهت اصلاح سطحی با استفاده از باکتری موردنظر قرار گرفت. در این دسته 36 نمونهی استوانهای با قطر 100 و ارتفاع 200 میلیمتر، 6 نمونهی مکعبی با بعد 100 میلیمتر، 12 نمونهی مکعبی با بعد 70 میلیمتر و 6 نمونهی مکعبی به ابعاد 100x200x200 میلیمتر ساخته شدند. این نمونهها پس از اتمام دورهی عملآوری در سه محیط ذکرشده به مدت دو هفته توسط باکتری اصلاح سطحی میشوند. به منظور بررسی بهبود دوام بتن، آزمایشهای جذب آب، مقاومت فشاری، مقاومت الکتریکی، نفوذ یون کلرید، مقاومت فشاری سولفاته، تعیین عمق کربناسیون، تعیین عمق نفوذ آب و خوردگی میلگردها بر روی نمونهها انجام شد. نتایج آزمایشها حاکی از آن است که با استفاده از باکتری در مخلوط بتن و به صورت اصلاح سطح بتن دوام بتن بهبود مییابد. نمونههای حاوی باکتری نسبت به نمونههای بدون باکتری دارای جذب آب، عمق کربناسیون، بار الکتریکی عبوری و عمق نفوذ کمتر و مقاومت فشاری، مقاومت الکتریکی و پتانسیل میلگرد بیشتری بوده اند. در رابطه با مواد جایگزین سیمان این نتیجه گرفته شد که؛ پودر سنگ آهک به عنوان منبع کلسیم برای باکتری عمل کرده و سرباره در بالا بردن مقاومت فشاری بتن و کاهش نفوذ پذیری آن موثر بوده است. در بین محیطهای عمل آوری، کلسیم لاکتات و اوره نتایج بهتری بر روی نمونههای حاوی باکتری و اصلاح سطحی شده گذاشته است. کلمات کلیدی: بتن، باکتری، پودر سنگ آهک، سرباره، اصلاح سطحی