افزایش دوام بتن در محیط سولفاتی به کمک باکتری

STUDENT

DEGREE

YEAR

One of the most important issues about concrete is its durability in harsh environments; such as sulfate exposure. Sulfate ions trigger the cement paste while concrete exposure to sulfate containing environment gradually deteriorates the paste matrix which causes rapid destruction of concrete structures. Lots of studies have been carried out to improve the durability of concrete in sulfate environment and many strategies have been suggested. Recently, researchers have focused on use of biodeposition in concrete to improve its behavior in harsh environments. Since the concrete porosity exacerbates the ions penetration, the current experimental study is aimed to investigate the influence of using calsium carbonate producing bacterias on concrete durability improvement in sulfate environment. To do so, two series of specimens were considered. In the first series of specimens, two different bacterial strains accompanied with mixing water was used to make bacterial concrete. Seven groups of 70 mm cubic concrete specimens were made and exposured to saturated magnesium sulfate solution; each group contained 18 cubic spesimens which half of them were submerged in water as control. In the second series of specimens, Four groups of 70 mm cubic concrete specimens were made and surface treated by bacterial solutions using three different bacterial strains. Except the specimens made for measuring the 28-day compressive strength, each group contained 12 specimens that half of them were exposured to saturated magnesium sulfate solution and the rest were submerged in water as control specimens. To investigate the durability improvement of concrete specimens exposured to sulfate environment, mass changes, volume changes, water absorption and compressive strength were determined. Furthermore, 7 groups of cylinderical concrete specimens with 100 mm diameter and 50 mm height in the first series of specimens and 4 cylinderical groups with the same dimension were prepared in the second series of specimens to investigate the chloride permeability of bacterial concrete by rapid chloride penetration test (RCPT). Results of the first series showed that using bacteria in concrete has positive influence on mass and water absorption reduction and increases the compressive strength of the specimens. The results also showed that the 28-day compressive strength of the bacterial concretes is about 20% more than that of the control specimens. Moreover, results in the second series of specimens showed that surface treatment of concrete specimens by bacteria reduces water absorption. Also, bacterial concrete in both series of the specimens have lower chloride penetration in comparison with control specimens. Key Words: Concrete, bacteria, magnesium sulfate environment, surface treatment of concrete, durability, chloride penetration.

از مهم ترین مسایل مربوط به بتن، مسئله ی دوام آن در محیط های خورنده از جمله محیط سولفاتی است. با قرار گیری بتن در محیط های حاوی یون سولفات، فرآیند خوردگی آغاز شده و به تدریج جسم بتن به طور جدی مورد تهاجم قرار می گیرد؛ به طوری که محیط سولفاته با کاهش دوام بتن سبب تخریب زود هنگام سازه های بتنی می شود. تحقیقات فراوانی در راستای افزایش دوام بتن در معرض محیط های سولفاتی انجام شده و راه کارهای متفاوتی پیشنهاد شده است. از طرفی در مطالعات اخیر از باکتری های تولید کننده ی رسوبات کربنات کلسیم در پر کردن خلل و فرج و بهبود ویژگی های بتن استفاده شده و ثمر بخش بودن این روش توسط محققین تأیید و بر لزوم گسترش مطالعات در این زمینه تأکید شده است. هم چنین از آن جا که خلل و فرج بتن موجب نفوذ یون های مهاجم از جمله سولفات و کلر به جسم بتن می شود، بر آن شدیم تا طی یک پژوهش تجربی و با ساخت نمونه های آزمایشگاهی میزان اثر بخشی استفاده از باکتری های تولید کننده ی رسوب کربنات کلسیم را در بهبود دوام بتن در معرض محیط سولفاته بسنجیم. در راستای دست یابی به اهداف تحقیق، دو دسته نمونه در حالت کلی طرح ریزی و ساخته شد. در دسته ی اول نمونه ها از دو گونه باکتری در ساخت نمونه های بتنی به همراه آب اختلاط بتن استفاده شد؛ به طوری که به تفکیک گونه ی باکتری و غلظت سوسپانسیون باکتری به کار رفته در ساخت بتن، 7 گروه نمونه ی بتنی مکعبی به بعد 70 میلی متر ساخته و در محیط محلول سولفات منیزیم اشباع قرار داده شد. لازم به ذکر است که در دسته ی اول نمونه ها هر گروه شامل 18 نمونه مکعبی می باشد که نیمی از این تعداد به عنوان نمونه های شاهد در آب خالص قرار گرفتند. در دسته ی دوم، نمونه های بتنی تحت اصلاح سطحی با استفاده از محلول حاوی باکتری قرار گرفت. در این دسته، از سه گونه باکتری در اصلاح سطحی بتن استفاده شد؛ به طوری که با توجه به گونه ی باکتری به کار رفته در محلول، 4 گروه نمونه ی بتنی مکعبی به بعد 70 میلی متر ساخته شد. جدای از نمونه های ساخته شده برای تعیین مقاومت 28 روزه، هر یک از این گروه ها شامل 12 نمونه می باشد که نیمی از آن ها در محیط سولفات منیزیم اشباع و بقیه به عنوان نمونه ی شاهد در آب خالص مستغرق شدند. به منظور بررسی بهبود دوام بتن در معرض محیط سولفاته در هر دو دسته نمونه از اندازه گیری تغییرات جرم، تغییرات حجم، درصد جذب آب و مقاومت فشاری بتن های ساخته شده استفاده گردید. هم چنین برای بررسی میزان نفوذ پذیری بتن حاوی باکتری در برابر یون کلرید، 7 گروه نمونه ی بتنی استوانه ای به قطر 100 میلی متر و ارتفاع 50 میلی متر در دسته ی اول و 4 گروه نمونه ی بتنی استوانه ای به همین ابعاد در دسته ی دوم نمونه ها ساخته شد تا تحت آزمایش تسریع یافته ی نفوذ یون کلرید در بتن قرار گیرند. نتایج آزمایش ها در دسته ی اول نمونه ها نشان می دهد که استفاده از باکتری در ساخت بتن اثرات مثبتی بر تعدیل کاهش جرم، کاهش جذب آب و افزایش مقاومت فشاری نمونه های در معرض سولفات داشته است. هم چنین نتایج حاکی از آن است که مقاومت فشاری نمونه های بتنی 28 روزه ی حاوی باکتری به طور متوسط در حدود 20% از مقاومت فشاری نمونه های بدون باکتری بیش تر است. نتایج آزمایش ها در دسته ی دوم نمونه ها بیان گر این مطلب است که اصلاح سطحی بتن با استفاده از باکتری جذب آب بتن را کم می کند. تمامی این موارد نشان گر امکان بهبود دوام بتن در معرض محیط سولفاتی با استفاده از باکتری است. هم چنین میزان نفوذ یون کلرید به گروه های حاوی باکتری در هر دو دسته نمونه از گروه های بدون باکتری کم تر بوده است. کلمات کلیدی: بتن، باکتری، محیط سولفات منیزیم، اصلاح سطحی بتن، دوام، نفوذ یون کلرید.