Bacteria - based self - healing mortar with bio - plastic healing agents : Comparative analysis on quantification and characterization of self-healing by various experimental techniques

Autor: Roy, Rahul
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Druh dokumentu: Student thesis<br />bachelorThesis<br />text
Popis: Crack formation in concrete structures due to various load and non-load factors leading to degradation of service life is very common. Repair and maintenance operations are, therefore, necessary to prevent cracks propagating and reducing the service life of the structures. Accessibility to affected areas can, however, be difficult and the reconstruction and maintenance of concrete buildings are expensive in labor and capital. Autonomous healing by encapsulated bacteria-based self-healing agents is a possible solution. In this study, a novel bacteria-based healing agent was investigated in order to test the self-healing efficiency of the specimens in comparison to the commonly used healing agents made of lactic acid derivatives. (PLA). The novel integrated healing agent is a non-toxic, biodegradable dissolved inorganic carbon substrate derived from wastewater that has been used as an encapsulation material for spores of cohnii bacteria in the Bacillus gene family and for nutrients made up of yeast extract. This dissolved inorganic carbon substrate is a bioplastic made by the bacteria in wastewater known as alkanoate derivatives (AKD). To assess the effect of these healing agents on the mortar characteristics, quantification and characterization of the self-healing were conducted. The quantification of the self-healing efficiency was performed by various experimental techniques such as light microscopy, water permeability, chloride ion permeability, and thermogravimetric analysis whereas the material characterization was investigated by x-ray diffraction and environmental scanning electron microscope. Moreover, a statistical analysis was performed to study the correlation of self-healing efficiency between various experimental techniques. The incorporated dosages of healing agents adopted were 2.6% and 5% by weight of cement. Complete immersion in water was considered to be the condition of treatment of the specimen for healing at two separate periods of 28 and 56 days. The crack widths investigated were in the range of 0.04 to 0.8 mm. The quantification and characterization tests indicated that bacterial containing mortar series especially PLA and AKD at 5% dosage displayed a higher self-healing performance and an indication of precipitated calcium carbonate in the crack mouth. However, the results from the chloride migration test didn’t show any influence by the self-healing healing agents. Furthermore, the statistical analysis identified a major impact of the internal crack geometry on the difference in self-healing ratios, also in the cases where effective crack width is equal.
Sprickbildning i betongkonstruktioner p.g.a. olika laster och lastoberoende faktorer som leder till förkortning av livslängden är mycket vanligt förekommande. Reparation och underhåll är därför nödvändiga för att förhindra att sprickorna propagerar och reduceras konstruktionernas livslängd. Möjligheterna att komma åt de skadade partierna kan dock vara svåra och reparationerna är vanligen både arbetsintensiva och kostsamma. Självläkning med ingjutna bakteriebaserade, självläkande tillsatser är en möjlig lösning på problemet. I denna studie undersöktes en ny bakteriebaserat självläkande tillsats för att prova den självläkande förmågan i jämförelse med vanligt förekommande självläkande tillsatser av mjölksyrederivat (PLA). Den nya integrerade självläkande tillsatsen är en giftfri, biologiskt nedbrytningsbar, oorganisk kolsubstratslösning utvunnen ur avloppsvatten, en tillsats som har använts som ett inkapslingsmaterial för sporer från cohnii-bakterier från bacillussläktet och från näringsämnen framställda ur jästextrakt. Denna kolsubstratslösning är en bioplast framställd ur avloppsvatten och känd som alkanoatderivat (AKD). För att bestämma effekten av dessa självläkande tillsatser på cement bruks egenskaper genomfördes kvantifiering och karakterisering av självläkningen. Kvantifieringen av självläkningens effektivitet utfördes genom olika experimentella metoder såsom ljusmikroskopi, vattengenomsläpplighet, kloridjonstransport och termogravimetriska analyser medan materialkarakteriseringen utfördes med röntgendiffraktion och svepelektronmikroskop (ESEM). Vidare genomfördes en statistisk analys för att undersöka korrelationen mellan olika experimentella metoder. De doser av självläkande tillsatser som användes var 2,6 och 5 % av cementvikten. Fullständig nedsänkning i vatten ansågs vara den lämpligaste lagringen för självläkning under två olika tidsperioder på 28 respektive 56 dygn. De sprickbredder som studerades låg i intervallet 0.04 till 0.8 mm. Försöken kring kvantifiering och karakterisering indikerade att bruken innehållande bakterier, i synnerhet 5 % PLA och AKD, utvecklade en högre form av självläkande beteende och en förekomst av kalciumkarbonat i sprickspetsen. Resultaten från försöken kring kloridtransport visade emellertid inga tecken på någon effekt från de självläkande tillsatserna. Vidare identifierades i den statistiska analysen att inre sprickbildning har stor betydelse för självläkningseffekten även i fall där den effektiva sprickbredden är lika stor.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: