Development of two-phase biological self-healing agents for cement-based mortar

Beton dayanıklılığını etkileyen faktörler kendi içlerinde bir etkileşim içerisindedir. Stres altında çatlak oluşumu, beton yapılarda hizmet ömrünü kısaltan kaçınılmaz bir sorundur. Beton yapılarda oluşan kılcal çatlakların hızlı bir şekilde tespit edilmesi ve ilerleme kaydedip büyük ölçekli çatlaklara dönüşmeden onarılması oldukça önemlidir. Son yıllarda yapılan araştırmalar kendiliğinden iyileşen çimento-esaslı malzemeler ile kılcal çatlakların onarılmasının mümkün olduğunu göstermiştir. Bu amaçla kullanılabilecek en yenilikçi yöntemlerden biri biyomineralizasyondur. Bu reaksiyonda mikroorganizmaların metabolik aktivitelerin sonucu ürün olarak kalsiyum karbonat (CaCO3) oluşur ve oluşan CaCO3 çökeltisinin çatlakları doldurması ile kendiliğinden iyileşme elde edilir. Bu sistemde mineral çökelmesi, bakterilerin metaboik aktiviteleri kullanılarak tetiklenmektedir. Bu sistemin çimento bazlı yapılarda çatlak kapanması amacı ile kullanılableceği, yapılan çalışmalar sonucunda gelecek vaat eden bir yöntem olarak öne çıkmıştır. Bu çalışmanın hedefi iki bileşenli bir biyolojik katkı maddesinin geliştirilmesiydi. Bu hedef doğrultusunda, Sporasarcina pasteurii bakterisinin doğal mineraller olan diyatomlu toprak, bentonit, lületaşı ve ponza üzerine sabitlenmesiyle erken yaşta oluşturlan çatlakların (14 ve 28 gün) onarılması incelenmiştir. İki fazlı bir biyo-onarım malzemesi elde etmek için hücreler ilk olarak 108 CFU/mL konsantrasyon ile sterilize edilmiş fosfat çözeltisi (PBS) içerisine eklendi. Kullanılan minerallerin yarısı bu solüsyon içinde en az 24 saat tutuldu. Minerallerin diğer yarısı ise Üre-MMS ( Mısır maserasyon sıvısı) ve kalsiyum asetat içeren sulu besi yerine 24 saat boyunca batırıldı. Onarım etkinliği stereo mikroskop ve ultrason dalga takibi ile incelendi. Ek olarak kirişlerin su emme kapasitesi ve sonrasında hücre canlılığı test edildi. Çatlak içerisindeki çökeltilerin yapısı taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile incelendi. Bu yöntem ile bakteri içeren örneklerde çatlak kapanması ve su emme kapasitlerinde azalma gözlemlendi. Ultrason dalga takibi sonuçları biyo-onarım malzemesi ile hazırlanan örneklerde, kontrol örneklerine oranla artış gösterdi. Çökelti yapısı mikroskop incelemeli sonucunda kalsit yoğunluğu gösterdi. Kullanılan minerallerin, hücreleri beton içerisinde uzun periyotlar için canlı tutabileceği kanıtlandı.