Self-regeneration of cracks in concrete from a bacteria culture

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i6.15734

Keywords:

Concrete cracks; Self-regeneration; Bacillus subitilis bacteria.

Abstract

Concrete has advantages such as economy, malleability, durability, resistance, and may have low permeability and maintenance cost. However, the occurrence of cracks is not uncommon, which can occur due to hygrothermal, hygroscopic and other variations. Such cracks are aggravated by the action of weathering agents. In this sense, the present work sought to verify whether the use of ureolytic bacteria, of the type Bacillus subitilis, could correct the cracks through the process of biomineralization and by converting nutrients such as calcium lactate into limestone through the precipitation of calcium carbonate. The sample of Bacillus subitilis was discovered in leachate in a landfill, located in the community of Perema, municipality of Santarém-Pará, Brazil. After the characterization of the sample, temperature resistance test and preparation of the bacteriological solution, the content was applied to fissures of three specimens with fissures of 0.1 mm, 1 mm and 2 mm. After a period of six days, the cracks in the three PCs were completely regenerated, showing the high capacity of Bacillus subitilis in the calcification of the cracks. The results, therefore, proved to be promising, directing the development of new technologies in this field, as well as awakening another look at the environmental issue linked to leachate.

References

ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2005). NBR 7211: Agregados para concreto – Especificação. Rio de Janeiro.

ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2015). NBR 5738: Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro.

Achal, V., Mukerjee, A. & Reddy, M. S. (2013, novembro). Biogenic treatment improves the durability and remediates the cracks of concrete structures. Construction and Building Materials. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. Volume 48, pp. 1-5.

Anbu, P., Kang, C.H., Shin, Y.J., & So, J.S. (2016, março). Formations of calcium carbonate minerals by bacteria and its multiple applications. SpringerPlus 5, 250. https://springerplus.springeropen.com/articles/10.1186/s40064-016-1869-2.

Bertolini, L. (2010, janeiro). Pp. 414, 36-40. Materiais de Construção: patologia, reabilitação, prevenção. Editora Oficina de textos.

Boggio, A. J. (2000). Estudo comparativo de métodos de dosagem de concretos de cimento Portland. http://hdl.handle.net/10183/12575. Programa de Pós Graduação de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.

Castanier, S., Levrel, G. L. M., Orial, G. & Perthuisot, J. P. (1999, julho). Ca-carbonates precipitation and limestone genesis - the microbiogeologist point of view. Volume 126, Edição 1-4, pp. 9-23. https://doi.org/10.1016/S0037-0738(99)00028-7. Editora Elsevier.

CSN. (2020). Eu entendo de cimento. Apostila treinamento. Companhia Siderúrgica Nacional. P. 13. https://www.csn.com.br/wp-content/uploads/sites/452/2020/11/Apostila-Cimentos-1.pdf.

Dick, J., Windt, W. D., Graef, B. D., Saveyn, H., Meeren, P. V. D., Belie, N. D., Verstraete, W. (2006, agosto). Bio-deposition of a calcium carbonate layer on degraded limestone by Bacillus species. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16491305/.

Figueiredo, E. J. P. (1989, março). Terapia das construções de concreto: metodologia de avaliação de sistemas epóxi destinadas a injeção de fissuras passivas das estruturas de concreto. https://lume.ufrgs.br/handle/10183/1335. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.

Góis, T. S. (2016). Estudo da corrosão do concreto microbiologicamente induzida (CCMI) em estruturas de saneamento. https://lemac.ufes.br/sites/lemac.ufes.br/files/field/anexo/Thais%20Gois.pdf. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Espírito Santo, ES, Brasil.

Hamdan, N., Kavazanjian, E., Rittmann, B. E., & Ismail Karata, I. (2017). Carbonate Mineral Precipitation for Soil Improvement Through Microbial Denitrification. Geomicrobiology Journal, 34: 2, pp. 139-146. https://doi.org/10.1080/01490451.2016.1154117.

Hammes, F., Boon, N., Villiers, J., Verstraete, W., & Siciliano, S.D. (2003, agosto). Strain-Specific Ureolytic Microbial Calcium Carbonate Precipitation. 4901-4909.VOL 69, Applied And Environmental Microbiology, pp. 4901–4909. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC169139/.

Helene, P., & Andrade, T. (2010). Concreto de cimento portland. https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2014/07/lc48.pdf.

Jiang, N. & Soga, K. (2017, janeiro). The applicability of microbially induced calcite precipitation (MICP) for internal erosin control in gravel-sand mixtures. https://tinyurl.com/4vvte6hx. Géotechnique, Volume 67, Edição 1, pp. 42-45.

Jonkers, H. Self-Healing Concrete. Revista Ingenia Magazine, UK, n. 46, pp. 39-46, March 2011. ISSN 1472-9768. https://www.ingenia.org.uk/getattachment/Ingenia/Issue-46/SelfHealing-Concrete/Arnold.pdf.

Jonkers, H. M., Thijssen, A., Muyzer, G., Copuroglu, O., & Schlangen, E. (2010, fevereiro). Application of bacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete. Ecological Engineering, Volume 36, Issue 2, 2010, pp. 230-235. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2008.12.036.

Mukherjee, A., Varenyam, A. (2015, dezembro). A biological route for producing low energy binders. https://www.researchgate.net/publication/271079305_A_BIOLOGICAL_ROUTE_FOR_PRODUCING_LOW_ENERGY_BINDERS.

Oliveira, A., Becker, C. M. & Amico, S. C. (2015). Avaliação das características da resina epóxi com diferentes aditivos desaerantes. Conferência: 23ª Conferência Australasiana sobre Mecânica de Estruturas e Materiais, Em: Byron Bay, Austrália. Volume: 2. https://doi.org/10.1590/0104-1428.1661.

Oliveira, A. M. (2012, julho). Fissuras, trincas e rachaduras causadas por recalque diferencial de fundações. Trabalho de Conclusão de Curso. http://gdl.handle.net/1843/BUOS-9A3GCW. Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, MG, Brasil.

Schlangen, E., Heide, N., & Breugel, K. V. (2006). Crack healing of early age cracks in concrete. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4020-5104-3_32. In: KONSTA-GDOUTOS M.S. (eds) Measuring, Monitoring and Modeling Concrete Properties. Springer pp. 273-284, Dordrecht.

Silva, C. S. (2017). Espectroscopia no Infravermelho para Aplicações Forenses: documentoscopia e identificação de sêmen em tecidos. Tese de Doutorado. https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/29654/1/TESE%20Carolina%20Santos%20Silva.pdf. Universidade Federal de Pernambuco, PE, Recife, Brasil.

Silva, D. G., Melo, L. A., (2018). Aplicação de bactérias biocimentantes no tratamento de patologias de revestimentos de argamassa. https://repositorio.ifg.edu.br/bitstream/prefix/208/1/tcc_Daniel%20Silva_Lucas%20Melo.pdf. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás, Aparecida de Goiânia, GO, Brasil.

Silva, E. F. (2007, dezembro). Variações dimensionais em concretos de alto desempenho contendo aditivo redutor de retração. Tese de Doutorado http://www.coc.ufrj.br/pt/component/docman/?task=doc_download&gid=889&Itemid=. Universidade do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Stewart, A. (2015, janeiro). The 'living concrete' that can heal itself. Delft University. http://edition.cnn.com/2015/05/14/tech/bioconcrete-delft-jonkers/.

Torgal F. P. & Labrinchab, J.A. (2013, agosto). Biotechnologies and bioinspired materials for the construction industry: an overview. https://tinyurl.com/yz9ad264. International Journal of Sustainable Engineering, Editora Taylor & Francis. Pp. 2-7.

Wilbert, D. G. B., Kazmierczak, C. S., & Kulakowski, M. P. (2017). Análise da interface entre agregados reciclados de concreto e argamassas de concretos com cinza de casca de arroz e fíler basáltico por nanoindentação. https://doi.org/10.1590/s1678-86212017000200156. Revista Ambiente Construído - Revista On Line da Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído – ANTAC. Volume 17, n°2. Porto Alegre, RS, Brasil.

Zanzarini, J. C. (2016). Análise das causas e recuperação de fissuras em edificação residencial em alvenaria estrutural – Estudo de caso. Trabalho de Conclusão de Curso. http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/6879/1/CM_COECI_2016_1_15.pdf. Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR, Brasil.

Published

30/05/2021

How to Cite

GATO, M. C. da S. .; MUNIZ, W.; SILVA, K. B. da .; SÁ, M. S. de. Self-regeneration of cracks in concrete from a bacteria culture. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 6, p. e31510615734, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i6.15734. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/15734. Acesso em: 14 jun. 2021.

Issue

Section

Engineerings