Selbstheilen des Betons mit Hilfe von Bakterien

Bacteria-based self-healing concrete

Es wurde eine neue Art von Beton entwickelt in dem Bakterien Selbstheilen von Rissen foerdern. Selbstheilen findet gewoehnlich auch in normalem Beton statt, durch den Ueberschuss an nicht hydratisiertem Zement. Wenn Wasser durch den Riss eindringen kann, und die nicht hydratisierten Teilchen hydratisieren koennen, werden neue Hydratationsprodukte gebildet, die kleinere Risse schliessen koennen. Um das Selbstheilungsvermoegen eines Betons zu steigern, kann man also der Mischung mehr Zement beigeben. Ein Ueberschuss an Zement ist allerdings in Beton aus oekonomischer und oekologischer Sicht unerwuenscht. Zement ist teuer und darueber hinaus traegt die Produktion des Portlandzementes signifikant zur globalen Emission von CO2 bei. Im Rahmen dieses Projekts wurde ein Selbstheilungssystem entwickelt, das aus zwei Komponenten besteht. Das sind einerseits Bakterien und andererseits organische Verbindungen, die in Gegenwart der Bakterien katalytisch zu Calcit umgesetzt werden. Wenn beide Komponenten dem Zementleim zugegeben werden, werden sie integraler Bestandteil des Betons. Ergebnisse von Versuchen haben gezeigt, dass Wasser, das durch frisch eingebrachte Risse fliesst, die vorhandenen Bakterien aktiviert. Dadurch wird die ausserdem zugegebene organische Verbindung metabolisch umgesetzt und eine grosse Menge Calcit wird gebildet. Dieses neue Zweikomponentensystem auf biologischer Basis stellt einen neuartigen Mechanismus der Selbstheilung dar und kann bei zementgebundenen Werkstoffen angewendet werden. Die Verwendung des Bakterien beinhaltenden Betons, der mit diesem Beitrag vorgeschlagen wird, kann den Aufwand fuer Unterhalt und Instandsetzen reduzieren und eine fruehzeitige Zerstoerung des Gefueges verhindern. Damit kann nicht nur Geld gespart werden, sondern die Emission von CO2 kann betraechtlich vermindert werden, da fuer diese Art selbstheilenden Betons weniger Zement gebraucht wird. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: The authors developed a new type of concrete in which integrated bacteria promote self-healing of cracks. Self-healing in traditional concrete does usually also occur to some extent due to presence of excess non-hydrated cement particles. When these particles undergo secondary hydration upon reaction with crack ingress water, new hydration products can form and smaller cracks can be healed. To improve the self-healing capacity of concrete excess cement can thus be added to the concrete mixture. However, the integration of surplus cement in concrete is unwanted from both an economical and environmental viewpoint. Cement is expensive and, moreover, its production contributes significantly to global atmospheric CO2 emissions. In this study the authors developed a two-component self-healing system which is composed of bacteria which catalyze the metabolic conversion of organic compounds (the second component) to calcite. When both components are mixed with the fresh cement paste they become an integral part of the concrete. Experimental results show that ingress water channeled through freshly formed cracks activates present bacteria which, through metabolic conversion of the concomitantly incorporated organic compound, produce copious amounts of calcite. This new bio-based two-component system represents a novel self-healing mechanism which can be applied to cement-based materials. The bacteria based concrete proposed here could substantially reduce maintenance, repair and premature structure degradation what not only saves money but also reduces atmospheric CO2 emissions considerably as less cement is needed for this type of self-healing concrete. (A)

Language

  • English

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Filing Info

  • Accession Number: 01148694
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Jan 25 2010 8:32AM