Aplicación de bacterias en hormigón y mortero como método de autosanado

Abstract

[ES] La presencia de pequeñas fisuras en el hormigón armado suele ser inevitable. Esto se debe a su baja resistencia a tracción en comparación con su resistencia a compresión. Estas fisuras pueden dar paso a agentes agresivos que deterioran al hormigón o a las armaduras o bien, si es una estructura que requiere cierta estanqueidad, son una vía de escape para el contenido de dicha estructura. Para evitarlo, se recurre a métodos de reparación y/o mantenimiento, pero suelen ser costosos. Para evitar incurrir en estos gastos, se han analizado distintos métodos para que el hormigón sea capaz de cerrar estas fisuras por su sí mismo. A esto se le conoce como autosanado. Hay dos tipos de autosanado: el autógeno y el autónomo. El autosanado autógeno ocurre por la hidratación o carbonatación de las partículas de cemento aún sin reaccionar, mientras que el autónomo depende de agentes que se añaden al hormigón para que reaccionen cuando aparezcan las fisuras. Hay diferentes agentes estudiados para conseguir el autosanado autónomo, como los polímeros superabsorbentes, las adiciones cristalinas y las bacterias, siendo estas últimas el objeto de esta investigación. Algunas bacterias son capaces de producir carbonato cálcico, que cuando se acumula en exceso se desprende de la bacteria en forma de precipitado. Las bacterias se añaden a la matriz del hormigón cuando está amasándose, directamente o con protección (encapsuladas en algún contenedor o árido poroso), y pueden o no encapsularse con nutrientes. Una vez que aparezca la fisura, las bacterias que estén en esa zona se activarán y producirán el carbonato cálcico. En el presente trabajo se incorporarán bacterias a morteros y hormigones. Se utilizarán los productos: 1) Serenade Max con bacterias Bacillus Subtilis encapsuladas en tierra de diatomeas y 2) un producto líquido suministrado por Serbiotec que contiene bacterias Bacillus, fotosintéticas y nitrificantes. Se fabricarán hormigones de tres resistencias diferentes (40MPa, 80MPa y 160MPa) con distintos contenidos de bacterias. Primero se realizarán morteros de prueba para analizar la influencia en la trabajabilidad al añadirle las bacterias y ajustar el contenido de aditivo superplastificante necesario. Para los morteros con el producto de Serbiotec, se fabricarán tres prismas de cada amasada. Para cada tipo de mortero se realizarán amasadas de referencia y con distintos porcentajes de sustitución de agua por bacterias del 10%, 25% y 50%, respectivamente. Se determinarán sus consistencias en la mesa de sacudidas. Después de 7 días, se prefisuran los prismas con un rango de abertura de fisura de 0.05mm-0.3mm y se sumergen en agua durante 28 días para que sanen y se documentarán los resultados del cierre de fisuras. Para los tres tipos de hormigones, se fabricarán dos amasadas por tipo de hormigón con el producto Serenade Max: una con 0 (referencia), 7.5 y 15kg/m3 de producto, sustituyéndose en ambas amasadas el mismo contenido de la arena más fina por el producto. De estas amasadas, se obtendrán probetas cúbicas para medir la resistencia a compresión y discos para realizar ensayos de permeabilidad. Los discos se prefisurarán antes de los 28 días de edad con un rango de abertura de fisura de 0.05mm-0.6mm para las resistencias de 40MPa y 80MPa y de 0.05mm-0.3mm para la resistencia de 160MPa. Luego, se ensayarán a los 28 días de edad, antes de exponerse al ambiente de sanación, y a 56 días de edad, después de exponerse al ambiente de sanación por 28 días, para analizar cuánto han sanado los discos durante ese tiempo. Los ambientes de sanación serán dos: ambiente sumergido en agua y la cámara húmeda. Finalmente, se realizará un ensayo de penetración de cloruros donde se expondrán los discos a una solución con sal durante tres días. Pasado este tiempo, se analizará el grado de penetración de cloruros midiendo el área contaminada. Adicionalmente, se fabricará un lote de hormigón de cada resistencia con el producto Serbiotec, siguiendo la dosificación del 25% de reposición con bacterias.

[EN] The presence of small cracks in reinforced concrete is usually unavoidable. This is due to its low tensile strength compared to its compressive strength. These cracks can give way to aggressive agents that deteriorate the concrete or the reinforcement or, if it is a structure that requires a certain tightness, they are an escape route for the content of said structure. To avoid this, repair and / or maintenance methods are used, but they are usually expensive. To avoid incurring these expenses, different methods have been analyzed so that the concrete is able to close these cracks by itself. This is known as self-healing. There are two types of self-healing: autogenous and autonomous. Autogenous self-healing occurs due to hydration or carbonation of cement particles that have not yet reacted, while autonomous self-healing depends on agents that are added to the concrete to react when cracks appear. There are different agents studied to achieve autonomous self-healing, such as superabsorbent polymers, crystalline additions and bacteria, the latter being the object of this research. Some bacteria are capable of producing calcium carbonate, which when excessively accumulates is released from the bacteria as a precipitate. Bacteria are added to the concrete matrix when it is being mixed, directly or with protection (encapsulated in a container or porous aggregate), and may or may not be encapsulated with nutrients. Once the fissure appears, the bacteria in that area will activate and produce calcium carbonate. In the present work, bacteria will be incorporated into mortars and concretes. The products will be used: 1) Serenade Max with Bacillus Subtilis bacteria encapsulated in diatomaceous earth and 2) a liquid product supplied by Serbiotec containing Bacillus, photosynthetic and nitrifying bacteria. Concrete with three different strengths (40MPa, 80MPa and 160MPa) with different bacteria content will be manufactured. First, test mortars will be made to analyze the influence on workability by adding bacteria and adjusting the necessary superplasticizer additive content. For mortars with the Serbiotec product, three prisms will be manufactured for each batch. Reference batches will be made for each type of mortar and with different percentages of substitution of water by bacteria of 10%, 25% and 50%, respectively. Their consistencies will be determined on the shaking table. After 7 days, the prisms with a crack opening range of 0.05mm-0.3mm are pre-cracked and immersed in water for 28 days to heal and the results of the crack closure will be documented. For the three types of concrete, two batches per type of concrete will be manufactured with the Serenade Max product: one with 0 (reference), 7.5 and 15kg / m3 of product, replacing the same content of the finest sand with the same content in both batches. product. From these batches, cubic specimens will be obtained to measure the resistance to compression and discs to carry out permeability tests. Discs will precrack before 28 days of age with a crack opening range of 0.05mm-0.6mm for 40MPa and 80MPa strengths and 0.05mm-0.3mm for 160MPa strength. Then, they will be rehearsed at 28 days of age, before being exposed to the healing environment, and at 56 days of age, after being exposed to the healing environment for 28 days, to analyze how much the discs have healed during that time. There will be two healing environments: an environment submerged in water and the humid chamber. Finally, a chloride penetration test will be carried out where the discs will be exposed to a salt solution for three days. After this time, the degree of chloride penetration will be analyzed by measuring the contaminated area. Additionally, a concrete batch of each resistance will be manufactured with the Serbiotec product, following the dosage of 25% replacement with bacteria.