New Experimental Approaches to Sand Hardening by Microbial Biocalcification

Son yıllarda nüfustaki artışla birlikte barınma ihtiyacının giderilmesi için inşaat sektöründe hızlı bir büyüme olmuştur. Bu büyüme beraberinde çimento endüstrisinde hızlı gelişimi getirmiştir. Artan endüstrileşme sürecinde biyoteknolojik süreçler her geçen gün daha fazla önem kazanmaktadır. Çimento endüstrisinin en önemli alternatifi mikrobiyal biyokalsifikasyon prosesleridir. Bu proseste çimento benzeri yapılar oda sıcaklığı koşullarında bakteriler tarafından üretilmektedirler. Mikrobiyal biyo-kalsifikasyon prosesleri yüksek sıcaklıklarda üretimi gerçekleşen çimento proseslerine alternatif ve doğa dostu bir çözüm olarak son yıllarda araştırmacıların ilgisini özellikle kendi kendine iyileşme sürecinde çekmiştir. Bu çalışma kapsamında mikrobiyal biyo-kalsifikasyon işlemiyle kum sertleşmesinde farklı üretim yüzeyleri karşılaştırılmıştır. Agar, filtre kağıdı ve poliüretan destek malzemeleri kullanılarak Sporosarcina pasteurii ile kum sertleştirmesi proses verimleri incelenmiştir. Farklı CaCl2 konsantrasyonlarının (25 mM, 50 mM ve 100 mM) ve kum kalınlığının (1 mm, 5 mm ve 10 mm) etkisi de test edilmiştir. CaCO3 varlığı FTIR testleri ile belirlenmiş ve konsantrasyon karşılaştırmaları kimyasal yöntemlerle yapılmıştır. Ek olarak, numunelerin sertliği ve bütünlüğü de gözlenerek en uygun üretim yüzeyi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.  Sonuç olarak agar ve poliüretan destek malzemelerinin, kum sertleşmesinde destek malzemesi açısından daha etkili olduğu bulunmuştur. Artan kum kalınlığının sertliği azalttığı ve 50 mM CaCl2 konsantrasyonunun optimum miktar olduğu belirlenmiştir. Bu çalışma yapı sektörü ve çimento sektörü açısından yenilikçi, çevre dostu ve biyoteknolojik bir yöntemin optimizasyonu niteliğindedir.

New Experimental Approaches to Sand Hardening by Microbial Biocalcification

In recent years there has been a rapid growth in the construction sector in order to meet the need for housing with the increase in population. This growth led to the rapid development of the cement industry. In the process of increasing industrialization, biotechnological processes are becoming more important. The most important alternative of the cement industry is the microbial bio-calcification processes. In this process, cement-like structures are produced by bacteria at room temperature conditions. Microbial bio-calcification processes have attracted the interest of researchers especially in the process of self-healing in recent years as an alternative and nature-friendly solution to the cement processes that are being produced at high temperatures. This study presents a comparative study for sand hardening by microbial bio-calcification process. Different production surfaces was used for sand hardening with Sporosarcina pasteurii such as agar plates, filter paper and polyurethane support materials. The effect of different CaCl2 concentrations (25 mM, 50 mM and 100 mM) and sand thickness (1mm, 5mm and 10 mm) was also tested. CaCO3 was determined by FTIR and measured by chemical analysis. In addition, the hardness and integrity of the samples were observed. Agar and polyurethane support materials were found to be more effective in terms of support material for sand hardening. Increased thickness reduced the hardness and 50 mM CaCl2 concentration was found to be optimum for these types of processes. This study shows the effects of sand hardness on innovative, environmentally friendly  and biotechnological approach optimization.

___

  • [1]Alam, A. Naseer, and Shah A. 2015. Economical stabilization of clay for earth buildings construction in rainy and flood prone areas. Construction and Building Materials, v77 :154–159. (https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.12.046)
  • [2]Türkiye Cumhuriyeti Ekonomi Bakanlığı İhracat Genel Müdürlüğü Kimya Ürünleri ve Özel İhracat Daire Başkanlığı. “Çimento Sektör Raporu”. Ankara, Turkey, 2016. (https://ticaret.gov.tr/data/5b87000813b8761450e18d7b/Cimento.pdf)
  • [3] Wiktor V. and Jonkers, H. M. 2011. Quantification of crack-healing in novel bacteria-based self-healing concrete. Cement and Concrete Composites, 33 (7) : 763–770. (https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.03.012)
  • [4] Türkkan A. 2015.Çimento Fabrikalarının Sağlık Etkileri". Türk Tabipler Birliği Bursa Tabip Odası, Bursa, Turkey, 1-36. https://www.researchgate.net/profile/Alpaslan_Turkkan/publication/312627595_Cimento_Fabrikalarinin_Saglik_Etkileri/links/58872dfe4585150dde4c8903/Cimento-Fabrikalarinin-Saglik-Etkileri.pdf
  • [5] Minke G.2012.Building With Earth Design and Technology of a Sustainable Architecture. Birkhauser Basel: Walter de Gruyter.
  • [6] Fjørtoft J. and Sageie J. 2000. The natural environment as a playground for children. Landscape and Urban Planning, 48 (1) : 83–97. (https://doi.org/10.1016/S0169-2046(00)00045-1)
  • [7] Taya M. 2003. Bio-inspired design of intelligent materials. Smart Structures and Materials 2003: Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD), 50 (51): 54–66.https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/5051/0000/Bio-inspired-design-of-intelligent-materials/10.1117/12.484425.short
  • [8] Siddique R.and Chahal N.K. 2011. Effect of ureolytic bacteria on concrete properties. Construction and Building Materials 25 (10): 3791–3801.( https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.04.010)
  • [9] Olivera-Severo D., Wassermann G., and Carlini C.2006. Bacillus pasteurii urease shares with plant ureases the ability to induce aggregation of blood platelets. Archives of Biochemistry and Biophysics, 452 (2) : 149–155. (https://doi.org/10.1016/j.abb.2006.06.001)
  • [10] Stocks-Fischer S. , Galinat J.K., and Bang S.S. 1999 .Microbiological precipitation of CaCO3. Soil Biology and Biochemistry. 31( 11): 1563–1571. (https://doi.org/10.1016/S0038-0717(99)00082-6)
  • [11] Yoon J. H., Lee K. C., Weiss N., Kho Y. H., Kang K. H., and Park Y. H.2001. Sporosarcina aquimarina sp. nov., a bacterium isolated from seawater in Korea, and transfer of Bacillus globisporus (Larkin and Stokes 1967), Bacillus psychrophilus (Nakamura 1984) and Bacillus pasteurii (Chester 1898) to the genus Sporosarcina as Sporosarcina globispora comb. nov., Sporosarcina psychrophila comb. nov. and Sporosarcina pasteurii comb. nov., and emended description of the genus Sporosarcina,” International Journal Of Systematic And Evolutionary Microbiology, 51( 3): 1079–1086. (https://doi.org/10.1099/00207713-51-3-1079)
  • [12] Wiley W. R., Stokes J. L. 1962. Requirement of an alkaline pH and ammonia for substrate oxidation by Bacillus pasteuri. Journal of Bacteriology, 84(4):730-734.(https://jb.asm.org/content/jb/84/4/730.full.pdf)
  • [13] Chunxiang Q., Jianyun W., Ruixing R., and Liang C.2009.Corrosion protection of cement-based building materials by surface deposition of CaCO3 by Bacillus pasteurii. Materials Science and Engineering: C, 29(4): 1273–1280.(https://doi.org/10.1016/j.msec.2008.10.025)
  • [14] Wang J, Tittelboom K. V., Belie N. D., and Verstraete W. 2012. Use of silica gel or polyurethane immobilized bacteria for self-healing concrete. Construction and Building Materials. 26 (1): 532–540. (https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.06.054)
  • [15] Jonkers H.M., Schlangen E. 2007. Crack repair by concrete-immobilized bacteria. In Proceedings of the first international conference on Self Healing Materials, Noordwijk aan Zee, The Netherlands, 18-20 April. (http://extras.springer.com/2007/978-1-4020-6250-6/documents/9.pdf)
  • [16] Eryürük K., Yang S., Suzuki D. ,Sakaguchi X., Akatsuka T., Tsuchiya T., and Katayama A.2015. Reducing hydraulic conductivity of porous media using CaCO3 precipitation induced by Sporosarcina pasteurii. Journal of Bioscience and Bioengineering, 119 (3): 331–336. (https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2014.08.009)
  • [17]. Webbook.nist.gov. (2019). Calcium carbonate (precipitated). [online] Available at: https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C471341&Mask=80) [Accessed 1 Apr. 2019]. (https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C471341&Mask=80)
  • [18]Sarmast M., Farpoor M.H., Sarcheshmehpoor M., Eghbal M.K..2014. Micromorphological and biocalcification effects of Sporosarcina pasteurii and Sporosarcina ureae in sandy soil columns. Journal of Agricultural Science and Technology, 16 (3): 681-693. http://mjms.modares.ac.ir/article-23-7564-en.pdf
  • [19] Bhaduri S., Debnath N., Mitra S., Liu Y., and Kumar A. 2016. Microbiologically Induced Calcite Precipitation Mediated by Sporosarcina pasteurii. Journal of Visualized Experiments. 110:54-63.(https://doi.org/10.3791/53253)
  • [20] Okwadha G.D. and Li J. 2010. Optimum conditions for microbial carbonate precipitation Chemosphere, 81 (9). 1143–1148. (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2010.09.066)
  • [21] AchalV., Mukherjee A., Reddy M.S.2010. Microbial concrete: way to enhance the durability of building structures. Journal of Materials in Civil Engineering. 23, (6): 730-734. https://ascelibrary.org/doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000159
Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2012
  • Yayıncı: Bitlis Eren Üniversitesi Rektörlüğü
Sayıdaki Diğer Makaleler

Tarihi Rombaki Yığma Yapısının Performans Değerlendirmesi

Murat ÇAVUŞLİ, Memduh KARALAR

Derin Evrişimsel Sinir Ağı Kullanılarak Kayısı Hastalıklarının Sınıflandırılması

Davut HANBAY, Kazım HANBAY, Muammer TÜRKOĞLU, Işıl SARAÇ SİVRİKAYA

Cis ve Trans Formundaki 5-Floropirimidin-2-Karboksilik Asit Molekülünün DFT/TD-DFT ve NBO Analizleri

Saliha ILICAN, Nihal KUŞ

Farklı Yörelere Ait Sumak Ekşilerinin (Rhus coriaria L.) Antimikrobiyal Aktivitesi ve Hipoglisemik Etkisinin Araştırılması

Sevim ÇİFTÇİ YEGİN, Duygu ODABAŞ ALVER

Yeni Tip Taşlama Yönteminde Taşlama Parametrelerinin Deneysel Tasarım Yöntemi İle Yüzey Pürüzlülüğü Üzerine Etkisinin İncelenmesi

Oktay ADIYAMAN, Fikret SÖNMEZ

Investigating the Effect of Geometrical and Dynamic Parameters on the Performance of Darrieus Turbines: A Numerical Optimization Approach via QBlade Algorithm

Abdullah MURATOĞLU, Muhammed Sungur DEMİR

Bitlis İlinin Balık Yetiştiriciliğindeki Mevcut Durumu ve Yetiştiricilik Potansiyelinin Belirlenmesi

Kenan KÖPRÜCÜ, İlbey DOĞAN

Manyetik Fırtına Kaynaklı İyonosferik Değişimlerin GNSS Ölçümleri Kullanılarak İrdelenmesi

Erman ŞENTÜRK, Samed İNYURT

The Investigation of Antimicrobial Activities and Hypoglycemic Effect of Sumac (Rhus coriaria L.) Syrups in Different Region

Sevim ÇİFTÇİ YEGİN, Duygu ODABAŞ ALVER

Derin Öğrenme Yöntemleri ile Borsada Fiyat Tahmini

Gözde ŞİŞMANOĞLU, Furkan KOÇER, Mehmet Ali ÖNDE, Özgür Koray ŞAHİNGÖZ