SavedAdd your journal

Journals / Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi / 2026 / Cilt: 36 Sayı: 3

Çimento-esaslı harçlarda kendiliğinden iyileşmenin sağlanması için 2 bileşenli biyolojik katkı maddesinin geliştirilmesi

Mustafa Mert Tezer(ÖZYEĞİN ÜNİVERSİTESİ)0000-0001-9799-8871
Zeynep Başaran Bundur(ÖZYEĞİN ÜNİVERSİTESİ)0000-0003-1398-4021
Pages
1171–1184
Publication Date
2021-05-24
🏛️Bibliographic metadata and full text access for this article are provided via DergiPark.
DergiPark Record ↗
✨

AI Summary & Key Takeaways

AI Insight
⚡ TL;DR(Too Long; Didn't Read)

Çatlakların onarılmasından sonra su emme kapasitelerinde belirgin bir azalma belirlenmiştir.

📌 3 Key Takeaways

🎯
Objective & Hypothesis:Beton yapıların hizmet ömrünü etkileyen en önemli faktörlerden biri erken yaşta oluşan çatlaklardır.
📊
Key Findings & Data:Bu reaksiyonda mikroorganizmaların metabolik aktivitelerin sonucu ürün olarak kalsiyum karbonat (CaCO3) oluşur ve oluşan CaCO3 çökeltisinin çatlakları doldurması ile kendiliğinden iyileşme elde edilir.
💡
Conclusion & Impact:Çatlakların onarılmasından sonra su emme kapasitelerinde belirgin bir azalma belirlenmiştir.
🔬Design:Lab & Field Experiment
📍Scope:Comprehensive Sample
⚙️Variables:Kendiliğinden iyileşme · biyomineralizasyon · geçirgenlik

Özet

Beton yapıların hizmet ömrünü etkileyen en önemli faktörlerden biri erken yaşta oluşan çatlaklardır. Çatlak onarımı için kullanılan klasik yöntemlerin uygulanması zaman almakla beraber, hızlı müdahale olasılığı da düşüktür. Bu yöntemler büyük çatlakların onarımı için uygundur, ancak çatlaklar inceldikçe bu onarım malzemelerinin, çatlağın derinlerine inmesi zorlaşmaktadır. 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. Literatürde yapılan çalışmalar sonucunda farklı yöntemler ile harç içine katılan mikroorganizmaların (bakterilerin), beton içinde uzun süre canlı kalabildiklerini, harç yüzeyinde oluşan mikro boyuttaki çatlakları onarabildiği ve geçirgenliğin azaltıldığı gözlemlenmiştir. Bu yöntemler çoğunlukla bakterilerin beton içine katılırken organik ya da sentetik kapsüller içine enjekte edilerek korunmasını içermektedir. Literatürde sunulan bu yöntemlerin çoğu işçilik ve ekonomik olarak dezavantajlı olmakla beraber, betonun dayanım ve akışkanlık gibi özelliklerini de olumsuz etkilediği gözlemlenmiştir. Bu projede harçlarda kendiliğinden iyileşmenin sağlanabilmesi için maliyeti düşük ve sürdürülebilir bir malzeme ile birleştirilip toz halinde bir biyolojik katkı malzemesi amaçlanmaktadır. Bu çalışmada çatlaklarda biyomineralizasyonun sağlanması için Sporosarcina pasteurii hücreleri diyatom ve ponza üzerine sabitlenmiştir. Numuneler, üretimden 28 gün sonra servo-hidrolik deplasman kontrollü bir cihaz kullanılarak 3 nokta eğilme testiyle çatlatılmıştır. Ardından numunelere su ve besi yeri olmak üzere 2 farklı kür uygulanmıştır. İki bileşenli biyolojik katkı içeren numunelerde, kür ortamı fark etmeksizin, 2 hafta içinde %80 oranında kapanma gözlemlenmiştir. Çatlakların onarılmasından sonra su emme kapasitelerinde belirgin bir azalma belirlenmiştir.

🔖

Cite This Article

Tezer, M. M., Bundur, Z. B. (2021). Çimento-esaslı harçlarda kendiliğinden iyileşmenin sağlanması için 2 bileşenli biyolojik katkı maddesinin geliştirilmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt: 36 Sayı: 3, 1171–1184. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.695637

📄 Full Text PDF Viewer

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

References (50)

  1. V. Wiktor, H.M. Jonkers, Quantification of crack-healing in novel bacteria-based self-healing concrete, Cem. Concr. Compos. 33 (2011) 763–770. doi:10.1016/j.cemconcomp.2011.03.012
  2. J.Y. Wang, H. Soens, W. Verstraete, N. De Belie, Self-healing concrete by use of microencapsulated bacterial spores, Cem. Concr. Res. 56 (2014) 139–152. doi:10.1016/j.cemconres.2013.11.009
  3. S. Mann, Biomineralization: Principles and Concepts in Bioinorganic Materials Chemistry, Oxford, New York, 2001
  4. S. Stocks-Fischer, J.K. Galinat, S.S. Bang, Microbiological precipitation of CaCO3, Soil Biol. Biochem. 31 (1999) 1563–1571
  5. W. De Muynck, N. De Belie, W. Verstraete, Microbial carbonate precipitation in construction materials: A review, Ecol. Eng. 36 (2010) 118–136. doi:10.1016/j.ecoleng.2009.02.006
  6. H.M. Jonkers, A. Thijssen, G. Muyzer, O. Copuroglu, E. Schlangen, Application of bacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete, Ecol. Eng. 36 (2010) 230–235. doi:10.1016/j.ecoleng.2008.12.036
  7. J. Wang, K. Van Tittelboom, N. De Belie, W. Verstraete, Use of silica gel or polyurethane immobilized bacteria for self-healing concrete, Constr. Build. Mater. 26 (2012) 532–540. doi:10.1016/j.conbuildmat.2011.06.054
  8. J.Y. Wang, D. Snoeck, S. Van Vlierberghe, W. Verstraete, N. De Belie, Application of hydrogel encapsulated carbonate precipitating bacteria for approaching a realistic self-healing in concrete, Constr. Build. Mater. 68 (2014) 110–119. doi:10.1016/j.conbuildmat.2014.06.018
  9. Z.B. Bundur, S. Bae, M.J. Kirisits, R.D. Ferron, Biomineralization in self-healing cement-based materials: Investigating the temporal evolution of microbial metabolic state and material porosity, J. Mater. Civ. Eng. 29 (2017). doi:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001838
  10. Z.B. Bundur, M.J. Kirisits, R.D. Ferron, Biomineralized cement-based materials: Impact of inoculating vegetative bacterial cells on hydration and strength, Cem. Concr. Res. 67 (2015) 237–245. doi:10.1016/j.cemconres.2014.10.002
  11. S. Liu, Z.B. Bundur, J. Zhu, R.D. Ferron, Evaluation of self-healing of internal cracks in biomimetic mortar using coda wave interferometry, Cem. Concr. Res. 83 (2016) 70–78. doi:10.1016/j.cemconres.2016.01.006
  12. V. Achal, X. Pan, N. Özyurt, Improved strength and durability of fly ash-amended concrete by microbial calcite precipitation, Ecol. Eng. 37 (2011) 554–559. doi:10.1016/j.ecoleng.2010.11.009
  13. Z.B.B. Ali Amiri, Use of corn-steep liquor as an alternative carbon source for biomineralization in cement-based materials and its impact on performance, Constr. Build. Mater. (2017)
  14. A. Amiri, M. Azima, Z.B. Bundur, Crack remediation in mortar via biomineralization: Effects of chemical admixtures on biogenic calcium carbonate, 190 (2018) 317–325. doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.09.083
  15. Z.B. Bundur, A. Amiri, Y.C. Ersan, N. Boon, N. De Belie, Impact of air entraining admixtures on biogenic calcium carbonate precipitation and bacterial viability, Cem. Concr. Res. 98 (2017) 44–49. doi:10.1016/j.cemconres.2017.04.005
  16. Y.Ç. Erşan, F.B. Da Silva, N. Boon, W. Verstraete, N. De Belie, Screening of bacteria and concrete compatible protection materials, Constr. Build. Mater. 88 (2015) 196–203. doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.04.027
  17. J.Y. Wang, N. De Belie, W. Verstraete, Diatomaceous earth as a protective vehicle for bacteria applied for self-healing concrete., J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 39 (2012) 567–77. doi:10.1007/s10295-011-1037-1
  18. M. Alazhari, T. Sharma, A. Heath, R. Cooper, K. Paine, Application of expanded perlite encapsulated bacteria and growth media for self-healing concrete, Constr. Build. Mater. 160 (2018) 610–619. doi:10.1016/j.conbuildmat.2017.11.086
  19. A.R. Suleiman, A.J. Nelson, M.L. Nehdi, Visualization and quantification of crack self-healing in cement-based materials incorporating different minerals, Cem. Concr. Compos. 103 (2019) 49–58. doi:10.1016/j.cemconcomp.2019.04.026
  20. Z.B. Bundur, A. Amiri, Y.C. Ersan, N. Boon, N. De Belie, Impact of air entraining admixtures on biogenic calcium carbonate precipitation and bacterial viability, Cem. Concr. Res. 98 (2017). doi:10.1016/j.cemconres.2017.04.005
  21. Y.C. Erşan, H. Verbruggen, I. De Graeve, W. Verstraete, N. De Belie, N. Boon, Nitrate reducing CaCO3 precipitating bacteria survive in mortar and inhibit steel corrosion, Cem. Concr. Res. 83 (2016) 19–30. doi:10.1016/j.cemconres.2016.01.009
  22. J. Li, W. Zhang, C. Li, P.J.M. Monteiro, Green concrete containing diatomaceous earth and limestone: Workability, mechanical properties, and life-cycle assessment, J. Clean. Prod. 223 (2019) 662–679. doi:10.1016/j.jclepro.2019.03.077
  23. V.C. Ramachandran, J.J. Beaudoin, Handbook of Analytical Techniques in Concrete Science and Technology: Principles, Techniques and Applications, 1st Editio, Noyes Publications, Norwich, New York, 2001
  24. P.J. Piggot, J.G. Coote, Genetic aspects of bacterial endospore formation., Bacteriol. Rev. 40 (1976) 908–62
  25. R.E. Buchanan, N.E. Gibbons, S.T. Cowan, J.G. Holt, J. Liston, R.G.E. Murray, C.F. Niven, A.W. Ravin, R.W. Stanier, Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology, 8th Editio, The Williams& Wilkin Company, Baltimore, 1974
  26. V. Wiktor, H.M. Jonkers, Quantification of crack-healing in novel bacteria-based self-healing concrete, Cem. Concr. Compos. 33 (2011) 763–770. doi:10.1016/j.cemconcomp.2011.03.012
  27. J.Y. Wang, H. Soens, W. Verstraete, N. De Belie, Self-healing concrete by use of microencapsulated bacterial spores, Cem. Concr. Res. 56 (2014) 139–152. doi:10.1016/j.cemconres.2013.11.009
  28. S. Mann, Biomineralization: Principles and Concepts in Bioinorganic Materials Chemistry, Oxford, New York, 2001
  29. S. Stocks-Fischer, J.K. Galinat, S.S. Bang, Microbiological precipitation of CaCO3, Soil Biol. Biochem. 31 (1999) 1563–1571
  30. W. De Muynck, N. De Belie, W. Verstraete, Microbial carbonate precipitation in construction materials: A review, Ecol. Eng. 36 (2010) 118–136. doi:10.1016/j.ecoleng.2009.02.006
  31. H.M. Jonkers, A. Thijssen, G. Muyzer, O. Copuroglu, E. Schlangen, Application of bacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete, Ecol. Eng. 36 (2010) 230–235. doi:10.1016/j.ecoleng.2008.12.036
  32. J. Wang, K. Van Tittelboom, N. De Belie, W. Verstraete, Use of silica gel or polyurethane immobilized bacteria for self-healing concrete, Constr. Build. Mater. 26 (2012) 532–540. doi:10.1016/j.conbuildmat.2011.06.054
  33. J.Y. Wang, D. Snoeck, S. Van Vlierberghe, W. Verstraete, N. De Belie, Application of hydrogel encapsulated carbonate precipitating bacteria for approaching a realistic self-healing in concrete, Constr. Build. Mater. 68 (2014) 110–119. doi:10.1016/j.conbuildmat.2014.06.018
  34. Z.B. Bundur, S. Bae, M.J. Kirisits, R.D. Ferron, Biomineralization in self-healing cement-based materials: Investigating the temporal evolution of microbial metabolic state and material porosity, J. Mater. Civ. Eng. 29 (2017). doi:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001838
  35. Z.B. Bundur, M.J. Kirisits, R.D. Ferron, Biomineralized cement-based materials: Impact of inoculating vegetative bacterial cells on hydration and strength, Cem. Concr. Res. 67 (2015) 237–245. doi:10.1016/j.cemconres.2014.10.002
  36. S. Liu, Z.B. Bundur, J. Zhu, R.D. Ferron, Evaluation of self-healing of internal cracks in biomimetic mortar using coda wave interferometry, Cem. Concr. Res. 83 (2016) 70–78. doi:10.1016/j.cemconres.2016.01.006
  37. V. Achal, X. Pan, N. Özyurt, Improved strength and durability of fly ash-amended concrete by microbial calcite precipitation, Ecol. Eng. 37 (2011) 554–559. doi:10.1016/j.ecoleng.2010.11.009
  38. Z.B.B. Ali Amiri, Use of corn-steep liquor as an alternative carbon source for biomineralization in cement-based materials and its impact on performance, Constr. Build. Mater. (2017)
  39. A. Amiri, M. Azima, Z.B. Bundur, Crack remediation in mortar via biomineralization: Effects of chemical admixtures on biogenic calcium carbonate, 190 (2018) 317–325. doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.09.083
  40. Z.B. Bundur, A. Amiri, Y.C. Ersan, N. Boon, N. De Belie, Impact of air entraining admixtures on biogenic calcium carbonate precipitation and bacterial viability, Cem. Concr. Res. 98 (2017) 44–49. doi:10.1016/j.cemconres.2017.04.005
  41. Y.Ç. Erşan, F.B. Da Silva, N. Boon, W. Verstraete, N. De Belie, Screening of bacteria and concrete compatible protection materials, Constr. Build. Mater. 88 (2015) 196–203. doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.04.027
  42. J.Y. Wang, N. De Belie, W. Verstraete, Diatomaceous earth as a protective vehicle for bacteria applied for self-healing concrete., J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 39 (2012) 567–77. doi:10.1007/s10295-011-1037-1
  43. M. Alazhari, T. Sharma, A. Heath, R. Cooper, K. Paine, Application of expanded perlite encapsulated bacteria and growth media for self-healing concrete, Constr. Build. Mater. 160 (2018) 610–619. doi:10.1016/j.conbuildmat.2017.11.086
  44. A.R. Suleiman, A.J. Nelson, M.L. Nehdi, Visualization and quantification of crack self-healing in cement-based materials incorporating different minerals, Cem. Concr. Compos. 103 (2019) 49–58. doi:10.1016/j.cemconcomp.2019.04.026
  45. Z.B. Bundur, A. Amiri, Y.C. Ersan, N. Boon, N. De Belie, Impact of air entraining admixtures on biogenic calcium carbonate precipitation and bacterial viability, Cem. Concr. Res. 98 (2017). doi:10.1016/j.cemconres.2017.04.005
  46. Y.C. Erşan, H. Verbruggen, I. De Graeve, W. Verstraete, N. De Belie, N. Boon, Nitrate reducing CaCO3 precipitating bacteria survive in mortar and inhibit steel corrosion, Cem. Concr. Res. 83 (2016) 19–30. doi:10.1016/j.cemconres.2016.01.009
  47. J. Li, W. Zhang, C. Li, P.J.M. Monteiro, Green concrete containing diatomaceous earth and limestone: Workability, mechanical properties, and life-cycle assessment, J. Clean. Prod. 223 (2019) 662–679. doi:10.1016/j.jclepro.2019.03.077
  48. V.C. Ramachandran, J.J. Beaudoin, Handbook of Analytical Techniques in Concrete Science and Technology: Principles, Techniques and Applications, 1st Editio, Noyes Publications, Norwich, New York, 2001
  49. P.J. Piggot, J.G. Coote, Genetic aspects of bacterial endospore formation., Bacteriol. Rev. 40 (1976) 908–62
  50. R.E. Buchanan, N.E. Gibbons, S.T. Cowan, J.G. Holt, J. Liston, R.G.E. Murray, C.F. Niven, A.W. Ravin, R.W. Stanier, Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology, 8th Editio, The Williams& Wilkin Company, Baltimore, 1974.