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利用细菌保护道路免受除冰器恶化

德雷克塞尔大学的研究人员正在寻找新的方法来使我们的基础设施更具弹性,因此微小的细菌可能很快就会被切入,以防止道路在冬天消失。

化学品,如氯化钙 - 通常被称为“道路盐” - 用于防止可能导致危险旅行条件的结冰和积雪。但他们也是坑洼和路面恶化背后的罪魁祸首。这种降解是由于化学物质与混凝土和冰雪中的水反应形成一种膨胀性化合物,可以通过产生内部膨胀和窘迫来破坏混凝土。这种有害化合物,称为CAOXY--氯氧化钙的缩写 - 也可以在冻结和融化之前渗透到路面时楔入大块混凝土。

在他们的研究,最近发表在杂志上建筑建材,Yaghoob法纳姆,博士,克里斯托弗销售,博士,和卡罗琳绍尔博士,研究人员在工程Drexel的大学,说明如何将一些细菌混合成具体可以缩短形成CAOXY。

他们研究了一种名为Sporosarcina pasteurii的细菌菌株,从而得出了他们的理论。S. pasteurii是相当不寻常的,因为它能够诱导产生碳酸钙的化学反应,碳酸钙通常被称为“天然水泥”。只有少数几种细菌能够吸引这种技巧,称为微生物诱导的碳酸钙沉淀,或“生物矿化”,但你可以看到它们在形成石灰石和大理石的矿物沉积中的作用。

在过去的十年中,像S. pasteurii这样的细菌已经被研究作为修复雕像和混凝土基础设施裂缝的一种方法,并且最近,作为制造砖的环境可持续选择。但德雷克赛的研究人员意识到,细菌的其他天赋之一也可能对防止这些裂缝形成起因非常有用。

“我们实际上正在研究涉及这些细菌的化学反应的最终产物 - 方解石 - 但我们开始意识到它们生产它的方式可能非常有用,因为转移反应会使道路盐变成道路恶化复合,“法纳姆说。“我们知道细菌需要氯化钙来生产方解石,这是一种无害的化合物。因此,如果我们能够找到一种方法让氯化钙路盐撞击混凝土时存在细菌,它可以与细菌相互作用并减少引起道路退化的反应。“

为了测试他们的理论,Sales和Farnam使用道路中常用的水泥类型制作了一系列混凝土样品,并添加了S. pasteurii的混合物以及它们在一些样品中存活所需的营养素。在暴露于氯化钙溶液28天后 - 在冬季模拟一个月的道路处理 - 他们对样品进行了一系列测试以确定其结构完整性并测量存在的CAOXY的量。

观察砂浆样品中的声学振动和微孔的发展,这两种方法都是量化样品强度的方法,研究人员发现用细菌混合物制成的混凝土在暴露于氯化钙后几乎没有变质。

此外,由于微生物诱导的碳酸钙沉淀,含有细菌的样品中的CAOXY水平低得多。据该团队称,碳酸钙的存在表明细菌的相互作用也可用于加强路面,尽管这种应用需要更多的研究。

“细菌能够改变周围的微环境,”Sales表示。“具体而言,它们通过将营养液中的化学物质转化为弱碱,氨来创造高pH环境。这种环境促进钙离子和碳酸根离子沉淀到碳酸钙中 - 而不是形成CAOXY。”

由于细菌存在于自然界中并且是非致病性的,因此它们将成为解决道路恶化问题的环境安全解决方案。Sales和Farnam希望通过与当地和国家交通部门合作进行额外的测试和开发,将这项工作提升到新的水平。

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