Complementing urea hydrolysis and nitrate reduction matabolisms to enhance microbial self-healing perfromance in cementitious composites
Birbirini tamamlayan üre hidrolizi ve nitrat indirgenmesi metabolizmaları ile çimentolu kompozitlerin mikrobiyal yollarla kendini onarma perfromanslarının iyileştirilmesi
- Tez No: 840946
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YUSUF ÇAĞATAY ERŞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Çevre Mühendisliği, Biotechnology, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 155
Özet
Beton, inşaatta sıkça kullanılan bir malzemedir ancak birçok nedenden dolayı çatlamaktadır. Çatlakların boyutu ve sayısı belirli bir eşiği aştığında, betonun dayanıklılığı için tehdit oluşturmakta ve kullanım ömrünü kısaltmaktadır. Beton bileşenlerinin geri dönüşümü zor olduğundan, dünya genelinde beton atığı birikmesine neden olur. Bu sorunu çözmek için araştırmacılar, bakterilerin ve biyomineralizasyon sürecinin beton çatlaklarının onarımında kullanılmasını önermektedir. Bu konsept“biyobeton”olarak bilinmektedir. Bu çalışmada, üre hidrolizi ve nitrat indirgeme yeteneğine sahip non-aksenik mikrobiyal biyogranüller, beton çatlakların kendini onarmasının daha da geliştirilmesi için önerilmiştir. Bu granüller laboratuvar ölçeğinde silindirik ardışık kesikli reaktörde (AKR) üretildi. Granüller daha sonra hasat edildi ve kurutulduktan sonra canlandırma performansları test edildi. Çalışma, biogranüllerin kurutulmuş bir formda saklanabileceğini ve ihtiyaç duyulduğunda yeniden etkinleştirilebileceğini gösterdi. Biogranüller, üre ve NO3-N'yi verimli bir şekilde tüketti. Çalışma, biogranüllerin 6 saatte 1 g/L üre ve 3 saatte 200 mg/L NO3-N tüketebilecek kapasiteye sahip olduğunu belirledi. Ayrıca, çalışma reaktörün granülasyon performansını yapılan modifikasyonlar sonrasında dikkatli bir şekilde değerlendirdi ve granül üretim sürecinin minimum besin kullanımı (faz1) ve alkali pH koşullarına (Faz 2) uyum sağlayabildiği ve düzenli granül hasatına (Faz 3) imkan tanıdığı belirlendi. Reaktörden elde edilen analizler ve granül örnekleri, reaktörün bu koşullara etkili bir şekilde uyum sağlama yeteneğini gösterdi. Kurutulmuş biogranüller, canlandırılması ve kuru formdaki aktivitelerinin onaylanmasından sonra, çimentolu kompozitlere eklenmiştir. Çimentolu kompozitler kontrollü olarak çatlatılıp örneklerde 100±20 ila 600±30 mikron aralığında çatlak genişlikleri elde edildi. Bu çatlaklar haftalık olarak bir ışık mikroskobu altında gözlemlendi. Biogranüller, çatlaklardan içeri giren su dolayısıyla çözünen besinlerle birlikte, çatlakları kapatabilen doğal bir mineral olan kalsiyum karbonat üretebilen bakteriler içeriyordu. Bu araştırma, çeşitli çevresel koşullarda biyotik örneklerin çatlak iyileştirme performansını incelemektedir. Özellikle, çatlak iyileştirme eşiklerinin %90 iyileşmeye ulaşması, sırasıyla 156, 230 ve 253 mikron ölçülen yağmur suyunda, musluk suyunda ve deniz suyunda en yüksek olduğunu göstermektedir. Daha fazla analiz, belirli çatlak genişlik aralıklarında değişen kapanma yüzdeliklerini ortaya çıkardı, yağmur suyu, musluk suyu ve deniz suyu farklı davranışlar sergiledi. Ayrıca, deniz suyundaki biyotik ve abiyotik örnekler arasındaki 70 µm fark, mikrobiyal iyileşmenin boyutunu göstermektedir, yağmur suyu hem abiyotik hem de biyotik iyileşme açısından yüksek yüzdeliklerde önemli bir avantaj göstermedi. Musluk suyunda mikrobiyal iyileşme 55 µm gözlendi. Fakat yağmur suyunda, mikrobiyal iyileşme %80 iyileşme eşiğinde yaklaşık olarak 70 µm oldu. Bu bulgular, biomortar çatlak iyileştirmeyi etkileyen çevresel faktörleri aydınlatmaktadır ve granül içeren bakteriyel betonun uygulanmasına yönelik çalışmadır.
Özet (Çeviri)
Concrete is a commonly used material in construction, but it tends to crack due to many reasons. When the size and number of cracks exceed a certain threshold, they threat concrete durability and shorten its lifespan. Since recycling of the concrete components is difficult, it leads to the accumulation of concrete waste worldwide. Researchers suggesting the use of bacteria and exploitation of biomineralization to repair concrete cracks and to extend the service life of structures. This phenomenon is known as“bioconcrete.”In this study, the use of biogranules, non-axenic microbial granules capable of urease hydrolysis and nitrate reduction, is proposed for the improvement of concrete crack healing. These granules were produced in a cylindrical sequencing batch reactor (SBR) at laboratory scale. The granules were then harvested, and their resuscitation performance was tested after drying. The study showed that biogranules can be stored in a dried form and reactivated when needed. Biogranules efficiently consumed urea and NO3-N. The study determined that biogranules had the capacity to consume 1 g/L of urea in 6 hours and 200 mg/L of NO3-N in 3 hours. Furthermore, the study revealed that the granule production process can be adapted to minimal nutrient conditions (Phase I) and alkaline pH conditions (Phase 2) as well as enables regular granule harvesting (Phase 3). The analyses and granule samples obtained from the reactor demonstrated its ability to adapt to these conditions effectively. After the resuscitation and confirmation of the activity of the dried biogranules, they were added to cementitious composites. The cementitious composites were cracked in a controlled manner to obtain crack widths ranging from 100±20 µm to 600±30 µm in the samples. These cracks were observed weekly under a light microscope. By adding these biogranules to the cementitious composites, biogranules contained bacteria capable of consuming nutrients that entered the cracks with water, such as urea and nitrate, and producing calcium carbonate, which is a natural mineral that can fill and repair cracks. This research explores the crack healing performance of biotic samples in diverse environmental conditions. Notably, crack healing thresholds reaching 90% recovery were highest in rainwater, tap water, and seawater, measuring at 156, 230, and 253 µm, respectively. Further analysis revealed varying closure percentages within specific crack width ranges, with rainwater, tap water, and seawater exhibiting distinct behaviors. Additionally, a 70 µm disparity between biotic and abiotic samples in marine water signifies the extent of microbial healing, while rainwater showed no significant advantage for both abiotic and biotic healing at higher percentages. In tap water, microbial healing was observed at 55 µm. In particular, in rainwater, microbial healing at the 80% healing threshold was approximately 70 µm. These findings shed light on the environmental factors influencing biomortar crack healing and constitute a study on the application of granular bacterial concrete.
Benzer Tezler
- Uçucu kül ve yüksek fırın curufunu kulanarak üretilen kendiliğinden yerleşen betonların mekanik özelliklerinin taguchi metoduyla analizinin yapılması
Analysis of the mechanical properties of self-complementing concrete produced using fly ash and blast furnace slag with taguchi method
MEHMET GÜMÜŞKAŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiHarran Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ SARIIŞIK
- Kronik lenfositik lösemili hastalarda XRCC1 (X-ray Cross Complementing Group 1) geninde Arg399Gln ve Arg194Trp polimorfizmlerinin ve kardeş kromatid değişimi sıklığı ile korelasyonlarının araştırılması
Investigation of Arg399Gln and Arg194Trp polymorphisms of XRCC1 (X-Ray Cross Complementing Group 1) gene and its correlation to sister chromatid exchange frequency in patients with chronic lymphocytic leukemia
NİLGÜN DUMAN
- Küçük hücreli olmayan akciğer kanserlerinde 'Excision Repair Cross-Complementing Group 1' (ERCC1) Geni T19007C ve C8092A tek nükleotid polimorfizmlerinin klinikopatolojik parametrelerle ilişkilerinin belirlenmesi
The determination of relationship between 'Excısıon Repaır Cross-Complementıng Group 1' (ERCC1) Gene T19007c And C8092a single nucleotide polymorphisms and clinicopathological parameters in non-small cell lung cancer
ESİN KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
GenetikPamukkale ÜniversitesiTıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VİLDAN CANER
- Türkiye'de askeri yönetim alanının dönüşümü
The transformation of military administration in Turkey
AHMET BARBAK
Doktora
Türkçe
2015
Kamu YönetimiAnkara ÜniversitesiSiyaset Bilimi ve Kamu Yönetimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KORAY KARASU
- XRCC1 İle XPD DNA tamir gen polimorfizmleri ile Burkitt lenfoma arasındaki ilişki
Association between genetic polymorphism in DNA repair genes and risk of Burkitt?s lymphoma
SAFA BARIŞ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2008
Çocuk Sağlığı ve Hastalıklarıİstanbul ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TİRAJE CELKAN