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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.74.2023.tde-26042023-081552
Documento
Autor
Nome completo
Caroline Moraes da Cruz
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Pirassununga, 2023
Orientador
Banca examinadora
Rigo, Eliana Cristina da Silva (Presidente)
Gibertoni, Claudia
Marques, Rodrigo Fernando Costa
Menegazzo, Ana Paula Margarido
Roveri, Carolina Del
Soler, José Gabriel Maluf
Título em português
Estudo da biomineralização aplicada a argamassas de construção civil e sua viabilidade tecnológica
Palavras-chave em português
Bactérias
Biomineralização
Concreto
Fissuras
Hidrogéis
Resumo em português
A vedação de fissuras de argamassa civil por meio de biomineralização é possível a partir da adição de bactérias à formulação, gerando carbonato de cálcio como subproduto de sua atividade metabólica. No entanto, deve-se proteger os esporos adicionados do calor proveniente da reação de hidratação do cimento, bem como da retração durante seu endurecimento, para mantê-los viáveis ao longo do tempo. Tal proteção é realizada por meio do seu encapsulamento e distribuição na matriz. Polímeros superabsorventes (hidrogéis), como o alginato de sódio, são potenciais portadores de bactérias devido à sua resistência durante o processo de mistura e também sua capacidade de armazenar água, servindo como reservatório para as reações ocorridas durante o processo metabólico das bactérias. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de encapsulamento de bactérias do tipo Lysinibacillus sphaericus em esferas de quitosana e de alginato de sódio, a influência da adição das cápsulas nas propriedades físicas e mecânicas de uma argamassa e a atividade metabólica da bactéria na ocasião de geração de fissuras, de modo a curá-las. Para tal, formulações de argamassa com adição de cápsulas foram calculadas sob medida para manter a distribuição granulométrica da formulação original, sendo obtidos produtos com excelentes propriedades físicas, mecânicas e reológicas, e permitindo a adição de 0,5, 1,0 e 1,5% de cápsulas em relação ao peso total de cimento. Análise de variância multivariada foi aplicada, em cada idade, mostrando efeito significativo da formulação nas propriedades físicas e mecânicas. As formulações com 0,5% e 1,0% de adição de cápsulas e compensação granulométrica mantiveram os níveis de fluidez estatisticamente iguais ao observado para a formulação normal, mostrando que a reologia não é afetada quando a compensação granulométrica é realizada. Ainda, foram obtidas formulações com valores de resistência mecânica até 10% superiores aos observados para a formulação normal. Após a ruptura, foi possível observar a atuação das bactérias liberadas, por meio da formação de estruturas cristalinas na região da fissura. As cápsulas de hidrogéis foram preparadas por meio de métodos simples e baratos, não afetam as propriedades do concreto e se provaram eficazes na preservação das bactérias durante a mistura e endurecimento do concreto, liberando-as para vedação das fissuras conforme necessário.
Título em inglês
Biomineralization study applied to construction mortars and its technological viability
Palavras-chave em inglês
Bacteria
Biomineralization
Concrete
Cracks
Hydrogels
Resumo em inglês
The sealing of cracks in construction mortar through biomineralization is possible by adding bacteria to the formulation, which generate calcium carbonate as a by-product of its metabolic activity. However, spores must be protected from the heat generated by the hydration reactions of cement, as well as the retraction during hardening, in order to keep them viable through time. Such protection is performed by using capsules distributed in the matrix. Superabsorbent polymers (hydrogels), such as chitosan, are potential carriers of bacteria due to their resistance during mixing, as well as their capacity of storing water, serving as a reservoir for the reactions occurring during the bacteria metabolic process. Thus, this work aims to evaluate the potential of encapsulated bacteria Lysinibacillus sphaericus in chitosan and in sodium alginate spheres, the influence of capsule addition in physical and mechanical properties of mortars and the metabolic activity of the bacteria in sealing cracks. For such, formulations of mortar with addition of capsules were calculated to keep the granulometric distribution of the original formula, thus obtaining products with excellent physical, mechanical and rheological properties, and allowing the addition of 0.5, 1.0 and 1.5% of capsules in relation to the total weight of cement. Multivariate analysis of variance was applied, in each age, showing significant effect of formulation in both physical and mechanical properties. Formulations with 0.5% and 1.0% capsule addition kept flow levels statistically equal to the observed for original formula, thus showing that rheology is not affected when granulometric compensation is performed. Still, formulations were obtained with mechanical resistance values up to 10% greater than the ones observed for the original formula with no capsules. After cracking, it was possible to observe the action of the released bacteria, through the formation of crystalline structures at the cracks. The capsules were prepared through simple and cheap processes, and it was proved that not only they do not affect concrete properties, but also are effective in both protecting the bacteria during mixing and hardening, and releasing it after cracking.
 
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DO10636190COR.pdf (2.88 Mbytes)
Data de Publicação
2023-04-26
 
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