Agente de reparación en materiales y estructuras a base de cemento, y procedimiento para su preparación.

Procedimiento para la preparación de un agente de reparación, para su utilización en materiales y estructuras abase de cemento, caracterizado porque un material árido poroso, tal como arcilla expandida o cenizas volantessinterizadas, se carga con esporas bacterianas y un compuesto químico orgánico precursor de biomineral,seleccionado preferentemente entre formiato cálcico, acetato cálcico u otra sal cálcica de ácido carboxílico, poniendoen contacto dichas partículas porosas con la suspensión que contiene esporas bacterianas y una solución de dichocompuesto precursor en el que, en primer lugar, las partículas porosas se secan y se liberan de bacteriasambientales viables por el secado de la mismas durante toda la noche en una estufa a una temperatura de 120-200°C, preferentemente 140°C, seguido de enfriamien to a temperatura ambiente,

sometiendo las partículas a un tratamiento de vacío, en el que mientras se mantiene a las partículas porosas bajovacío, se suministra a las partículas la suspensión que contiene las esporas bacterianas y la solución del compuestoquímico orgánico precursor de biomineral y las partículas están totalmente sumergidas,

liberando el vacío parcial seguido de secado de dicha suspensión y las partículas con la solución introducida atemperatura ambiente y

almacenando la misma a temperatura ambiente hasta su utilización posterior, o

caracterizado porque dos tipos diferentes de partículas porosas, tales como arcilla expandida o cenizas volantessinterizadas, se utilizan al mismo tiempo, unas se cargan con las esporas bacterianas y las otras con un compuestoquímico orgánico precursor de biomineral, seleccionado preferentemente entre formiato cálcico, acetato cálcico uotra sal cálcica de ácido carboxílico, poniendo en contacto en un primer caso dichas partículas porosas con lasuspensión que contiene las esporas bacterianas y en un segundo caso con una solución de dicho compuestoprecursor,

en el que en ambos casos, en primer lugar, las partículas porosas se secan y se liberan de las bacterias ambientalesviables por secado de las mismas durante toda la noche en una estufa a una temperatura de 120-200°C,

preferentemente a 140°C, seguido de enfriamiento ha sta temperatura ambiente,

sometiendo las partículas a un tratamiento de vacío, en el que mientras se mantiene a las partículas porosas bajovacío,

i) se suministra al primer tipo de partículas la suspensión que contiene las esporas bacterianas y

ii) se suministra al segundo tipo de partículas la solución del compuesto precursor,

en el que, en ambos casos, las partículas están completamente sumergidas,

liberando el vacío parcial seguido de secado de dicha suspensión y las partículas con la solución introducida atemperatura ambiente y

almacenando la misma a temperatura ambiente hasta su utilización posterior.

Agente de reparación en materiales y estructuras a base de cemento, y procedimiento para su preparación La presente invención se refiere a un agente de reparación en materiales y estructuras a base de cemento, así como a un procedimiento para su preparación.

Técnica anterior

Un material árido poroso (arcilla expandida o cenizas volantes sinterizadas) cargado con compuestos bioquímicos (bacterias y/o compuestos orgánicos) puede mejorar la durabilidad de las estructuras a base de cemento cuando se incorporan en la matriz del material. Los materiales porosos tales como diferentes tipos de arcillas expandidas (de marcas tales como, por ejemplo, Liapor, Argex) y cenizas volantes (cenizas de carbón pulverizado sinterizadas) (por ejemplo, Lytag) se aplican de forma habitual como material de árido en materiales a base de cemento, específicamente para la producción de hormigón ligero. Hasta la fecha, sin embargo, no se ha propuesto o no se ha aplicado todavía la capacidad potencial de almacenamiento de estos materiales porosos para agentes de reparación o cierre de grietas, tales como compuestos químicos o bacterias.

En los últimos años, la aplicación de bacterias para la mejora y/o reparación de los materiales a base de cemento y, en particular, de hormigón, se ha investigado en varios estudios [Bang y otros 2001; Ramachandran y otros 2001; DeMuynck y otros 2005 y 2007; Jonkers y Schlangen 2007a + b; Jonkers 2007]. En algunos de estos estudios, las bacterias o enzimas derivadas se aplican externamente, es decir, como un sistema de tratamiento de superficie, para bloquear, sellar, o reparar fisuras en el hormigón a través de la formación de biominerales metabólica o enzimática. En muy pocos de los estudios dados a conocer, las bacterias fueron realmente incorporadas en la matriz del hormigón (por ejemplo, mediante la mezcla con la pasta de cemento aún fluida) , para investigar su potencial de mejora autónoma de las características del hormigón, por ejemplo, para actuar como agente de autoreparación inmovilizado en el hormigón [Jonkers y Schlangen 2007a + b; Jonkers 2007].

Las principales desventajas de la adición directa de bacterias o sus esporas a la pasta de cemento es que este procedimiento puede disminuir fuertemente su viabilidad [Jonkers y Schlangen 2007b]. El motivo del tiempo de vida limitado de las bacterias simplemente inmovilizadas en hormigón es muy probablemente una combinación de la elevada alcalinidad de la matriz del hormigón (pH > 12) y la reducción continua del diámetro de poro de la matriz (<1 µm) durante la hidratación continua del cemento.

El objetivo de la presente invención es dar a conocer un agente de reparación en materiales y estructuras a base de cemento, en el que las desventajas mencionadas anteriormente son eliminadas.

La presente invención ha logrado este objetivo proporcionando un agente de reparación en materiales y estructuras a base de cemento en el que dicho agente de reparación comprende partículas porosas cargadas con compuestos orgánicos y/o bacterias, según la reivindicación 4, un proceso para la preparación de las mismas según la reivindicación 1 y un hormigón que comprende dicho agente, según la reivindicación 13.

Por lo general, las partículas porosas comprenden arcilla expandida o cenizas volantes sinterizadas y se pueden presentar en forma de partículas esféricas intactas, rotas o trituradas derivadas de las esferas intactas.

La densidad específica de dichas partículas porosas está entre 0, 4 y 2 g · cm-3 .

Además, el poro superficial tiene una anchura de 1, 0 a 100 µm, y preferentemente entre 1, 0 y 15 µm.

Según la presente invención, es ventajoso cuando el tamaño de las partículas cargadas sólo con bacterias tiene un tamaño de partículas con un diámetro ≥ 0, 02 mm, preferentemente de 0, 02 a 8 mm. Por lo general, el tamaño de partículas de las partículas cargadas sólo con bacterias es de 0, 05 mm.

Por lo general, las esporas o especies bacterianas, según la presente invención pertenecen a los géneros Bacillus y Sporosarcina, si bien preferentemente se utiliza como bacteria Bacillus pseudofirmus.

Por una parte, las bacterias que pertenecen al género Sporosarcina son bacterias ureolíticas, tales como Sporosarcina pasteurii.

Por otra parte, el compuesto orgánico es un compuesto químico precursor de biomineral, preferentemente formiato cálcico, acetato cálcico, u otra sal cálcica de ácido carboxílico.

Por último, pero no menos importante, es ventajoso que el poro de la superficie de la partícula tenga una anchura de 0, 01-1 µm para las partículas cargadas con compuesto precursor de biomineral.

De acuerdo con la presente invención, se ha encontrado que, sorprendentemente, cuando se protegen las bacterias o sus esporas por inmovilización dentro de arcilla expandida o partículas de ceniza volante sinterizadas antes de la adición a la pasta de cemento, puede dar como resultado la preservación casi total, o una disminución significativa de la reducción de la viabilidad y, de este modo, un potencial a largo plazo como agente de reparación o cierre de fisuras de hormigón y otros materiales a base de cemento.

Además de con bacterias, las partículas porosas de arcilla expandida o de cenizas volantes expandidas se pueden cargar además con un compuesto orgánico precursor de biomineral adecuado para aumentar el potencial de reparación o cierre de fisuras de estas partículas en el hormigón y otros materiales a base de cemento.

Con el fin de obtener un resultado favorable, las características de las partículas porosas, tales como la densidad específica, el tamaño, el tamaño superficial del poro y la densidad aplicada en los materiales a base de cemento son las siguientes.

Por lo general, las partículas de arcilla expandida o de cenizas volantes sinterizadas pueden ser esferas intactas.

Además, las dimensiones de la anchura de los poros superficiales son importantes, ya que estos deben ser lo suficientemente grandes como para permitir que las bacterias entren.

La elección del tamaño de partícula aplicado, la anchura de los poros de superficie y la densidad aplicada en el material a base de cemento depende principalmente de la funcionalidad prevista de la partícula cargada. Una partícula puede ser pequeña cuando solamente está cargada con bacterias (por ejemplo, catalizadores para la producción de biomineral) , pero tiene que ser bastante grande cuando se carga además con el compuesto químico precursor de biomineral necesario para la reparación de los materiales a base de cemento. La primera opción es factible cuando el compuesto precursor de biomineral se aplica externamente, es decir, se proporcionará a las bacterias a través de intrusión a través de las fisuras en el material. En este caso, las partículas cargadas solamente con bacterias pueden ser pequeñas y la distribución y densidad de las partículas aplicadas debe ser de manera que sea significativa la probabilidad de que una microfisura recién formada en el material a base de cemento se encuentre con una partícula porosa cargada con bacterias, incrustada en la matriz. Para esta aplicación, la anchura de los poros superficiales de las partículas porosas no debe ser demasiado grande, es decir, para impedir la fuga sustancial de las bacterias previamente introducidas antes del fraguado de la pasta de cemento. Por lo tanto, la anchura del poro superficial debe estar entre 1, 0 y 100 µm o, más idealmente, entre 1, 0 y 15 µm. El tamaño de las partículas cargadas sólo con bacterias debe ser lo suficientemente grande como para acomodar y proteger un número importante de bacterias o esporas bacterianas, es decir, un tamaño de partículas con un diámetro de, como mínimo, 0, 02 mm. La probabilidad de que una fisura recién formada con una anchura de fisura de 0, 1 mm y una longitud de 2 mm se encuentre con una partícula cargada con bacterias de 0, 05 mm de diámetro está próxima a uno cuando las partículas están distribuidas homogéneamente por el material. La relación volumétrica de las partículas de 0, 05 mm de tamaño al material a base de cemento sería entonces del orden de 1:240. Sin embargo, los tamaños de partícula también pueden ser más grandes, es decir, en el intervalo de 0, 02 a 8 mm. Además, cuando las partículas porosas deben funcionar además como un depósito para los compuestos químicos precursores de biominerales, los tamaños deben ser sustancialmente mayores que 0, 02 mm, dado que el potencial de reparación o cierre de fisuras volumétrico de tales productos químicos está directamente relacionado con su propio volumen. El potencial de reparación o relleno de la fisura se limita a la... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de un agente de reparación, para su utilización en materiales y estructuras a base de cemento, caracterizado porque un material árido poroso, tal como arcilla expandida o cenizas volantes sinterizadas, se carga con esporas bacterianas y un compuesto químico orgánico precursor de biomineral, seleccionado preferentemente entre formiato cálcico, acetato cálcico u otra sal cálcica de ácido carboxílico, poniendo en contacto dichas partículas porosas con la suspensión que contiene esporas bacterianas y una solución de dicho compuesto precursor en el que, en primer lugar, las partículas porosas se secan y se liberan de bacterias ambientales viables por el secado de la mismas durante toda la noche en una estufa a una temperatura de 120200°C, preferentemente 140°C, seguido de enfriamien to a temperatura ambiente, sometiendo las partículas a un tratamiento de vacío, en el que mientras se mantiene a las partículas porosas bajo vacío, se suministra a las partículas la suspensión que contiene las esporas bacterianas y la solución del compuesto químico orgánico precursor de biomineral y las partículas están totalmente sumergidas, liberando el vacío parcial seguido de secado de dicha suspensión y las partículas con la solución introducida a temperatura ambiente y almacenando la misma a temperatura ambiente hasta su utilización posterior, o caracterizado porque dos tipos diferentes de partículas porosas, tales como arcilla expandida o cenizas volantes sinterizadas, se utilizan al mismo tiempo, unas se cargan con las esporas bacterianas y las otras con un compuesto químico orgánico precursor de biomineral, seleccionado preferentemente entre formiato cálcico, acetato cálcico u otra sal cálcica de ácido carboxílico, poniendo en contacto en un primer caso dichas partículas porosas con la suspensión que contiene las esporas bacterianas y en un segundo caso con una solución de dicho compuesto precursor, en el que en ambos casos, en primer lugar, las partículas porosas se secan y se liberan de las bacterias ambientales viables por secado de las mismas durante toda la noche en una estufa a una temperatura d.

12. 200°C, preferentemente a 140°C, seguido de enfriamiento ha sta temperatura ambiente, sometiendo las partículas a un tratamiento de vacío, en el que mientras se mantiene a las partículas porosas bajo vacío,

i) se suministra al primer tipo de partículas la suspensión que contiene las esporas bacterianas y ii) se suministra al segundo tipo de partículas la solución del compuesto precursor,

en el que, en ambos casos, las partículas están completamente sumergidas, liberando el vacío parcial seguido de secado de dicha suspensión y las partículas con la solución introducida a temperatura ambiente y almacenando la misma a temperatura ambiente hasta su utilización posterior.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas partículas de arcilla expandida se cargan con Bacillus pseudofirmus.

3. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas partículas de arcilla expandida se cargan con esporas de Sporosarcina pasterurii.

4. Agente de reparación para su utilización en estructuras y materiales a base de cemento, obtenible mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-3.

5. Agente de reparación, según la reivindicación 4, caracterizado porque dichas partículas porosas son esferas intactas, partículas rotas o trituradas derivadas de dichas esferas intactas.

6. Agente de reparación, según las reivindicaciones 4-5, caracterizado porque la densidad específica de dichas partículas porosas está entre 0, 4 y 2 g cm -3 .

7. Agente de reparación, según las reivindicaciones 4-6, caracterizado porque los poros superficiales de dichas partículas porosas tienen una anchura de 0, 01 a 100 µm, preferentemente entre 1, 0 y 15 µm.

8. Agente de reparación, según las reivindicaciones 4-7, caracterizado porque las partículas cargadas solamente con bacterias tienen un tamaño de partículas con un diámetro de ≥0, 02 mm, preferentemente de 0, 02 a 8 mm.

9. Agente de reparación, según la reivindicación 8, caracterizado porque las partículas tienen un diámetro de 0, 05 mm.

10. Agente de reparación, según las reivindicaciones 4-9, caracterizado porque las esporas bacterianas pertenecen a los géneros Bacillus o Sporosarcina.

11. Agente de reparación, según la reivindicación 4, caracterizado porque las esporas bacterianas son de Bacillus pseudofirmus o Sporosarcina pasteurii.

12. Agente de reparación, según la reivindicación 4, caracterizado porque el compuesto orgánico es formiato cálcico.

13. Hormigón que comprende un agente de reparación, según cualquiera de las reivindicaciones 4-12, en el que el

número de esporas bacterianas inmovilizadas en partículas porosas está en el intervalo d.

10. 109 esporas por cm 3 de hormigón.