Деформации усадки и трещиностойкость бетонов, модифицированных уреазными биодобавками

Статья посвящена изучению влияния уреазных биодобавок на трещиностойкость и деформацию усадки бетонов. Образцы изготавливались путем модифицирования уреазыми микроорганизмами Sporosarcina pasteurii и Sporosarcina ureae, продуцирующих фермент уреазу. Оценены свойства бетонных смесей по таким показателям как удобоукладываемость и подвижность. Изучена поверхность среза образцов модифицированного бетона, исследовалось поровое пространство с применением оптического и сканирующего электронного микроскопов, идентифицировано образование новой фазы в поровом пространстве. Установлено, что применение уреазных добавок способствует снижению величины усадки бетона и повышению его трещиностойкости, а также прочность при растяжении на изгибе повышается более чем на 30 %, модуль упругости бетона возрастает в 1,5 раза. Эффект упрочнения поровой структуры материалы достигается за счет образования карбоната кальция в результате жизнедеятельности бактерий. Полученные результаты открывают перспективы для разработки экологически чистых и эффективных методов улучшения свойств строительных материалов

1. Yardım Y., Gesoğlu M., Nahhab A. H. Durability of ultra-high performance fiber reinforced concrete against internal sulfate attack using gypsum-contaminated aggregates // Construction and Building Materials. 2025. V. 498. 144067. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.144067.

2. Li J., Zhang Y., Wu Sh., Xin H. Effect of shrinkage-mitigating additives on flexural and compressive performance of ultra-high-performance concrete in corrosive environments // Journal of Building Engineering. 2025. 114761. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.114761.

3. Dang J., Qian J., Zhao J., Xiao J., Jing H. Understanding the autogenous shrinkage of concrete with recycled fine brick aggregate: Effects of minimum particle size and initial water saturation // Journal of Building Engineering. 2025. V. 113. 114158. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.114158.

4. Анпилов С. М., Ерофеев В. Т., Римшин В. И., Сколубович Ю. Л., Сорочайкин А. Н. Инновационные технологии строительства быстровозводимых зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2024. № 8. С. 5-13. doi: 10.33622/0869-7019.2024.08.05-13. EDN CXDPSN.

5. Han Y., Xie Y., Li W., Yue Q., Liu Y., Peng B. Using SAP to control the deformation of shrinkage-compensating concretes at early age // Construction and Building Materials. 2024. V. 416. 135139. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.135139.

6. Gamage N., Patrisia Y., Gunasekara C., Law D.W., Houshyar S., Setunge S. Shrinkage induced crack control of concrete integrating synthetic textile and natural cellulosic fibres: Comparative review analysis // Construction and Building Materials. 2024. V. 427. 136275. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.136275.

7. He M., Zhang L., Zhao J., Hadi M.N.S. A review of mixture design methods for self-compacting recycled concrete // Journal of Building Engineering. 2025. V. 113. 114085. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.114085.

8. Shao R., Wu C., Li J. A comprehensive review on dry concrete: Application, raw material, preparation, mechanical, smart and durability performance // Journal of Building Engineering. 2022. V. 55. 104676, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104676.

9. Ерофеев В.Т., Афонин В.В., Зоткина М.М., Стенечкина К.С., Тюряхина Т.П., Лазарев А.В. Анализ свойств полимерных композитов с различными типами наполнителей // Строительные материалы. 2024. № 1–2. С. 100–109.DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-821-1-2-100-109. EDN ACZEBD.

10. Zheng Y., Zhang Y., Zhuo J., Zhang Y., Wan C. A review of the mechanical properties and durability of basalt fiber-reinforced concrete // Construction and Building Materials. 2022. V. 359. 129360. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129360.

11. Li W., Qu F., Dong W., Mishra G., Shah S.P. A comprehensive review on self-sensing graphene/cementitious composites: A pathway toward next-generation smart concrete // Construction and Building Materials. 2022. V. 331. 127284. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127284.

12. Barbhuiya S., Das B.B., Rajput A., Katare V., Das A.K. Structural performance and implementation challenges of next-generation concrete materials // Structures. 2025. V. 81. 110169, https://doi.org/10.1016/j.istruc.2025.110169.

13. Bahraq A.A., Jose J., Shameem M., Maslehuddin M. A review on treatment techniques to improve the durability of recycled aggregate concrete: Enhancement mechanisms, performance and cost analysis // Journal of Building Engineering. 2022. V. 55. 104713. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104713.

14. Aghaee K., Khayat K.H. Effect of shrinkage-mitigating materials on performance of fiber-reinforced concrete – An overview // Construction and Building Materials. 2021. V. 305. 124586. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124586.

15. Стурова, В. А. Сталефибробетон с применением отходов местных производств для транспортных сооружений // Строительные материалы. 2023. № 1-2. С. 44-49. DOI 10.31659/0585-430X-2023-810-1-2-44-49. EDN OVFCJP.

16. Erofeev, V. Frame Construction Composites for Buildings and Structures in Aggressive Environments / V. Erofeev // Procedia Engineering : Underground Urbanisation as a Prerequisite for Sustainable Development, St.Petersbug, 12–15 сентября 2016 года. V. 165. Amsterdam: Elsevier Ltd, 2016. P. 1444-1447. DOI 10.1016/j.proeng.2016.11.877.

17. The Effect of Modifying Additives on the Performance Properties of Slag-Alkali Binders and Concretes / Zh. T. Aimenov, A. Z. Aimenov, V. T. Erofeev [et al.] // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2024. V. 20, No. 1. P.162-170. DOI 10.22337/2587-9618-2024-20-1-162-170.

18. Дергунова Е.С., Гончарова М.А., Ерофеев В.Т. Комплексное исследование выносливости бетонов, модифицированных биодобавками// Региональная архитектура и строительство. 2025. № 3(64). С.20-25. DOI 10.54734/20722958_2025_3_20.

19. Vignesh J., Ramesh B., Xavier J.R., A review of recent trends in sustainable biopolymer-integrated concrete and its impact on mechanical performance and structural reliability // International Journal of Biological Macromolecules. 2025. V. 321. Part 2. 146408. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.146408.

20. Pu Y., Li L., Shi X., Wang Q., Abomohra A. Recent advances in accelerated carbonation for improving cement-based materials and CO2 mitigation from a life cycle perspective// Construction and Building Materials. 2023. V. 388. 131695. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131695.

21. Ерофеев В.Т., Самченко С.В., Тараканов О.В., Максимова И.Н., Стенечкина К.С., Ерофеева И.В. От традиционных бетонов к бетонам нового поколения // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. №. 12. С. 83-95. DOI: 10.6060/ivkkt.20256812.7199.

22. Касаткин С.П., Соловьева В.Я., Степанова И.В., Кузнецов Д.В., Синицин Д.А. Высокоэффективный наномодифицированный бетон повышенной прочности и долговечности// Нанотехнологии в строительстве. 2022. Т. 14. № 6. С. 493–500. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-6-493-500.

23. Строкова В.В., Духанина У.Н., Балицкий Д.А., Дроздов О.И., Нелюбова В.В., Франк- Каменецкая О.В., Власов Д.Ю. Полиморфизм и морфология карбонатов кальция в технологиях строительных материалов, использующих бактериальную биоминерализацию (обзор) // Строительные материалы. 2022. № 1– 2. С. 82–122. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-799-1-2-82-122.

24. Zhang Y.S., Liu Y., Sun X.D., Zeng W., Xing H.P., Lin J.Z., Kang S.B., Yu L. Application of microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) technique in concrete crack repair: A review // Construction and Building Materials. 2024. V. 411. 134313. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134313.

25. Aytekin B., Mardani A., Yazici Ş. State-of-art review of bacteria-based self-healing concrete: Biomineralization process, crack healing, and mechanical properties // Construction and Building Materials. 2023. V. 378. 131198. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131198.

26. Гончарова М.А., Дергунова Е.С. Особенности применения процесса биоминерализации для улучшения структурно-прочностных свойств бетона // Строительные материалы. 2023. № 1-2. С. 25-33. DOI 10.31659/0585-430X-2023-810-1-2-25-31.

27. Строкова В.В., Власов Д.Ю., Франк-Каменецкая О.В., Духанина У.Н., Балицкий Д.А. Применение микробной карбонатной биоминерализации в биотехнологиях создания и восстановления строительных материалов: анализ состояния и перспективы развития // Строительные материалы. 2019. № 9. С. 83-103. DOI: 10.31659/0585-430X-2019-774-9-83-103.

28. Ерофеев, В. Т. Повышение долговечности и экологичности зданий и сооружений текстильной промышленности путем применения материалов, модифицированных микробиологической добавкой / В. Т. Ерофеев, С. Д. С. Аль Дулайми, А. В. Дергунова // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2021. № 3(393). С. 141-146. – DOI 10.47367/0021-3497_2021_3_141.

29. Lavlinskaya M.S., Sorokin A.V., Zuev Yu.F., Holyavka M.G., Artyukhov V.G. Adsorption immobilization of enzymes on alginates: properties and use of drugs based on them. Short review // Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2023. V. 23(5). pp. 924-937. (Russ.). https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11727.

30. Daneshvar D., Behnood A., Robisson A. Interfacial bond in concrete-to-concrete composites: A review // Construction and Building Materials. 2022. V. 359. 129195. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129195.

31. Mao Y., Liu J., Shi C. Autogenous shrinkage and drying shrinkage of recycled aggregate concrete: A review // Journal of Cleaner Production. 2021. V. 295. 126435. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126435.