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논문KCI 등재

건축공학분야에서 탄산칼슘형성세균의 응용과 전망

Applications and Prospects of Calcium Carbonate Forming Bacteria in Construction Materials

김사열|박성진
한국미생물·생명공학회 (The Korean Society For Microbiology And Biotechnology)|2012.09|한국미생물·생명공학회지 (Microbiology and Biotechnology Letters)|제40권 제3호|pp. 169-179|DOI 10.4014/kjmb.1202.02005

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Biomineralizationcarbonate precipitationportland cementcrack remediationstrength improvementself-healing smart concrete
주제분류생물학

초록

미생물에 의한 탄산칼슘침전은 생물·화학적으로 풍화, 침식된 시멘트 건축구조물 표면의 미학적 복원 및 수분침투방지를 목적으로 응용되었다. 이 기술의 두드러진 장점이 보고된 후 유럽과 미국을 중심으로 미생물을 이용한 건축공학적 응용가능성에 대한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 견고하고 원재료와의 호환성이 뛰어난 이 기술은 다양한 탄산칼슘형성세균의 선별 또는 배양 및 적용방법의 개발로 그 관심이 촉발되었다. 본 총설의 목적은 친환경적 건축소재에 대한 관심이 높아지고 그 필요성이 대두되고 있는 현 시점에서 미생물 탄산칼슘형성 매카니즘과 그 관련 기술들을 검토해 보고자 한다. 본론에선 시멘트 건축물 표면코팅 효과에대한 방법론적 연구사례들을 조사하였고, 시멘트 구조물의내구성 증진을 위한 미생물의 첨가에 대한 연구사례들도 함께 살펴보았다. 부가적으로 향후 미생물의 다기능성을 이용한 자기수복 스마트 콘크리트 개발에 대한 개념을 살펴보고그 미래를 전망하였다.

Abstract

Microbiological calcium carbonate precipitation (MCCP) is being applied for the aesthetic restoration of cement buildings destroyed by biochemical processes and to block water penetration into the cement’s inner structure. After determining the advantages of this technique, many related studies in the area of architecture concerning the application of microorganisms to improve construction material have been reported in both America and Europe. The techniques compatibility with cement material is especially interesting because of the needed screening of various calcium carbonate forming-bacteria and the required development of their application methods. The purpose of this review is to describe the mechanism of MCCP and related researches with eco-friendly construction materials. Mainly, we describe the methodological studies focused on biodeposition on the surface of building materials and the research trends concerning the addition of microorganisms to improve the durability of cement structures. Additionally, the concepts and technical aspects focused on the development of self-healing smart concrete, with the use of multi-functional bacteria, have been considered.

참고문헌 (50)

  1. Achal, V, "Strain improvement of Sporosarcina pasteurii for enhanced urease and calcite production", J. Ind. Microbiol. Biotechnol, 36, pp.981~988 (2009)
  2. Adolphe, J. P, "Biosynthèse de calcite par une association bactérienne aérobie. C. R", Acad. Sci. Paris, 278, pp.2873~2875 (1974)
  3. Adolphe, J. P, "Les formations carbonatées d’origine bactérienne. Formations continentales d’Afrique du Nord", Bull. Soc. Geol. Fr, 8, pp.55~62 (1989)
  4. Adolphe, J. P, "Procede de traitement biologique d’une surface artificielle", European patent 90400G97.0. (after French patent 8903517, 1989), ~ (1990)
  5. Altcin, P. C, "Cements of yesterday and today concrete of tomorrow", Cem. Concr. Res, 30, pp.1349~1359 (2000)
  6. Bang, S. S, "Calcite precipitation induced by polyurethane-immobilized Sporosarcina pasteurii", Enzyme Microb. Technol, 28, pp.404~409 (2001)
  7. Basheer, P. A. M, "Surface treatments for concrete: assessment methods and reported performance", Constr. Build. Mater, 11, pp.413~429 (1997)
  8. Basheer, L., "Freeze–thaw resistance of concretes treated with pore liners", Constr. Build. Mater, 20, pp.990~998 (2006)
  9. Barabesi, C, "Bacillus subtilis gene cluster involved in calcium carbonate biomineralization", J. Bacteriol, 189, pp.228~235 (2007)
  10. Bazylinski, D. A., "Modes of biomineralization of magnetite by microbes", Geomicrobiol. J, 24, pp.465~475 (2007)
  11. Boquet, E, "Production of calcite (calcium carbonate) crystals by soil bacteria is a general phenomenon", Nature, 246, pp.527~529 (1973)
  12. Braissant, O, "Is the contribution of bacteria to terrestrial carbon budget greatly underestimated?", Naturwissenschaften, 89, pp.366~370 (2002)
  13. Cappitelli, F, "Advantages of using microbial technology over traditional chemical technology in removal of black crusts from stone surfaces of historical monuments", Appl. Environ. Microbiol, 73, pp.5671~5675 (2007)
  14. Castanier, S, "Ca-carbonates precipitation and limestone genesis—the microbiogeologist point of view", Sediment. Geol, 126, pp.9~23 (1999)
  15. Chunxiang, Q, "Corrosion protection of cement-based building materials by surface deposition of CaCO3 by Bacillus pasteurii", Mater. Sci. Eng, 29, pp.1273~1280 (2009)
  16. De Muynck, W, "Bacterial carbonate precipitation improves the durability of cementitious materials", Cem. Concr. Res, 38, pp.1005~1014 (2008)
  17. De Muynck, W, "Microbial carbonate precipitation in construction materials: A review", Ecol. Eng, 36, pp.118~136 (2010)
  18. Douglas, S, "Mineral formation by bacteria in natural microbial communities", FEMS Microbiol. Ecol, 26, pp.79~88 (1998)
  19. Ehrlich, H. L, "How microbes influence mineral growth and dissolution", Chem. Geol, 132, pp.5~9 (1996)
  20. Ghosh, P, "Use of microorganism to improve the strength of cement mortar", Cem. Concr. Res, 35, pp.1980~1983 (2005)
  21. Ghosh, S, "Microbial activity on the microstructure of bacteria modified mortar", Cem. Concr. Compos, 31, pp.93~98 (2009)
  22. Hammes, F, "Key roles of pH and calcium metabolism in microbial carbonate precipitation", Rev. Environ. Sci. Biotechnol, 1, pp.3~7 (2002)
  23. Hammes, F, "Strain-specific ureolytic microbial calcium carbonate precipitation", Appl. Environ. Microbiol, 69, pp.4901~4909 (2003)
  24. Ibrahim, M, "Effectiveness of concrete surface treatment materials in reducing chloride-induced reinforcement corrosion", Constr. Build. Mater, 11, pp.443~451 (1997)
  25. Jonkers, H. M, "Self-healing concrete: a biological approach. Self-Healing Materials. An Alternative Approach to 20 Centuries of Materials Science", 195~204 (2007)
  26. Jonkers, H. M, "Ontwikkeling van zelfherstellend beton met behulp van bacterien", Cement, 4, pp.78~81 (2008)
  27. Jonkers, H. M, "Application of bacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete", Ecol. Eng, 26, pp.230~235 (2010)
  28. Jonkers, H. M., "Bacteria-based self-healing concrete", Heron, 56, pp.1~12 (2011)
  29. 김화중, "미생물의 방해석 석출 작용을 이용한 자기보수 스마트 콘크리트 개발에 관한 연구", 콘크리트학회 논문집, 22(4), pp.547~557 (2010), 한국콘크리트학회
  30. 김화중, "미생물의 생체광물형성작용을 이용한 자기치유 스마트 콘크리트 개발에 관한 기초연구", 콘크리트학회 논문집, 21(4), pp.501~511 (2009), 한국콘크리트학회
  31. Knorre, H, "Bacterial calcification, In Microbial sediments", pp.25~31 (2000), Springer-Verlag
  32. Le Metayer-Levrel, G, "Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of limestones in buildings and historic patrimony", Sediment. Geol, 126, pp.25~34 (1999)
  33. Neville, A. M, "Properties of concrete. 4th edn. Pearson Higher Education" (1996), Prentice Hall
  34. Oss, H. G, "Cement manufacture and the environment", J. Ind. Ecol, 6, pp.89~105 (2002)
  35. 박성진, "Calcite-Forming Bacteria for Compressive Strength Improvement in Mortar", Journal of Microbiology and Biotechnology, 20(4), pp.782~788 (2010), 한국미생물·생명공학회
  36. 박성진, "독도산 탄산칼슘형성세균에 의한 모르타르 균열보수와 압축강도 증진", 한국미생물·생명공학회지, 38(2), pp.216~221 (2010), 한국미생물·생명공학회
  37. 박종명, "터널에서 미학적 문제를 야기하는 진균 및 항진균 활성을 가진 탄산칼슘 형성세균의 분리와 특성", 한국미생물·생명공학회지, 39(3), pp.287~293 (2011), 한국미생물·생명공학회
  38. Peckman, J, "Bacterially mediated formation of diagenetic aragonite and native sulphur in Zechstein carbonates (Upper Permian, central Germany)", Sediment. Geol, 126, pp.205~222 (1999)
  39. Ramachandran, S. K, "Remediation of concrete using micro-organisms", ACI Mater, 98, pp.3~9 (2001)
  40. Rivadeneyra, M. A, "Biomineralisation of carbonates by Halomonas eurihalina in solid and liquid media with different salinities: crystal formation sequence", Res. Microbiol, 149, pp.277~287 (1998)
  41. Rivadeneyra, M. A, "Precipitation of carbonates by Nesterenkonia halobia in liquid media", Chemosphere, 41, pp.617~624 (2000)
  42. Rodriguez-Navarro, C, "Conservation of ornamental stone by Myxococcus xanthus-induced carbonate biomineralization", Appl. Environ. Microbiol, 69, pp.2182~2193 (2003)
  43. Saroj, M., "A process for preparing modified bioconcrete", C04B 28, 2006
  44. Schultze-Lam, S, "Mineralization of bacterial surfaces", Chem. Geol, 132, pp.171~181 (1996)
  45. Stocks-Fischer, S., "Microbiological precipitation of CaCO3", Soil. Biol. Biochem, 31, pp.1563~1571 (1999)
  46. Shen, J., "Laboratory investigation on restoration of Chinese ancient masonry buildings using microbial carbonate precipitation", In 1st BioGeoCivil Engineering Conference (2008)
  47. Tiano, P, "Bacterial bio-mediated calcite precipitation for monumental stones conservation: methods of evaluation", J. Microbiol. Met, 36, pp.139~145 (1999)
  48. Tiano, P., "Biomediated reinforcement of weathered calcareous stones", J. Cult. Herit, 7, pp.49~55 (2006)
  49. Van Tittelboom, K, "Use of bacteria to repair cracks in concrete", Cem. Concr. Res, 40, pp.157~166 (2010)
  50. Warscheid, Th., "Biodeterioration of stone: a review", Int. Biodet. Biodeg, 46, pp.343~368 (2000)

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