Đã có nhiều nghiên cứu tập trung cải thiện các tính chất của vật liệu bê tông và vữa xi măng, phổ biến như sử dụng các phụ gia hóa học hay các phụ gia khoáng hoạt tính. Bên cạnh những hiệu quả thu được, vẫn còn một số hạn chế về giá thành, cũng như các tác dụng phụ không mong muốn. Một vấn đề khác, khá phổ biến ở loại vật liệu bê tông xi măng, là sử dụng trong thời gian dài sẽ hình thành các vết nứt và các lỗ li ti trên bề mặt, việc sửa chữa các vết nứt này đòi hỏi tốn kém chi phí và nhân công. Chính vì vậy, việc tạo ra vật liệu thông minh, tự liền, giúp tăng bền vững cho vữa xi măng đóng rắn, là hướng nghiên cứu mang tính ứng dụng cao và cấp thiết.
Trên thế giới các đề tài nghiên cứu về ứng dụng vi khuẩn có khả năng khoáng hóa nói chung và vi khuẩn tạo tủa canxi cacbonat nói riêng đã được thực hiện từ rất lâu. Ngày càng nhiều công trình được công bố về việc sàng lọc, tuyển chọn các chủng vi khuẩn có có khả năng tạo tủa canxi cacbonat, cũng như nghiên cứu tiềm năng ứng dụng các chủng vi khuẩn này làm xi măng sinh học. Ở Việt Nam, những nghiên cứu về vi khuẩn tạo canxi cacbonat chưa nhiều, các nghiên cứu đã công bố chủ yếu tập trung vào ứng dụng vi khuẩn tạo khoáng để cải thiện các vết nứt trên vật liệu bê tông.
Trong đề tài nêu trên, nhóm tác giả đã phân lập được 22 chủng vi khuẩn có khả năng tạo kết tủa CaCO3 (hàm lượng ≥ 0,1 g/100mL). Định danh được đến loài 7 chủng vi khuẩn. Trong số các chủng vi khuẩn đã phân lập, chủng O. profundus KG_15.3 và S. cohnii KG_72.2 có hàm lượng CaCO3 và có tiềm năng ứng dụng cao.
Tập trung nghiên cứu về chủng vi khuẩn O. profundus KG_15.3, nhóm đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và khả năng tạo tủa calcite của chủng này. Tiến hành các mô hình tối ưu hóa và cải tiến điều kiện nuôi cấy chủng vi khuẩn O. profundus KG_15.3 để cho hoạt tính tạo tủa tốt nhất. Hàm lượng tủa CaCO3 sau khi tối ưu đạt 2,438 g/100mL.
Thử nghiệm lên men chủng O. profundus KG_15.3 trong bình bioreactor 5L và đạt mật độ tế bào cực đại 1,28x1010 CFU/mL ở thời điểm 36 giờ nuôi cấy trong môi trường NB (Nutrient broth) cải tiến. Qua đó đã hoàn thiện quy trình nhân nuôi sinh khối vi khuẩn O. profundus KG_15.3.
Thử nghiệm khả năng làm liền các vết đứt gãy bê tông của vi khuẩn O. profundus KG_15.3 cho thấy, vết đứt gãy của bê tông được làm liền, khi bổ sung ở nồng độ 108 CFU/g trở lên dưới dạng vi khuẩn tươi hoặc phối trộn với diatomite. Đề tài cũng hoàn thiện 1 quy trình tạo mẫu bê tông sinh học có bổ sung vi khuẩn và môi trường, với cường độ chịu nén tương đương mẫu vữa bê tông đối chứng và có khả năng tự liền vết đứt gãy sau 14 ngày.
Các chủng vi khuẩn phân lập từ môi trường tự nhiên có các đặc điểm phát triển phù hợp với điều kiện môi trường bản địa, có khả năng ứng dụng cao tại Việt Nam. Các sản phẩm cũng như hướng ứng dụng của đề tài đều thân thiện với môi trường. Sản phẩm bê tông sinh học, nếu có thể ứng dụng rộng rãi, sẽ góp phần giảm thiểu các tác động môi trường cũng như tiết kiệm về kinh tế và tăng thời gian sử dụng của các công trình xây dựng.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ (CESTI).
Lam Vân (CESTI)