Un nouveau béton auto-cicatrisant grâce à l’incorporation de bactéries

A novel self-healing concrete thanks to bacteria incorporation

Delft University of Technology, Faculty of Civil Engineering & Geosciences, Section of Materials & Environment - Microlab, Stevinweg 1, 2628 CN Delft, The Netherlands
e-mail: v.a.c.wiktor@tudelft.nl; h.m.jonkers@tudelft.nl

Reçu : 11 Juillet 2011
Accepté : 11 Juillet 2011

Résumé

La formation d’un réseau continu de fissures contribue à l’augmentation de la perméabilité du béton, réduisant ainsi de manière importante sa résistance à l’attaque d’agents agressifs dissous dans l’eau. Afin d’augmenter la capacité de cicatrisation autogène du béton, certains agents cicatrisants spécifiques peuvent être incorporés dans la matrice. L’objectif de ce travail est d’étudier la fonctionnalité et la capacité de précipitation d’un nouveau système auto-cicatrisant. L’agent cicatrisant, composé d’un mélange de spores bactériennes et de lactate de calcium, est d’abord immobilisé à l’intérieur de billes d’argile expansée qui sont ensuite utilisées comme granulats dans le béton. Les fissures sont bouchées par le carbonate de calcium formé via l’activité bactérienne. Les résultats ont montré que ce nouvel agent cicatrisant permettait d’augmenter significativement la fonctionnalité et la capacité de cicatrisation d’un mortier. En effet, 82 % des fissures sont totalement cicatrisées en présence de l’agent cicatrisant alors que cette valeur chute à 61 % pour le témoin. De plus, les mesures de consommation en oxygène ont montré que les bactéries étaient toujours actives après 9 mois. Ce nouvel agent cicatrisant présente un potentiel particulièrement intéressant du point de vue de la durabilité des constructions en béton en environnement humide.

Abstract

Increased permeability due to micro crack networking may substantially reduce the durability of concrete structures due to risk of ingress of aggressive substances particularly in moist environments. In order to increase the often observed autogenous crack-healing potential of concrete, specific healing agents can be incorporated in the concrete matrix. The aim of this work was to study the crack-healing capacity and functionality of a specific and novel two-component bio-chemical self-healing agent. The self-healing agent consisting of bacterial spores and calcium lactate is embedded in porous expanded clay particles which act as reservoir particles and replace part of regular concrete aggregates. Upon crack formation bacterially mediated calcium carbonate formation results in physical closure of micro cracks. Experimental results showed that the crack healing potential and functionality were significantly improved by the incorporation of the self-healing agent in the matrix. Hence, 82% of cracks were totally healed in bacteria-based specimen, while the crack-healing decreased to 61% in control specimen. Moreover, oxygen consumption measurements confirm that bacteria are still active 9 months after the specimens casting. We therefore conclude that this novel bio-chemical self-healing agent shows potential for particularly increasing durability aspects of concrete constructions in wet environments.