• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2009년도 춘계 학술대회 제21권1호
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• pp.525-526
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• 2009

본 논문에서는 Sporosarcina pasteurii라는 미생물의 생체광물형성작용을 이용하여 Calcite($CaCO_3$) 석출을 유도하고, 이를 Mortar에 적용하여 요구 성능 향상을 평가하였다. Sporosarcina pasteurii를 혼입(input)한 Mortar 시험체(C3S-S.p)와 일반 Mortar 시험체(C3S-W)의 중성화 반응을 실험을 통해 비교한 결과 C3S-S.p가 C3S-W에 비해 중성화가 지연되는 것을 육안으로 확인할 수 있었다. 또한 28日간 Urea-CaCl2 수용액(Medium)에서 양생한 C3S-S.p와 C3S-W의 내구성을 실험을 통해 비교한 결과 Sporosarcina pasteurii를 혼입한 Mortar 시험체(C3S-S.p)가 일반 Mortar 시험체(C3S-W) 비해 내구성이 향상된 것으로 나타났다.

• Advances in concrete construction
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• 제15권1호
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• pp.11-22
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• 2023

Autogenous healing of concrete can be helpful in structural maintenance by healing cracks using a healing material created by the precipitation of calcite and by the hydration of unhydrated binder around the cracks. Against this backdrop, this study investigated the physicochemical properties and autogenous healing performance of ternary blended binder composed of ordinary Portland cement (OPC), blast furnace slag (BFS), and calcium sulfoaluminate (CSA) clinker. Ternary blended binders with various contents of OPC-BFS-CSA clinker were prepared, and their physicochemical properties and autogenous healing performances were examined using various analytical techniques and visually observed using a microscope. The obtained results indicated that increase in the BFS content accompanied the increased the amount of unreacted BFS even after 28 days of curing and had a positive effect on the autogenous healing performance due to its latent hydration. However, replacing the CSA clinker did not increase the autogenous healing performance owing to an insufficient sulfate source for the formation of ettringite. The main precipitates around the cracks were calcite, C-S-H. Other hydration products such as portlandite, monosulfate, and ettringite, which were not found in the Raman and scanning electron microscope analyses.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.75-84
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• 2011

흙 속에 존재하는 미생물 중에는 탄산칼슘과 같은 광물질을 생성시키는 미생물이 있으며, 이렇게 생성된 탄산칼슘은 지반 내의 공극에 침전되어 수밀성을 높이거나 지반을 고결시킬 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 미생물이 지반 내에서 광물질을 어느 정도 생성하는지와 생성된 광물질이 지반의 강도에 어떤 영향을 미치는지 분석하였다. 현장지반의 약한 고결상태를 모사하기 위하여 모래에 3%의 시멘트를 섞어 3일 동안 양생시킨 원형공시체를 제작하였다. 약하게 고결된 공시체에 Sporosarcina pasteurii 균 용액을 20일 동안 최대 10회 반복 주입한 다음 공시체의 일축압축강도와 공극을 채운 광물질을 분석하였다. 미생물을 1회 주입한 경우 공시체의 일축압축강도는 미생물이 들어가지 않은 경우보다 5% 정도 증가하였으나, 2회 이상 주입할 경우 강도는 오히려 감소하였으며 주입 횟수가 증가할수록 일축압축강도는 계속 감소하여 최대 50%까지 감소하였다. 미생물을 반복 주입할 경우 주입 횟수에 따라 고결모래 내에 탄산칼슘이 지속적으로 생성되면서 공극을 채우는 정도가 증가하였다. 하지만, 약하게 고결된 지반 내에 탄산칼슘이 일정 이상 침전될 경우 강도는 오히려 감소하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제22권2호
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• pp.41-51
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• 2017

Microbial processes that bind heavy metals and form minerals are widespread, and they represent a basic aspect of biogeochemistry. Some microorganisms can crystallize minerals by secreting a specific enzyme. In particular, calcite ($CaCO_3$) precipitation is an important part of biomineralization, and has been studied extensively because of its wide application in civil engineering technology. This process provides an effective way to stabilize heavy metals within a relatively stable crystal phase. In this study, biomineralization of calcite by three urea-hydrolyzing indigenous bacterial strains was investigated by microbiological analyses. Three bacterial strains were isolated from the sludge of B mine in Mexico and each bacterial strain was identified by the cellular fatty acid composition and 16S rRNA partial sequencing analysis. The results of the identification analysis showed that these strains were closest to Sporosarcina pasteurii, Kurthia gibsonii, and Paenibacillus polymyxa. We found that the optimum conditions for growth of these indigenous bacteria were $30-40^{\circ}C$ and pH range of 7-8. Microbiological analyses showed the possibility that the bioaccumulated heavy metals ions were deposited around the cell as crystalline carbonate minerals under the optimum conditions. The findings of our study suggest that the indigenous bacterial strains play an important role in heavy metal immobilization.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권10호
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• pp.51-56
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• 2011

본 연구에서는 스케일형성 제어와 막 파울링 저감을 위한 펄스 전기장 처리의 적용성을 실험적으로 검토하였다. 수용액 중의 칼슘이온 78%가 감소되었으며, $CaCO_3$입자의 크기는 커지는 것으로 확인되었다. 또한, $CaCO_3$의 결정형태는 비교적 제거가 힘든 Aragonite 구조에서 비교적 제거가 쉬운 Calcite 구조로 변화됨을 알 수 있었다. 막투과 유량과 막투과 유속은 펄스 전기장처리전에 비하여 더 높게 나타났으며, 스케일형성 가능성지수인 LI값 역시 감소하는 경향을 나타내었다. 결과로부터 펄스 전기장처리가 막 여과의 전처리로써 $CaCO_3$파울링을 경감시키기 위한 효과적인 방법으로 판단된다.

• 광물과 암석
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• 제35권3호
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• pp.387-396
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• 2022

본 연구에서는 꼬막(cockle), 전복(abalone), 가리비(scallop) 패각을 이용하여 중금속 제거효율 평가를 수행하였다. 꼬막, 전복, 가리비의 주 구성광물은 각각 아라고나이트, 아라고나이트와 방해석, 방해석으로 구성되어 있다. 각 패각들의 비표면적은 2.7241 m²/g에서 4.5481 m²/g까지 다양하며 가리비 > 전복 > 꼬막이다. 반응 후 중금속 분석 결과 As는 패각에 의한 흡착이나 pH 상승에 의한 침전 제거 효과가 나타나지 않았다. 납은 반응 초기에 모든 패각 시료에서 모두 제거되었다. 카드뮴과 아연은 매질에 따라 약간의 차이가 있지만 제거 효율은 가리비 > 전복 > 꼬막 순으로 나타났다. 중금속 제거 효율은 가열 시료가 원시료 비해 약간 높으며, 비표면적이 클수록 높은 경향이 있다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제12권5호
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• pp.803-813
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• 2017

This study discussed the possible optimization of enzyme-mediated calcite precipitation (EMCP) as a soil-improvement technique. Magnesium chloride was added to the injection solution to delay the reaction rate and to improve the homogenous distribution of precipitated minerals within soil sample. Soil specimens were prepared in 1-m PVC cylinders and treated with the obtained solutions composed of urease, urea, calcium, and magnesium chloride, and the mineral distribution within the sand specimens was examined. The effects of the precipitated minerals on the mechanical and hydraulic properties were evaluated by unconfined compressive strength (UCS) and permeability tests, respectively. The addition of magnesium was found to be effective in delaying the reaction rate by more than one hour. The uniform distribution of the precipitated minerals within a 1-m sand column was obtained when 0.1 mol/L and 0.4 mol/L of magnesium and calcium, respectively, were injected. The strength increased gradually as the mineral content was further increased. The permeability test results showed that the hydraulic conductivity was approximately constant in the presence of a 6% mineral mass. Thus, it was revealed that it is possible to control the strength of treated sand by adjusting the amount of precipitated minerals.

• Geomechanics and Engineering
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• 제20권2호
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• pp.165-174
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• 2020

The enzyme-induced carbonate precipitation (EICP) method has been investigated to improve the hydro-mechanical properties of natural soil deposits. This study was conducted to explore the stiffness evolution during various stress scenarios. First, the optimal concentration of urea, CaCl₂, and urease for the maximum efficiency of calcite precipitation was identified. The results show that the optimal recipe is 0.5 g/L and 0.9 g/L of urease for 0.5 M CaCl₂ and 1 M CaCl₂ solutions with a urea-CaCl₂ molar ratio of 1.5. The shear stiffness of EICP-treated sands remains constant up to debonding stresses, and further loading induces the reduction of S-wave velocity. It was also found that the debonding stress at which stiffness loss occurs depends on the void ratio, not on cementation solution. Repeated loading-unloading deteriorates the bonding quality, thereby reducing the debonding stress. Scanning electron microscopy and X-ray images reveal that higher concentrations of CaCl₂ solution facilitate heterogeneous nucleation to form larger CaCO₃ nodules and 11-12 % of CaCO₃ forms at the interparticle contact as the main contributor to the evolution of shear stiffness.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제26권2호
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• pp.364-372
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• 2016

Sand tubules, made up of sand grains cemented by microbe-induced calcium carbonate precipitation, have been found in China's Ningxia Province. Sand tubules grow like a tree's roots about 40-60 cm below the surface. The properties of sand tubules and their bacterial community were examined. X-Ray diffraction analysis revealed that the sand tubules were associated with crystalline calcite. Scanning electron microscopy showed that the crystalline solid had a lamellar structure and lacked the presence of cells, suggesting that no bacteria acted as nucleation sites, nor that the crystalline solid was formed by the aggregation of bacteria. Denaturing gradient gel electrophoresis analysis showed 11 of the 12 detectable bands were uncultured bacteria by BLAST analysis in the GenBank database, and the rest were closely related to Paenibacillus sp. (100% identity). By cultivation techniques, the only strain isolated from the sand tubule was suggested to be related to Paenibacillus sp.; no archaea were found. Furthermore, Paenibacillus sp. was demonstrated to induce calcium carbonate precipitation in vitro.

• 지질공학
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• 제20권4호
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• pp.359-370
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• 2010

$CO_2$ 지중저장에서는 대량의 $CO_2$를 장기간 안전하게 저장하여야하기 때문에 $CO_2$ 누출이 발생할 경우 $CO_2$ 지중저장의 목적이 달성될 수 없을 뿐만 아니라 주변지역으로 $CO_2$가 확산되어 보건환경/생태에 큰 영향을 미칠 수 있다. $CO_2$ 주입시 주입정을 통한 누출의 가능성이 가장 높기 때문에, 본 연구에서는 관정 시멘트에 crack이 발생하였다는 가정 하에 crack으로 $CO_2$가 누출될 경우 $CO_2-H_2O$-시멘트 간에 발생할 수 있는 화학 반응을 지구화학 모델링을 통하여 예측하였다. 모델링 결과 $CO_2$-plume이 진행됨에 따라 시멘트 페이스트를 구성하는 portlandite와 CSH(Calcium Silicate Hydrate)가 용해되고, 2차적으로 CSH의 침전과 calcite의 침전이 발생하는 것으로 예상되었다. 약 3년 후에는 침전물의 대부분을 calcite가 차지하고 약 30년까지 침전물의 대부분을 이루게 된다. 본 연구 결과는 $CO_2$ 누출 시 주입관정 내 시멘트에서 발생할 수 있는 화학적인 변화를 이해하고, 반응 모델은 누출을 방지하기 위한 시멘트 관련 연구개발에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.