• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제23권9호
• /
• pp.1269-1278
• /
• 2013

Crack remediation on the surface of cement mortar using microbiological calcium carbonate ($CaCO_3$) precipitation (MICP) has been investigated as a microbial sealing agent on construction materials. However, MICP research has never acknowledged the antifungal properties of calcite-forming bacteria (CFB). Since fungal colonization on concrete surfaces can trigger biodeterioration processes, fungi on concrete buildings have to be prevented. Therefore, to develop a microbial sealing agent that has antifungal properties to remediate cement cracks without deteriorative fungal colonization, we introduced an antifungal CFB isolated from oceanic islands (Dokdo islands, territory of South Korea, located at the edge of the East Sea in Korea.). The isolation of CFB was done using B4 or urea-$CaCl_2$ media. Furthermore, antifungal assays were done using the pairing culture and disk diffusion methods. Five isolated CFB showed $CaCO_3$ precipitation and antifungal activities against deteriorative fungal strains. Subsequently, five candidate bacteria were identified using 16S rDNA sequence analysis. Crack remediation, fungi growth inhibition, and water permeability reduction of antifungal CFB-treated cement surfaces were tested. All antifungal CFB showed crack remediation abilities, but only three strains (KNUC2100, 2103, and 2106) reduced the water permeability. Furthermore, these three strains showed fungi growth inhibition. This paper is the first application research of CFB that have antifungal activity, for an eco-friendly improvement of construction materials.

• 한국미생물학회:학술대회논문집
• /
• 한국미생물학회 2001년도 추계학술대회
• /
• pp.26-36
• /
• 2001

A novel approach of microbiologically-enhanced crack remediation (MECR) has been initiated and evaluated in this report. Under the laboratory conditions, Bacillus pasteurii was used to induce $CaCO_3$ precipitation as the microbial urease hydrolyzes urea to produce ammonia and carbon dioxide. The ammonia released in surroundings subsequently increases pH, leading to accumulation of insoluble $CaCO_3$. Scanning electron micrography (SEM) and x-ray diffraction (XRD) analyses evidenced the direct involvement of microorganisms in $CaCO_3$ precipitation. In biochemical studies, the primary roles of microorganisms and microbial urease were defined. Furthermore, the role of urease in $CaCO_3$ precipitation was characterized utilizing recombinant Escherichia coli that encoded B. pasteurii urease genes in a plasmid. Microorganisms immobilized in polyurethane (PU) polymer were applied to remediate concrete cracks. Although microbiologically- induced calcite precipitation enhanced neither the tensile strength nor the modulus of elasticity of the PU polymer, cement mortar whose crack was remediated with the cemaden polymer showed a significant increase in compressive strength. Through detailed investigation, MECR showed an excellent potential in cementing cracks in granite, concrete, and beyond.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제38권2호
• /
• pp.216-221
• /
• 2010

본 연구는 탄산칼슘형성세균을 이용하여 시멘트-모래 모르타르의 압축강도증진 및 균열보수의 응용에 연구의 목적이 있다. 독도로부터 분리한 7가지의 탄산칼슘형성세균을 16S rDNA 염기서열을 이용하여 동정했다. 고체배지상의 콜로니 주변부에 형성되는 광물결정을 확인했다. Urea-$CaCl_2$ 배지에서 형성되는 광물의 모양은 종 특이적인 것을 확인했다. Arthrobacter nicotinovorans KNUC601, Microbacterium resistens KNUC602, Agrobacterium tumefaciens KNUC603, Exiguobacterium acetylicum KNUC604, 및 Bacillus thuringiensis KNUC606균주는 인위적으로 만든 모르타르 균열부위를 메우는 것을 확인했다. Stenotrophomonas maltophilia KNUC605가 혼입된 시멘트-모래 모르타르는 음성대조구에 비해 14.7%정도 강도가 증가됐다.

• Smart Structures and Systems
• /
• 제31권4호
• /
• pp.383-392
• /
• 2023

Post-earthquake building condition assessment is crucial for subsequent rescue and remediation and can be automated by emerging computer vision and deep learning technologies. This study is based on an endeavour for the 2nd International Competition of Structural Health Monitoring (IC-SHM 2021). The task package includes five image segmentation objectives - defects (crack/spall/rebar exposure), structural component, and damage state. The structural component and damage state tasks are identified as the priority that can form actionable decisions. A multi-task Convolutional Neural Network (CNN) is proposed to conduct the two major tasks simultaneously. The rest 3 sub-tasks (spall/crack/rebar exposure) were incorporated as auxiliary tasks. By synchronously learning defect information (spall/crack/rebar exposure), the multi-task CNN model outperforms the counterpart single-task models in recognizing structural components and estimating damage states. Particularly, the pixel-level damage state estimation witnesses a mIoU (mean intersection over union) improvement from 0.5855 to 0.6374. For the defect detection tasks, rebar exposure is omitted due to the extremely biased sample distribution. The segmentations of crack and spall are automated by single-task U-Net but with extra efforts to resample the provided data. The segmentation of small objects (spall and crack) benefits from the resampling method, with a substantial IoU increment of nearly 10%.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제22권7호
• /
• pp.1015-1020
• /
• 2012

Antifungal cement mortar or microbiological calcium carbonate precipitation on cement surface has been investigated as functional concrete research. However, these research concepts have never been fused with each other. In this study, we introduced the antifungal calcite-forming bacteria (CFB) Bacillus aryabhattai KNUC205, isolated from an urban tunnel (Daegu, South Korea). The major fungal deteriogens in urban tunnel, Cladosporium sphaerospermum KNUC253, was used as a sensitive fungal strain. B. aryabhattai KNUC205 showed $CaCO_3$ precipitation on B4 medium. Cracked cement mortar pastes were made and neutralized by modified methods. Subsequently, the mixture of B. aryabhattai KNUC205, conidiospore of C. sphaerospermum KNUC253, and B4 agar was applied to cement cracks and incubated at $18^{\circ}C$ for 16 days. B. aryabhattai KNUC205 showed fungal growth inhibition against C. sphaerospermum. Furthermore, B. aryabhattai KNUC205 showed crack remediation ability and water permeability reduction of cement mortar pastes. Taken together, these results suggest that the $CaCO_3$ precipitation and antifungal properties of B. aryabhattai KNUC205 could be used as an effective sealing or coating material that can also prevent deteriorative fungal growth. This study is the first application and evaluation research that incorporates calcite formation with antifungal capabilities of microorganisms for an environment-friendly and more effective protection of cement materials. In this research, the conception of microbial construction materials was expanded.

• 지질공학
• /
• 제33권3호
• /
• pp.371-388
• /
• 2023

지층구성이 복잡하고 저투수성의 토양이 분포하는 경우 정화효율은 급격히 저하되고 실질적인 정화가 이루어지지 않거나 정화기간이 증가하는 등의 문제가 발생한다. 효율적인 정화를 위해서는 투수성이 개선되어 오염된 구간으로 정화제 주입하여 오염물질과 충분한 접촉이 이루어져야 한다. 본 연구는 균열형성과 효과적인 정화제 유도를 위해 플라즈마 블라스팅, 공압파쇄, 진공추출을 복합적으로 활용하는 PPV 공법의 유체 전달특성을 분석하고 기존공법과의 비교를 통해 개선효과를 평가하였다. 연구는 TPH(Total petroleum hydrocarbons)로 오염된 실제 오염부지에 대한 정화제 전달효과를 확인하기 위한 실증시험을 수행하였으며 정화제의 전달특성과 영향범위 등을 산정하기 위해 주입량과 주입시간을 모니터링하고, 정성적인 지중환경 변화요인을 확인하고자 전기비저항탐사를 수행하였다. 또한, 투수시험을 수행하여 각 공법에 대한 투수성 변화를 평가하였다. 정화제의 주입량 모니터링 결과, 주입량은 대조군 대비 실험군의 주입량이 약 4.74~7.48배 증가하였고, 단위 시간 당 주입 유량(L/min)은 약 5.00~7.54배 실험군의 전달률이 빠른 것으로 분석되었다. 전기비저항탐사 결과, 실험군의 비저항변화비는 대조군과는 달리 지표까지 영향을 주어 비저항값이 전체적으로 감소하는 경향을 보인다. 따라서 실험군은 지표 상부에 분포하는 토사층까지 과산화수소 등의 유체 확산이 이루어져 저비저항 변화비가 감소하는 것을 볼 수 있으며 주입정과 추출정 사이의 수평적 변화비는 약 1.12~2.38배 비저항값이 감소되었다. 투수성의 경우, 대조군과 실험군 모두 유사한 초기 투수성을 보였으나 과산화수소의 정화기작 영향으로 투수성이 감소하는 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 수리전도도의 변화를 정량적으로 평가하면, 대조군은 시험 종료 후 초기 수리전도도 대비 21.1%의 수리전도도를 나타내어 투수성이 급격히 저하되는 양상을 보였으나 실험군은 실험종료 후 초기치 대비 81.3%로 초기 수리전도도와 근접한 값을 나타내는 것으로 파악되었다. 현장조사로 확인된 수리전도도와 정화재 주입실험을 통한 정화제 주입용량(m³/hr), 토양특성분석(함수비, 밀도)을 통한 공극률(%)의 분석을 통해 영향반경(ROI)을 산정산 결과, PPV 공법의 영향반경(ROI)은 대조군에 비해 평균 220% 개선되는 것으로 확인되었다. 이와 같은 성과는 PPV 공법 적용으로 인하여 기존공법 대비 보다 넓은 범위에 걸쳐 효율적인 정화제 전달이 가능하고 정화기작에서 나타나는 투수성 저해요인을 상당부분 극복할 수 있으며, 약 2배 이상의 영향반경 증대를 통해 정화효율을 높일 수 있음을 지시하는 중요한 지표로 볼 수 있다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제20권11호
• /
• pp.1571-1576
• /
• 2010

Two bacterial strains designated as CT2 and CT5 were isolated from highly alkaline cement samples using the enrichment culture technique. On the basis of various physiological tests and 16S rRNA sequence analysis, the bacteria were identified as Bacillus species. The urease production was 575.87 U/ml and 670.71 U/ml for CT2 and CT5, respectively. Calcite constituted 27.6% and 31% of the total weight of sand samples plugged by CT2 and CT5, respectively. Scanning electron micrography analysis revealed the direct involvement of these isolates in calcite precipitation. This is the first report of the isolation and identification of Bacillus species from cement. Based on the ability of these bacteria to tolerate the extreme environment of cement, they have potential to be used in remediating the cracks and fissures in various building or concrete structures.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제22권2호
• /
• pp.68-75
• /
• 2018

본 연구에서는 기존의 균열보수 주입공법의 문제점을 해결하기 위하여 일반포트와는 다르게 중앙부에 높은 압력을 견딜 수 있도록 저장관의 재질은 고탄성 라텍스를 사용하였으며, 균열부위에 보수용액을 주입시 콘크리트 균열 내부에 존재하고 있는 공기가 배출될 수 있도록 TPS 공법을 개발 하였다. 또한 보수용액의 역류를 차단하는 밸브를 주입구에 설치한 새로운 주입식 포트를 개발하고 이에 대한 물리적 특성을 분석하였다. 분석 결과, 기존 주사기 공법에 비해 보수용액 주입속도가 향상되고, 시험조건에서 균열부위가 완전히 충전되는 것을 알 수 있었다. 보수 후의 품질은 압축강도 및 인장강도의 경우 주사기 공법 적용시에는 보수 후 약 20% 정도 저하하는 것으로 나타났고, TPS 공법 은 보수 후 강도가 오히려 약 2~7% 증가하는 경향으로 나타났다. 본 연구 결과를 통하여 탄성저장관을 사용한 주입식 포트 공법은 기존의 주사기 공법과 비교하여 주입성능 및 보수 후 품질이 증가하는 것을 알 수 있었고, 이를 활용하여 실구조물 적용 및 상용화를 위한 기반 자료로서 활용하고자 한다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제22권11호
• /
• pp.1568-1574
• /
• 2012

Microbiological calcium carbonate precipitation (MCCP) has been investigated for its ability to improve the durability of cement mortar. However, very few strains have been applied to crack remediation and strengthening of cementitious materials. In this study, we report the biodeposition of Bacillus subtilis 168 and its ability to enhance the durability of cement material. B. subtilis 168 was applied to the surface of cement specimens. The results showed a new layer of deposited organic-inorganic composites on the surface of the cement paste. In addition, the water permeability of the cement paste treated with B. subtilis 168 was lower than that of non-treated specimens. Furthermore, artificial cracks in the cement paste were completely remediated by the biodeposition of B. subtilis 168. The compressive strength of cement mortar treated with B. subtilis 168 increased by about 19.5% when compared with samples completed with only B4 medium. Taken together, these findings suggest that the biodeposition of B. subtilis 168 could be used as a sealing and coating agent to improve the strength and water resistance of concrete. This is the first paper to report the application of Bacillus subtilis 168 for its ability to improve the durability of cement mortar through calcium carbonate precipitation.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제40권3호
• /
• pp.169-179
• /
• 2012

미생물에 의한 탄산칼슘침전은 생물 화학적으로 풍화, 침식된 시멘트 건축구조물 표면의 미학적 복원 및 수분침투 방지를 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 효과에 대한 방법론적 연구사례들을 조사하였고, 시멘트 구조물의 내구성 증진을 위한 미생물의 첨가에 대한 연구사례들도 함께 살펴보았다. 부가적으로 향후 미생물의 다기능성을 이용한 자기수복 스마트 콘크리트 개발에 대한 개념을 살펴보고 그 미래를 전망하였다.