• Geomechanics and Engineering
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• 제31권3호
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• pp.281-289
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• 2022

Bio-CaCO₃ is a blowout environment-friendly materials for soil improvement and sealing of rock fissures. To evaluate the chemical characteristics, shape, size and productivity of soybean urease induced CaCO₃ precipitates (SUICP), experimental studies were conducted via EDS, XRD, FT-IR, TGA, BET, and SEM. Also, the conversion rate of SUICP reaction at different time were determined and analyzed. The Bio-CaCO₃ product obtained by SUICP is comprehensively judged as calcite based on the results of EDS, XRD and FT-IR. The SUICP calcite precipitates are detected as spherical or ellipsoidal particles 3-6 ㎛ in diameter with nanoscale pores on their surface, and this morphology is novel. The median secondary particle size d₅₀ is 39-88 ㎛, indicating the agglomeration of the primary calcite particles. The Bio-calcite decomposes at 650-780℃, representing a medium thermal stability. The conversion rate of SUICP reaction can reach 80% in 24h, which is much more efficient than microbially induced CaCO₃ precipitation. These results reveal the knowledges of SUICP, and further direct its engineering applications. Moreover, we show an economic channel to obtain porous spherical calcite.

• Geomechanics and Engineering
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• 제33권2호
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• pp.133-140
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• 2023

Soil erosion can cause scouring and failures of underwater structures, therefore, various soil improvement techniques are used to increase the soil erosion resistance. The microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) method is proposed to increase the erosion resistance, however, there are only limited experimental and numerical studies on the use of MICP treatment for improvement of surface erosion resistance. Therefore, this study investigates the improvement in surface erosion resistance of sands by MICP through laboratory experiments and numerical modeling. The surface erosion behaviors of coarse sands with various calcium carbonate contents were first investigated via the erosion function apparatus (EFA). The test results showed that MICP treatment increased the overall erosion resistance, and the contribution of the precipitated calcium carbonate to the erosion resistance and critical shear stress was quantified in relation to the calcium carbonate contents. Further, these surface erosion processes occurring in the EFA test were simulated through the coupled computational fluid dynamics (CFD) and discrete element method (DEM) with the cohesion bonding model to reflect the mineral precipitation effect. The simulation results were compared with the experimental results, and the developed CFD-DEM model with the cohesion bonding model well predicted the critical shear stress of MICP-treated sand. This work demonstrates that the MICP treatment is effective in improving soil erosion resistance, and the coupled CFD-DEM with a bonding model is a useful and promising tool to analyze the soil erosion behavior for MICP-treated sand at a particle scale.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제30권3호
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• pp.404-416
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• 2020

Bacteria that are resistant to high temperatures and alkaline environments are essential for the biological repair of damaged concrete. Alkaliphilic and halotolerant Bacillus sp. AK13 was isolated from the rhizosphere of Miscanthus sacchariflorus. Unlike other tested Bacillus species, the AK13 strain grows at pH 13 and withstands 11% (w/v) NaCl. Growth of the AK13 strain at elevated pH without urea promoted calcium carbonate (CaCO₃) formation. Irregular vaterite-like CaCO₃ minerals that were tightly attached to cells were observed using field-emission scanning electron microscopy. Energy-dispersive X-ray spectrometry, confocal laser scanning microscopy, and X-ray diffraction analyses confirmed the presence of CaCO₃ around the cell. Isotope ration mass spectrometry analysis confirmed that the majority of CO₃^2- ions in the CaCO₃ were produced by cellular respiration rather than being derived from atmospheric carbon dioxide. The minerals produced from calcium acetate-added growth medium formed smaller crystals than those formed in calcium lactate-added medium. Strain AK13 appears to heal cracks on mortar specimens when applied as a pelletized spore powder. Alkaliphilic Bacillus sp. AK13 is a promising candidate for self-healing agents in concrete.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권8호
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• pp.27-33
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• 2016

본 연구에서는 미생물 고결토의 압축강도 및 인장강도 개선을 위하여 PVA(Polyvinyl alcohol) 섬유를 혼합하는 연구를 수행하였다. 미생물 고결토의 인장강도 특성을 개선하기 위해 모래에 섬유를 혼합한 다음 미생물 배양액을 7일 동안 1일 2회 총14회 반복주입하여 고결을 유도하였다. 모래는 Ottawa모래를 사용하였으며, 섬유는 PVA섬유를 세 종류의 함유량(0, 0.4, 0.8%)으로 혼합하였다. 미생물은 Bacillus sp. 미생물을 사용하였으며, 공시체의 크기는 직경 5cm, 높이 10cm로 제작하였다. 고결이 완료된 다음 일축압축강도, 인장강도시험을 실시하였으며, 시험 후에는 탄산칼슘 석출량과 SEM 분석을 실시하였다. 섬유의 함유량이 증가함에 따라 평균 일축압축강도는 증가하다가 약간 감소하는 경향을 보이지만, 인장강도는 점진적으로 증가하는 경향을 보였다. 탄산칼슘 석출량이 유사하다고 볼 경우, 압축강도는 약 30%의 강도 증가를 발생하였지만, 인장강도는 약 160%의 강도 증가를 보였다. 공시체의 취성도를 나타내는 압축강도와 인장강도의 비는 섬유 함유량이 0%인 경우 약 8 정도에서 섬유 함유량이 0.8%로 증가할 경우 4까지 감소하였으며, 동일한 조건에서 섬유의 함유량이 증가할수록 인장강도의 증가 폭은 커짐을 확인하였다. 이러한 섬유를 혼합한 미생물 고결토는 전단파괴 방지 및 인장강도 증진을 요하는 사면 등의 분야에 적용 가능 할 것으로 판단된다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.416-424
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• 2023

콘크리트는 전 생애주기에서 막대한 양의 이산화탄소를 배출하며, 이산화탄소 감축을 위한 사회적인 요구에 따라 콘크리트에 이산화탄소를 광물형태로 저장하려는 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하여 탄산칼슘으로 고정하는 남세균(Cyanobacteria)을 다공성 콘크리트 기질에 도포하였으며, 이의 특수 환경 양생에 따른 콘크리트 기질의 특성 변화를 분석하였다. 실험 결과 미생물에 의한 탄산칼슘 석출은 빛이 닿는 표면부에서 집중되어 있는 것을 확인하였으며, 대부분의 석출이 골재가 아닌 페이스트 부분에서 발생하였다. 이러한 미생물에 의한 탄산칼슘 석출은 페이스트의 역학성능을 강화하였으며, 양생 재령의 경과에 따라 전체 압축강도가 향상되는 효과를 보였다. 또한 미생물 막과 탄산칼슘의 증가로 공극구조가 개선되어 투수량 감소에도 영향을 끼쳤다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권10호
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• pp.15-22
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• 2017

지금까지의 지반개량공법은 지반의 강도증진을 중점으로 개발되어 왔으며, 경제성과 취급 성이 우수한 시멘트계 안정재를 이용한 지반개량공법이 주로 사용되고 있다. 시멘트계 안정재를 이용한 지반개량 공법은 효과가 우수하지만 환경 및 인체에 유해한 물질이 검출되며 이산화탄소 배출 및 지하수 오염 등의 환경적인 문제가 지적되고 있다. 따라서, 이런 문제를 해결할 수 있는 대체 공법의 일환으로 생물학 기술을 접목한 지반개량공법의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이에 이 연구는 점성토에 친환경 고결제와 미생물을 혼합하였을 때의 강도변화 특성을 파악하고자 친환경 고결제와 미생물의 혼합여부와 양생일수에 따라 일축압축시험, 직접 전단시험, SEM 분석 및 X선 회절분석 등을 실시하였으며 시험결과 미생물의 탄산칼슘생성작용으로 인한 고결화와 그로 인한 장기강도증진을 확인하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제22권2호
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• pp.13-21
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• 2023

최근 지구온난화 등으로 인하여 지구의 평균해수면이 상승하는 추세이다. 삼면이 바다인 국내의 경우 연안침식이 초래되어 국토 손실 및 연안의 위험성을 높일 가능성이 있다. 미생물에 의한 탄산칼슘 형성(MICP) 기술은 미생물에 의한 탄산칼슘침강 기술이며, 지반의 강성과 강도를 증진시키는 친환경적 방법이다. 본 연구에서는 연안 침식 저감을 위하여 MICP 기술을 제안하였다. 연안 조건을 고려하여 용매로 해수를 사용하고 탈염수와 그 성능을 비교하였다. 탈염수와 해수 조건하에서 미생물에 의한 요소분해능을 조사하였다. 소일칼럼을 제작하여 MICP 처리된 모래의 강도 평가를 실시하였다. MICP 처리는 표면살포법에 의해 처리되었는데, 이러한 방식은 기존의 혼합 방식과 달라 전통적인 강도 평가 방식은 적절하지 않음을 확인하였다. 미세 구조 분석을 통해 다른 용매가 사용된 경우의 광물적 변화를 관측하였다. 실험 결과, 해수는 미생물에 의한 요소분해 반응을 느리게 만드는 것을 확인하였다. 표면 경화된 모래는 침관입시험을 통해 효과적으로 평가할 수 있었다. 이 연구에서는 해수를 용매로 사용하여도 탈염수 수준으로 충분히 MICP 기술 적용이 가능함을 확인하였다.