[論文レビュー] Screening of Fungi for Self-Healing of Concrete Cracks

Jing Luo, Xiaobo Chen+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2017

Microbial Applications in Construction Materials参考文献 81被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、炭酸酸化カルシウムの浸出によって引き起こされる高いpH（最大13.0）の環境下でも、炭酸カルシウム結晶を沈殿させることができる能力を活用して、コンクリートにおける自己修復剤としてのTrichoderma reeseiの可能性を調査した。XRDおよびSEMにより、菌糸に炭酸カルシウムが析出していることが確認され、コンクリート構造物の亀列修復の可能性が示された。

ABSTRACT

The goal of this study is to explore a new self-healing concept in which fungi are used as a self-healing agent to promote calcium mineral precipitation to fill the cracks in concrete. Although many species of fungi have been reported to be able to promote calcium mineralization, they have not yet been investigated in the application of self-healing concrete, thus an initial screening of different species of fungi has been conducted. The experimental results showed that, due to the leaching of Ca(OH)2 from concrete, the pH of the growth medium increased from its original value of 6.5 to 13.0. Despite the drastic pH increase, Trichoderma reesei (ATCC13631) spores germinated into hyphal mycelium and grew equally well with or without concrete. We employed material characterization techniques including X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM), both of which confirmed that the crystals precipitated on the fungal hyphae were composed of calcite.

研究の動機と目的

• 自己修復コンクリートにおける生物的剤としての真菌の有効性を評価し、カルシウム鉱物の沈殿を促進すること。
• コンクリートの空隙水に一般的に見られる高いアルカリ性（pH ~13.0）環境下でも生存・生育可能な真菌種を同定すること。
• 選択された真菌が、コンクリートに類似した条件下で菌糸に炭酸カルシウム結晶を沈殿させられるかを評価すること。
• XRDやSEMなどの材料特性評価技術を用いて、鉱物の生成を検証すること。

提案手法

• コンクリートの空隙水を模倣したアルカリ性条件下で、成長および鉱物沈殿能を有するさまざまな真菌種のスクリーニングを実施した。
• Trichoderma reesei (ATCC13631) を、コンクリートを含むおよび含まない培地で培養し、pH 13.0における生存および菌糸発達を評価した。
• コンクリートからのCa(OH)2の浸出に起因する培地のpH変化をモニタリングした。pHは6.5から13.0に上昇した。
• X線回折（XRD）を用いて、菌糸に析出した鉱物の結晶相を同定した。
• 走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて、菌糸構造上の鉱物堆積物の形態および分布を可視化した。
• コンクリートの有無の有無を比較することで、環境が真菌活動に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 炭酸カルシウムの浸出によって生じる高いアルカリ性環境（pH ~13.0）において、真菌は生存・生育できるか？
• RQ2 極度のアルカリ性環境下でも炭酸カルシウムを沈殿させられる真菌種はどれか？
• RQ3 菌糸は、コンクリートに類似した条件下で炭酸カルシウムの核形成サイトとして効果的か？
• RQ4 真菌存在下で生成された堆積物の鉱物学的組成は何か？
• RQ5 真菌によって媒介される炭酸カルシウムの沈殿は、コンクリートの亀列修復に有効に寄与できるか？

主な発見

• Trichoderma reesei (ATCC13631) は、コンクリートからのCa(OH)2の浸出に起因するpH 13.0の培地でも、正常に胞子発芽および菌糸ミケリウムの発達を示した。
• コンクリートの有無にかかわらず、同菌の成長に差は認められ、アルカリ環境に耐性を示した。
• X線回折（XRD）分析により、菌糸に析出した結晶が炭酸カルシウム（CaCO3）であることが確認された。
• 走査型電子顕微鏡（SEM）により、明確な炭酸カルシウム結晶が菌糸に付着し、その沿って成長している様子が観察された。
• XRDとSEMの併用により、コンクリートに類似した高pH条件下での真菌による炭酸カルシウム沈殿の直接的証明が得られた。
• 本結果は、Trichoderma reeseiを用いた自己修復コンクリートの実現可能性を示しており、亀列の封止に寄与する鉱物沈殿を促進できることが明らかになった。