Biomineralization of calcium carbonate in concrete by the action of Bacillus pumilus

• Published in: Engenharia Sanitaria e Ambiental 2023, Vol.28
• Main Authors: Santos, Julio Rodrigues dos, Effting, Carmeane, Serbent, Maria Pilar, Matsuda, Josie Budag
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: WATER RESOURCES
• ISSN: 1413-4152; 1809-4457; 1809-4457
• DOI: 10.1590/s1413-415220220277

ABSTRACT The present study evaluated the viability of the bacterium Bacillus pumilus as a biological agent in the process of calcium carbonate precipitation on a concrete surface. This evaluation was carried out in a curing tank of concrete samples, applying a nutrient solution enriched with B. pumilus for 48 h. During the experimental period, a urease test was performed to determine whether the microorganisms could hydrolyze urea by the action of the urease enzyme. The results revealed that B. pumilus is susceptible to converting urea into ammonium and increasing the medium pH. There was also a 0.03 g cm-2 reduction in water absorption by capillarity in specimens biomineralized with B. pumilus compared to conventional specimens. Due to the degree of surface protection, microorganisms have reduced the material’s porosity, causing an increase in tensile strength by diametric compression of approximately 9.0 MPa. The lower height of capillary rise observed was 1.83 cm in biomineralized specimens and 3.83 cm for conventional specimens. The results obtained with the scanning electron microscope and energy dispersive spectroscopy indicate the presence of CaCO3 precipitated by the bacteria. In general, the results obtained in this study show that B. pumilus may improve its mechanical properties when it is applied superficially to concrete. RESUMO O presente estudo avaliou a viabilidade da bactéria Bacillus pumilus como agente biológico no processo de precipitação de carbonato de cálcio na superfície do concreto. Tal avaliação foi conduzida em um tanque de cura de amostras de concreto aplicando-se uma solução nutriente enriquecida com B. pumilus durante 48 horas. Durante o período experimental, foi realizado teste de uréase para determinar se B. pumilus é capaz de hidrolisar ureia por ação da enzima uréase. Os resultados revelaram que B. pumilus é suscetível a converter ureia em amônia, além de elevar o pH do meio. Constatou-se também a redução de 0,03 g cm-2 na absorção de água por capilaridade nos corpos de prova biomineralizados com B. pumilus, quando comparados aos corpos de prova convencionais. Dado o grau de proteção superficial, B. pumilus reduziu a porosidade do material ocasionando aumento da resistência à tração por compressão diametral de aproximadamente 9,0 MPa. A menor altura de ascensão capilar observada foi de 1,83 cm nos corpos de prova biomineralizados e de 3,83 cm nos corpos de prova convencionais. Os resultados obtidos no microscópio eletrônico