сотрудник
Саранск, Республика Мордовия, Россия
Саранск, Республика Мордовия, Россия
Представлен комплексный анализ современных биотехнологий самовосстановления бетона на основе микробно-индуцированного осаждения карбоната кальция (MICP). Рассмотрены механизмы биохимической активности бактерий, включая штаммы Bacillus subtilis, Bacillus cereus и Sporosarcina pasteurii. Особое внимание уделено методам инкапсуляции микроорганизмов и питательных субстратов для обеспечения жизнеспособности бактерий в условиях высокощелочной среды цементной матрицы. Показаны ключевые факторы, влияющие на эффективность биоминерализации, и перспективные направления развития технологии самовосстанавливающихся строительных материалов.
самовосстанавливающийся бетон, долговечность, микробно-индуцированное осаждение карбоната кальция, Bacillus, Sporosarcina, биоминерализация, инкапсуляция микроорганизмов
1. Jaf D. A review on self-healing concrete: A biological approach // International Journal of Advanced Research in Engineering and Technology (IJARET). 2020. Vol. 11. Iss. 4. P. 1-10. DOI:https://doi.org/10.5937/ror2301001J. EDN: https://elibrary.ru/QVGPRN
2. Строкова В.В., Власов Д.Ю., Франк-Каменецкая О.В., Духанина У.Н., Балицкий Д.А. Применение микробной карбонатной биоминерализации в биотехнологиях создания и восстановления строительных материалов: анализ состояния и перспективы развития // Строительные материалы. 2019. № 9. С. 83. DOI:https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019 774 9 83 103. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-83-103; EDN: https://elibrary.ru/JCENZK
3. Баженов Ю.М., Ерофеев В.Т., Салман А.Д.С.Д., Смирнов В.Ф., Фомичев В.Т. Технология самовосстановления железобетонных конструкций с помощью микроорганизмов // Русский инженер. 2018. № 4 (61). С. 46-48. EDN: https://elibrary.ru/YOOLYD
4. Jonkers H.M., Thijssen A., van Breugel K. Bacteria mediated remediation of concrete structures // Proceedings of the second international symposium on service life design for infrastructures. 2010. P. 833-840.
5. Ghosh P., Mandal S., Chattopadhyay B.D., Pal C. Use of microorganism to improve the strength of cement mortar // Cement and Concrete Research. 2005. Vol. 35. Iss. 10. P. 1980-1983. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cemconres. 2005.03.005.
6. Ghosh S., Biswas M., Chattopadhyay B.D., Mandal S. Microbial activity on the microstructure of bacteria modified mortar // Cement and Concrete Composites. 2009. Vol. 31. Iss. 2. P. 93-98. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2009.01.001.
7. Dhami N.K., Reddy M.S., Mukherjee A. Biomineralization of calcium carbonates and their engineered applications : a review // Frontiers in Microbiology. 2013. Nо. 4. DOI:https://doi.org/10.3389/fmicb.2013.00314 EDN: https://elibrary.ru/SNEIGY
8. Wang J.Y., Snoeck D., Van Vlierberghe S., Verstraete W., De Belie N. Application of hydrogel encapsulated carbonate precipitating bacteria for approaching a realistic self-healing in concrete // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 68. P. 110-119. DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.06.018. EDN: https://elibrary.ru/UTWZIP
9. Seifan M., Ebrahiminezhad A., Ghasemi Y., Berenjian A. Microbial calcium carbonate precipitation with high affinity to fill the concrete pore space: nanobiotechnological approach // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2018. Vol. 42. Iss. 1. P. 37-46. DOI:https://doi.org/10.1007/s00449 018 2011 3.
10. Seifan M., Sarmah A.K., Samani A.K., Ebrahiminezhad A., Ghasemi Y., Berenjian A. Mechanical properties of bio self-healing concrete containing immobilized bacteria with iron oxide nanoparticles // Applied Microbiology and Biotechnology. 2018. Vol. 102. Iss. 10. P. 4489-4498. DOI:https://doi.org/10.1007/s00253 018 8913 9. DOI: https://doi.org/10.1007/s00253-018-8913-9; EDN: https://elibrary.ru/RFPHSF
11. Иноземцев С.С., До Т.Ч. Состояние и перспективы развития технологии самовосстанавливающихся дорожных материалов // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 10. С. 1407-1424. DOI:https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.10.1407-1424. EDN: https://elibrary.ru/NYVEIW
12. Wang J.Y., Soens H., Verstraete W., De Belie N. Self-healing concrete by use of microencapsulated bacterial spores // Cement and Concrete Research. 2014. Vol. 56. P. 139-152. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2013.11.009 EDN: https://elibrary.ru/SSBGTR
13. Nielsen S.D., Koren K., Löbmann K., Hinge M., Scoma A., Kjeldsen K.U. et al. Constraints on CaCO3 precipitation in superabsorbent polymer by aerobic bacteria // Applied Microbiology and Biotechnology. 2019. Vol. 104. Iss. 1. P. 365-375. DOI:https://doi.org/10.1007/s00253 019 10215 4.
14. Черных Т.Н., Горбачевских К.А., Криушин М.В., Орлов А.А., Комелькова М.В., Платковский П.О. Биоминеральные добавки для самозалечивания бетона // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. Вып. 4. С. 569-579. DOI:https://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.4.569-579 EDN: https://elibrary.ru/PJQDDZ
15. Ерофеев В.Т., Аль Дулайми Салман Давуд Салман, Смирнов В.Ф. Бактерии для получения самовосстанавливающихся бетонов // Интернет-журнал «Транспортные сооружения». 2018. Т. 5. № 4. DOI:https://doi.org/10.15862/07SATS418. EDN: https://elibrary.ru/YURQXB
16. Qtiashat D., Al Khazaleh M. Influence of Bacillus Subtilis Bacteria on Strength and Durability of Concrete with Silica Fume // Civil and Environmental Engineering. 2022. Vol. 18. Iss. 1. P. 254-264. DOIhttps://doi.org/10.28991/CEJ-2025-011-05-013. EDN: https://elibrary.ru/HQEZIC
17. Журавская Н.Е., Шевченко К.В., Журавский Д.А. Биоповреждения бетонных конструкций, мероприятия по восстановлению // Проблемы современного строительства. Мат. Межд. науч.-техн. конф. Минск, 28 мая 2020 г. С. 231-232.
18. Симонов А.А., Алфимов А.В., Бабакулиев Р. Исследование механизма самовосстановления микротрещин в бетонных конструкциях с использованием бактерий // Сб. науч. ст. Всеросс. молод. науч. конф. «За нами будущее: взгляд молодых ученых на инновационное развитие общества». 2020. Т. 4. С. 81-86. EDN: https://elibrary.ru/DSVVSS.
19. Карпов Д.С., Домашин А.И., Котлов М.И, Осипова П.Д. и др. Биотехнологический потенциал штамма Bacillus subtilis 20 // Молекулярная биология, 2020. T. 54. № 1. С. 137-145. DOIhttps://doi.org/10.31857/S0026898420010085. EDN: https://elibrary.ru/DHBGDY
20. Van Dijl J.M., Hecker M. Bacillus subtilis: From soil bacterium to super-secreting cell factory // Microbial Cell Factories. 2013. DOIhttps://doi.org/10.1186/1475-2859-12-3. EDN: https://elibrary.ru/RHGXTR
21. Функциональная гастроэнтерология: Bacillus subtilis (cенная палочка) [Электронный ресурс]. URL: https://gastroscan.ru/handbook/144/5648 (дата обращения 20.10.2025).
22. Аль Дулайми С.Д.С. Самовосстанавливающиеся бетоны, модифицированные микробиологической добавкой : дисc. канд. техн. наук. М., 2019. 310 с. EDN: https://elibrary.ru/OVDXMN.
23. Joshi K.A., Kumthekar M.B., Ghodake V.P. Bacillus Subtilis Bacteria impregnation in concrete for enhancement in compressive strength // International Research Journal of Engineering and Technology. 2016. Vol. 3. Iss. 5. P. 1229-1234.
24. De Leeuw N.H., Parker S.C. Surface structure and morphology of calcium carbonate polymorphs calcite, aragonite, and vaterite: an atomistic approach // The Journal of Physical Chemistry B. 1998. Vol. 102. Iss. 16. P. 2914-2922. DOI:https://doi.org/10.1021/jp973210f. EDN: https://elibrary.ru/UXLYUW
25. Jongvivatsakul P., Janprasit K., Nuaklong P., Pungrasmi W., Likitlersuang S. Investigation of the crack healing performance in mortar using microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) method // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 212. P. 737-744. DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.035.
26. Мальчевский В.А., Береговой В.А., Болдырев С.А., Капустин А.Е., Субботин А.М., Петров С.А. Использования добавки экзометаболита микроорганизма Bacillus cereus, полученного из обводненных грунтов, в качестве пластификатора для улучшения прочности цементных растворов // Байкал – Ворота в Азию. Мат. Межд. науч.-практ. конф. Улан-Удэ, 2021. С. 122-126. DOIhttps://doi.org/10.31554/978-5-7925-0605-3-2021-122-126. EDN: https://elibrary.ru/SAQAYE
27. Bacillus cereus – Микробиологический контроль [Электронный ресурс]. URL: https://mibio.ru/mikrobiologiya/mikrobiologicheskij-kontrol-produktov-bacillus-cereus/ (дата обращения 20.10.2025).
28. Achal V., Mukherjee A., Reddy, M.S. Microbial concrete: A way to enhance the durability of building structures // Journal of Materials in Civil Engineering. 2011. Vol. 23(6). P. 730-734. DOIhttps://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000159.
29. Xu J., Wang X. Self-healing of concrete cracks by ceramsite-loaded microorganisms // Advances in Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 1-12. DOIhttps://doi.org/10.1155/2018/5153041.
30. Yang Y., Chu J., Cao B., Hanlong L. Biocementation of soil using non-sterile enriched urease-producing bacteria from activated sludge. Journal of Cleaner Production. 2020. 262. 121315. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121315. EDN: https://elibrary.ru/WGTDBT
31. EurekAlert!: Bacillus cereus under the Microscope [Электронный ресурс]. URL: https://www.eurekalert.org/multimedia/707853 (дата обращения 20.10.2025).
32. Sporosarcina pasteurii – Alchetron, The Free Social Encyclopedia [Электронный ресурс]. URL: https://alchetron.com/Sporosarcina-pasteurii (дата обращения 20.10.2025).
33. Mobley H.L., Hausinger R.P. Microbial ureases: significance, regulation, and molecular characterization // Microbiological Rev. 1989. P. 90-92. DOIhttps://doi.org/10.1128/MMBR.53.1.85-108.1989.
34. Yoon J.-H., Lee K.-C., Weiss N., Kho Y.H., Kang K.H., Park Y.-H. Sporosarcina aquimarina sp. nov., a bacterium isolated from seawater in Korea, and transfer of Bacillus pasteurii to the genus Sporosarcina // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2001. P. 1079. DOIhttps://doi.org/10.1099/00207713-51-3-1079.
35. Mitchell A.C., Ferris F.G. The coprecipitation of Sr into calcite precipitates induced by bacterial ureolysis in artificial groundwater: Temperature and kinetic dependence // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2005. P. 4201. DOI:https://doi.org/10.1016/j.gca.2005.03.014. EDN: https://elibrary.ru/KEPXIT
36. Whiffin V.S., van Paassen L.A. & Harkes M.P. Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique // Geomicrobiology Journal. 2007. P. 417. DOIhttps://doi.org/10.1080/01490450701436505.
37. DeJong J.T., Mortensen B.M., Martinez B.C., Nelson D.C. Bio-mediated soil improvement // Ecological Engineering. 2010. P. 201. DOI:https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2008.12.029.
38. Al Qabany A., Soga K. & Santamarina C. Factors affecting efficiency of microbially induced calcite precipitation // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2012. P. 993. DOIhttps://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000666.
39. DeJong J.T., Martinez B.C., Ginn T.R., Hunt C., Major D., and Tanyu B. Development of a Scaled Repeated Five-Spot Treatment Model for Examining Microbial Induced Calcite Precipitation Feasibility in Field Applications // Geotechnical Testing Journal. 2014. Vol. 37. № 3. P. 424-435. DOI:10.1520/ GTJ20130089. ISSN 0149-6115.
40. BacDive: Sporosarcina ureae DSM 2281 is a mesophilic bacterium of the family Caryophanaceae [Электронный ресурс]. URL: https://bacdive.dsmz.de/strain/11990.
41. Baskar S., Baskar R., Mauclaire L. Microbially induced calcite precipitation in culture experiments: Possible origin for stalactites in the caves of the Meghalaya Plateau // Current Sci. 2006. P. 58.
42. Чистяков В.А., Сидоренко Н.Г. Живой бетон: как микроорганизмы помогают строительным материалам самовосстанавливаться // Межд. науч.-практ. конф. «Состояние и перспективы развития фундаментальной и прикладной микробиологии», 24-25 сентября 2025 г. C. 3. DOIhttps://doi.org/10.5281/zenodo.17214973.
43. Beskopylny A.N., Shcherban' E.M., Stel'makh S.A., Shilov A.A., Chernil'nik A., El'shaeva D., Chistyakov V.A. Analysis of the Current State of Research on Bio-Healing Concrete (Bioconcrete) // Materials (Basel). 2024 Sep 13;17(18):4508. DOIhttps://doi.org/10.3390/ma17184508. EDN: https://elibrary.ru/BXMIXD
44. Aramova O., Kornienko I., Chistyakov V., Alliluyeva E., Kirsanova T. Properties of the urease enzyme as a component of self-healing concrete: Rev. // Construction of Unique Buildings and Structures. 2024; 113:11310. DOI:https://doi.org/10.4123/CUBS.113.10. EDN: https://elibrary.ru/TLRUNP
