Produkcja i analiza cegieł biocementowych Sporosarcina pasteurii przy użyciu niestandardowych form drukowanych w 3D do nieograniczonych testów ściskania

W badaniach zbadano indukowane mikrobiologicznie wytrącanie kalcytu przy użyciu S.pasteurii do produkcji cegieł biocementowych. Bada skuteczność form drukowanych w 3D w optymalizacji produkcji biocementu i testach wytrzymałościowych. Obecnie ten eksperyment wymaga znacznego zaangażowania czasowego, ponieważ trwa około pięciu dni od początku do zakończenia i nie ma idealnego czasu na wstrzymanie eksperymentu po jego rozpoczęciu.

Nasz protokół wykorzystuje drukowane w 3D formy wielokrotnego użytku do przepływu przez obróbkę MICP, umożliwiając standaryzowane cylindryczne cegły do nieograniczonych testów ściskania, umożliwiając jednocześnie wygodne równoległe testowanie wielu zmiennych i powtórzeń. Na początek wysterylizuj filtrem 150 mililitrów pożywki mocznikowej BHI i autoklaw kolby o pojemności 250 mililitrów. Przygotuj 250 mililitrów roztworu cementowego.

Dodaj 1,6 mililitra pożywki mocznikowej BHI do probówki hodowlanej i zaszczep pożywkę jedną kolonią z płytki ze smugami dnia zerowego. Hoduj kulturę starterową w wytrząsarce z prędkością 150 obrotów na minutę w temperaturze 30 stopni Celsjusza przez noc. Następnego dnia sprawdź kulturę starterową pod kątem wzrostu, co potwierdza zwiększone zmętnienie.

Teraz dodaj 40 mililitrów pożywki mocznikowej BHI do 250-mililitrowej autoklawizowanej kolby. Wlej 1,6 mililitra kultury starterowej do kolby i inkubuj ją w wytrząsarce w temperaturze 30 stopni Celsjusza przez siedem godzin. Po inkubacji dodać dodatkowe 40 mililitrów pożywki mocznikowej BHI do kolby i umieścić kolbę w wytrząsarce w temperaturze 20 stopni Celsjusza przez noc lub na 16 godzin.

Teraz dodaj dodatkowe 40 mililitrów pożywki mocznikowej BHI do kolby hodowlanej na noc i kontynuuj inkubację Sporosarcina pasteurii w temperaturze 20 stopni Celsjusza. Umieść gumowe uszczelki w odpowiednich miejscach na formach. Połącz dwie połówki form, upewniając się, że uszczelki są uszczelnione, a wszystkie magnesy są połączone.

Dodaj okrąg z drobnej siatki drucianej na dno cylindrycznej formy do cegieł, aby piasek nie wpadł przez otwór. Teraz wypełnij formę piaskiem lub innym materiałem aż do linii wewnętrznej i mocno ubij. Następnie umieść kolejny okrąg siatki drucianej na wierzchu piasku, aby pokryć całą powierzchnię i ponownie ubić.

Teraz umieść formę na pojemniku na odpady, aby złapać przepływ. Wlej 40 mililitrów kultury na piasek i pozwól jej wsiąknąć przez 45 minut. Następnie wlej 80 mililitrów roztworu cementowego na wierzch piasku.

Po 30 minutach wlej 40 mililitrów kultury na piasek i odczekaj kolejne 30 minut. Ponownie wlej 80 mililitrów roztworu cementowego na piasek, a następnie po 30 minutach wlej 40 mililitrów kultury na wierzch. Po pół godzinie inkubacji wlej 80 mililitrów roztworu cementowego na piasek i pozostaw cegłę w spokoju na co najmniej 48 godzin lub do momentu, gdy piasek wyschnie.

Piątego dnia podziel formę na pół i zwolnij nacisk z magnesów, aby usunąć cegłę z formy. Następnie umieść cegłę na ręczniku papierowym, aby kontynuować suszenie przez trzy tygodnie przed wykonaniem próby ściskania. W celu przeprowadzenia próby ściskania umieść cegłę na dolnej płycie obciążeniowej nieograniczonej maszyny do prób ściskania i płaskiej płycie obciążeniowej na wierzchu cegły.

Korzystając z maszyny do prób ściskania, przyłóż około jednego funta nacisku na cegłę, a następnie użyj odczytu cyfrowego, aby zresetować pomiar ciśnienia. Na koniec należy w sposób ciągły zwiększać obciążenie zgodnie ze specyfikacją maszyny, aż cegła osiągnie uszkodzenie konstrukcyjne. Zapisz maksymalne obciążenie nośne dla każdej cegły.

Wydrukowana w 3D forma z powodzeniem zachowała kształt cegły, wytwarzając cegły, które po trzech tygodniach suszenia wydawały się solidne przy minimalnych stratach materiału podczas przenoszenia. Cegły, które wykazywały kruszenie się lub znaczne ubytki materiału w dotyku, wskazywały na błąd w przygotowaniu podłoża lub kultury. Formy użyto do testowania podłoży z grubego i drobnego piasku, produkując po cztery cegły dla każdego rodzaju.

Średnie maksymalne obciążenie cegieł z gruboziarnistego piasku wynosiło 95.125 funtów na cal kwadratowy, podczas gdy cegły z drobnego piasku wytrzymywały średnie maksymalne obciążenie 49.625 funtów na cal kwadratowy. Możliwość drukowania form 3D w razie potrzeby pozwoliła na jednoczesne testowanie zmiennych, zmniejszając zmienność eksperymentalną.