BÁO CÁO TIỂU LUẬN SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG ĐỀ TÀI GẠCH VI SINH

Các viên gạch truyền thống được sản xuất qua ba giai đoạn chính đó là: tạo khối, sấy và công đoạn cuối cùng là nung.. Với 10% số gạch đó được sản xuất bằng phương pháp thủ công nung tron

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



BÁO CÁO TIỂU LUẬN SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG

ĐỀ TÀI GẠCH VI SINH

Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Thanh Nga

Lớp: L03

Nhóm: 01

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Gia Huy, 2013310

Võ Thị Kim Thoại, 2014615 Hoàng Thu Phương, 2014210 Nguyễn Thị Huỳnh Như, 2014052

Ngày 10 tháng 11 năm 2021

MỤC LỤC

Danh sách hình ảnh 3

PHẦN MỞ ĐẦU 4

1 Tổng quan lịch sử: 4

2 Quy trình sản xuất gạch truyền thống và thực trạng hiện nay: 4

3 Kết cấu của đề tài: 5

NỘI DUNG 6

I KHÁI QUÁT VỀ GẠCH VI SINH: 6

II KẾT TỦA CACO3 DO VI KHUẨN GÂY RA: 6

III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 7

1 Hóa chất và vật liệu: 7

2 Phương pháp: 7

IV KIỂM TRA ĐẶC TÍNH CỦA GẠCH VI SINH: 8

1 Kiểm tra về tính hấp thụ nước: 8

2 Độ cứng: 9

3 Cường độ nén: 9

4 Khả năng kháng vi sinh: 9

5 Khả năng tự phục hồi: 10

V ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA GẠCH VI SINH 10

1 Ưu điểm: 10

2 Hạn chế: 10

KẾT LUẬN 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 12

Danh sách hình ảnh

Hình 1: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch truyền thống………4

Hình 2: Trộn đất với dung dịch sinh hóa……… 7

Hình 3: Cho hỗn hợp đất đã trộn vào khuôn………8

Hình 4: Bảng kết quả thí nghiệm……… 9

Hình 5: Kết quả kiểm tra cường độ nén của gạch thường và gạch sinh học………9

Hình 6: Khả năng tự phục hồi các vết nứt của gạch vi sinh………10

3

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tổng quan lịch sử:

Để xây dựng được các kiến trúc, các tòa nhà hay các công trình thì chúng ta cần phải có một loại vật liệu quan trọng, đó chính là gạch Từ xa xưa gạch đã xuất hiện

và được sử dụng Khoảng 7000 năm TCN, gạch xây dựng đã ra đời

Các viên gạch đầu tiên được sản xuất tại các vùng đất có khí hậu ấm áp, nhiệt độ cao Dưới nhiệt độ cao của mặt trời, các viên gạch được phơi nắng cho cứng lại Người Ai Cập cổ đại đã phát minh ra vữa bằng cách sử dụng thạch cao làm chất nền liên kết Đối với người La Mã, họ đã phát triển hỗn hợp này bằng cách sử dụng vôi, nước và cát Quy trình này vẫn được sử dụng rộng rãi và phổ biến đến tận ngày nay

2 Quy trình sản xuất gạch truyền thống và thực trạng hiện nay:

Gạch là từ dung để chỉ cấu trúc được làm từ đất sét, nhưng hiện nay khái niệm này được mở rộng ra, bất cứ khối hình chữ nhật nào được đặt giữa các lớp vữa đều được gọi là gạch Gạch được làm từ đất sét, cát và vôi hoặc là vật liệu bê tông Các viên gạch truyền thống được sản xuất qua ba giai đoạn chính đó là: tạo khối, sấy và công đoạn cuối cùng là nung

Hình 1: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch truyền thống

Phương pháp sản xuất gạch truyền thống đòi hỏi nhiệt độ cao, do đó cần nguồn nhiên liệu cung cấp nhiệt cho quá trình nung gạch như gỗ, than đá, …

Theo ước tính, mỗi năm có khoảng 1,3 nghìn tỷ viên gạch được sản xuất ra trên toàn cầu Với 10% số gạch đó được sản xuất bằng phương pháp thủ công nung trong các lò nung gạch Khi sản xuất gạch nung, mỗi viên gạch sẽ gây ra 635g khí CO2, điều này gây ô nhiễm bầu không khí nặng nề, có thể gây ra các tác động tiêu cực đến thiên nhiên và môi trường như gây nên hiệu ứng nhà kính, ấm lên toàn cầu, … Hiện nay đã xuất hiện một loại gạch đó là gạch vi sinh hay được gọi với tên khác

đó là gạch không nung Gạch vi sinh không cần nung nóng và không gây ra ô nhiễm, thân thiện với môi trường Gạch vi sinh được tạo ra từ vi khuẩn

Hiểu được tính cấp thiết của vấn đề bảo vệ môi trường và sự cần thiết của một vật liệu mới nên nhóm chúng em đã chọn đề tài “Gạch vi sinh”

3 Kết cấu của đề tài:

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo thì đề tài của nhóm chúng em

gồm 5 phần:

 Khái quát về gạch vi sinh

 Kết tủa CaCO3 do vi khuẩn gây ra.

 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

 Kiểm tra đặc tính của gạch vi sinh

 Ưu điểm và hạn chế của gạch vi sinh

5

NỘI DUNG

I KHÁI QUÁT VỀ GẠCH VI SINH:

Trong các công trình thì gạch đóng vai trò quan trong, giúp tạo ra hình dáng công trình và nâng đỡ cấu trúc Có nhiều công trình trên thế giới dù trải qua khoảng thời gian dài hằng trăm năm, hang thế kỉ nhưng vẫn giữ nguyên được cấu trúc và hình dạng ban đầu Tuy nhiên, cũng có các công trình kiến trúc, các di tích lịch sử bị xuống cấp và dần dần sụp đổ Lí do là gạch thông thường không có khả năng hồi phục

Để giải quyết vấn đề này, chúng ta sẽ sử dụng gạch làm từ vi khuẩn ure Vi khuẩn vẫn tiếp tục tồn tại và phát triển bên trong cấu trúc viên gạch Vì đặc tính độc đáo này mà gạch vi sinh đang được phổ biến và sử dụng rộng rãi cho các công trình và kiến trúc

Gạch vi sinh là một loại gạch đặc biệt, một chất liệu mang tính sáng tạo và đầy cải tiến Loại gạch này rất có ích cho các quốc gia ô nhiễm nặng nề Việc sản xuất gạch truyền thống cần nhiệt độ cao, do đó các nhà nghiên cứu hiện nay đang tìm tòi, nghiên cứu và tạo ra một loại gạch mang tính đột phá – gạch vi sinh Gạch vi sinh nhờ vào vi khuẩn và kết tủa canxi

Nghiên cứu này giúp các công trình tăng độ bền chắc và đặc biệt đó là giảm khí thải CO2 Nhờ vào công nghệ sản xuất gạch vi sinh mà chúng ta giảm được 800 triệu tấn khí thải CO2

Ngoài ra, gạch vi sinh còn mang lại một lợi ích vô cùng tuyệt vời đó là khả năng tự sửa chữa chính nó Các vi khuẩn có khả năng kết tủa khoáng chất, ngoài ra còn có thể tạo lớp kết tủa canxi bên ngoài viên gạch giúp gạch tăng cường độ nén Giúp viên gạch chống thấm nước và tăng tuổi thọ cũng như độ bền của vật liệu này

II KẾT TỦA CACO3 DO VI KHUẨN GÂY RA:

Quá trình này sẽ sử dụng kết tủa CaCO3 do vi khuẩn tạo ra giúp gạch ổn định, bền vững và tăng tiềm năng phát triển cho loại vật liệu mới này

Trong quá trình này, các kết tủa sẽ kết dính các vi khuẩn với nhau giúp gạch chuyển thành trạng thái cát cứng như đá

CaCO3 có 3 dạng kết tủa ở trạng thái cao phân tử, calcite, aragonite và vaterite Nhóm vi khuẩn chính tạo ra kết tủa Canxi là các vi khuẩn quang hợp như: vi khuẩn lam, vi tảo, vi khuẩn khử Sunfat và một số loài vi khuẩn liên quan đến chu trình khí Nito Một số cơ chế mà vi khuẩn có thể tạo ra kết tủa CaCO3 là thủy phân ure, khử Nito, khử sulfat và khử sắt

Hai con đường tự dưỡng và dị dưỡng cũng được xác định là tạo ra CaCO3 Tất cả con đường đều làm giảm khí CO2 và tạo ra kết tủa CaCO3

Trong chu trình dị dưỡng, liên quan đến chu trình Nito và chu trình lưu huỳnh Một vài ứng dụng của chu trình này đã được đề xuất, ví dụ như khắc phục các vết nứt và chống ăn mòn trong bê tông

Kết tủa CaCO3 do vi khuẩn gây ra đã được kiểm nghiệm trong hơn 10 năm qua để nâng cao tính chất của gạch Ứng dụng của vi khuẩn để làm cứng bề mặt gạch vi sinh đã cho thấy giảm đi sự thấm nước và tăng tính bền vững

Khả năng tự chữa lành vết nứt trong gạch của vi khuẩn cho kết quả hứa hẹn trong phòng thí nghiệm, tuy nhiên khả năng này cần phải được kiểm chứng trong điều kiện khắc nghiệt

Kết tủa CaCO3 do vi khuẩn tạo ra được ứng dụng trong lĩnh vực bảo vệ bề mặt của gạch, khắc phục vết nứt Nguyên tắc của gạch vi sinh tự phục hồi là vi khuẩn tạo

ra CaCo3 để hàn gắn các vết nứt, hạn chế xâm nhập các chất ăn mòn vào gạch Vì thế gạch vi sinh tự hàn gắn là một phát triển đột phá giúp gạch không bị nứt và thân thiện với môi trường xung quanh

III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

1 Hóa chất và vật liệu:

Gạch sinh học được làm từ các vật liệu gồm có đất cát sét, nước, dung dịch sinh hóa (ure và canxi clorua), và vi sinh, xi măng

2 Phương pháp:

Đầu tiên là chuẩn bị khuôn làm gạch Khuôn được làm bằng gỗ với kích thước như những viên gạch thông thường 19 ×19 × 9 cm

Đất được trộn với nước, dung dịch chứa ure, canxi clorua và vi sinh vật đã chuẩn

bị, sau đó chia làm 3 lớp cho vào đầy khuôn Mỗi lớp đất cho vào khuôn đều được nén chặt để đảm bảo đầy khuôn tối đa, làm giảm các lỗ rỗng trong gạch, giúp tăng

độ bền chắc và cường độ nén của viên gạch làm ra mà không cần quá trình nung (gia nhiệt)

7

Hình 2: Trộn đất với dung dịch sinh hóa

Hình 3: Cho hỗn hợp đất đã trộn vào khuôn

Sau vài ngày, vi khuẩn sử dụng ure làm thức ăn và có kết tủa calcite (dạng khoáng vật cacbonat Nó là dạng đa hình ổn định nhất của canxi cacbonat (CaCO3)) giữa các hạt đất Trong quá trình này diễn ra một chuỗi các phản ứng sinh hóa để làm cứng viên gạch

Sau đó giữ gạch ở nhiệt độ phòng, gạch được lấy ra khỏi khuôn sau khoảng 2 tuần khi vi sinh vật đã phát triển và được giữ thêm 2 tuần để đóng rắn Lúc này độ bền chắc của viên gạch được tăng lên vì sự phát triển của vi sinh vật

Xi măng được phủ lên bề mặt các viên gạch và được giữ để đóng rắn trong vòng

từ 7 đến 28 ngày

Khi viên gạch tiếp xúc với nước, nước thấm qua các vết nứt của gạch đến chỗ vi sinh vật và một lần nữa phản ứng sinh hóa lại xảy ra, tạo nên kết tủa calcite dọc theo các vết nứt của viên gạch, đây chính là đặc tính tự chữa lành của gạch vi sinh

IV KIỂM TRA ĐẶC TÍNH CỦA GẠCH VI SINH:

1 Kiểm tra về tính hấp thụ nước:

Độ hấp thụ nước là một đặc tính rất quan trọng của gạch vì nó có ảnh hưởng đến vữa và liên kết vữa trong quá trình xây dựng, dẫn đến làm giảm độ bền của gạch Thực hiện thí nghiệm với gạch vi sinh đã đóng rắn khi ngâm trong nước trong 24 giờ và được ghi nhận tỷ lệ hấp thụ nước bằng cách tính toán sự khác biệt giữa trọng lượng khô và trọng lượng ướt

Hình 4: Bảng kết quả thí nghiệm.

Kết quả cho thấy gạch thông thường hấp thụ nước nhiều hơn gạch sinh học

2 Độ cứng:

Gạch sinh học được kiểm tra độ cứng với sự giúp đỡ của móng tay, không có một dấu vết nào trên bề mặt các viên gạch Điều này khẳng định các viên gạch cứng hơn trong tự nhiên

3 Cường độ nén:

Thực hiện thí nghiệm với gạch thông thường và gạch sinh học, mỗi loại gạch lấy 9 mẫu được chế tạo để kiểm tra cường độ nén Thí nghiệm được thực hiện 3 lần, mỗi lần gồm 3 viên gạch của mỗi loại Gạch được đặt trong máy thử nén

Hình 5: Kết quả kiểm tra cường độ nén của gạch thường và gạch sinh học

9

Kết quả của thực nghiệm cho thấy cường độ nén trung bình của gạch sinh học là 9.16N/mm2 và của gạch thông thường là 7.7N/mm2 Điều này cho thấy gạch sinh học có độ bền cao hơn gạch thông thường

4 Khả năng kháng vi sinh:

Qua sự quan sát viên gạch, gạch không bị tấn công bởi các vi sinh vật như nấm, …

và không bị thay đổi màu sắc hay vị trí

5 Khả năng tự phục hồi:

Gạch được sản xuất đã được phân tích về đặc tính tự phục hồi của nó bằng cách quan sát các vết nứt và thấy như hình sau:

Hình 6: Khả năng tự phục hồi các vết nứt của gạch vi sinh

Tất cả các tổng kết và thử nghiệm thực tế đã được cấp giấy chứng nhận: Độ bền,

độ rắn viên gạch không nung tốt hơn gạch đất sét nung đỏ và đã được kiểm chứng ở tất cả các nước trên thế giới: Mỹ, Đức, Trung Quốc, Nhật Bản, … Được sản xuất từ công nghệ, thiết bị tiên tiến của quốc tế, nó có các giải pháp khống chế và sự đảm bảo chất lượng hoàn thiện, quy cách sản phẩm chuẩn xác Có hiệu quả trong xây dựng rõ ràng

V ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA GẠCH VI SINH.

1 Ưu điểm:

 Gạch vi sinh không sử dụng nhiên liệu cho việc nung nên không thải ra khí độc hại, bảo vệ môi trường, hạn chế được tác động xấu đến môi trường sinh thái

 Việc sử dụng gạch không nung trong xây dựng sẽ làm giảm tải trọng công trình, từ đó tiết kiệm được vật liệu làm móng, chống đỡ, … góp phần đẩy nhanh thời gian thi công và chi phí xây dựng

 Có thể sản xuất gạch với hình dáng và kích thước đa dạng tùy mục đích sử dụng

 Chi phí để sản xuất gạch vi sinh thấp hơn chi phí sản xuất gạch thông thường.

2 Hạn chế:

Chưa được sử dụng rộng rãi do gạch truyền thống đã xuất hiện và được sử dụng từ rất lâu đời

KẾT LUẬN

Bảo vệ môi trường đã từ lâu là một vấn đề cấp thiết không chỉ của thế giới mà còn của Việt Nam Đi song song với sự phát triển của đất nước là yêu cầu ngày càng cao

về cơ sở hạ tầng Nhu cầu về nguyên liệu thô đặc biệt là gạch đối với ngành xây dựng của ngày càng cao Nhưng quá trình sản xuất của gạch truyền thống lại gây hiệu ứng nhà kín, ô nhiễm đối với môi trường Vì vậy, vật liệu xây dựng phải vừa có chất lượng vừa không ảnh hưởng đến môi trường “Gạch vi sinh” được sản xuất không cần quá trình nung, vẫn có chất lượng như gạch truyền thống, đã đáp ứng được yêu cầu trên Điều này hứa hẹn gạch vi sinh sẽ thay thế cho gạch truyền thống trong tương lai

11

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

(1) Đặng Thái Minh, "Dictionnaire vietnamien - français Les mots vietnamiens

d’origine française", Synergies Pays riverains du Mékong, n° spécial, năm

2011 ISSN: 2107-6758 Trang 79.

(2) Kumarappan N, Sudharsan P, Hubert Christopher.I, “A Comparative

Analysis of Bacteria Made Bio Brick and Conventional Brick”, International

Journal of ChemTech Research, CODEN (USA): IJCRGG, ISSN:

0974-4290, ISSN(Online):2455-9555, Vol.11 No.02, 2018, pp 132-136.

(3) B Joga Rao, K Akhil Teja, K.S.S.V Satyanarayan, “Effect of different

waste materials addition on the properties of clay bricks”, International

Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET) ISSN: 2321-9653; IC Value: 45.98; SJ Impact Factor: 6.887

Volume 7 Issue III, March 2019.

(4) Ms Deepika Bharathi S & Dr V Judia Harriet Sumathy, “Production of

biobricks using microbes”, International Journal of Current Research in

Multidisciplinary (IJCRM) ISSN: 2456-0979, Vol.5, No.1, (January’20),

pp.13-27

(5) Rautray, Priyabrata; Roy, Avik; Mathew, Deepak John; Eisenbart, Boris,

“Bio-brick - development of sustainable and cost effective building material”, International conference on engineering design, iced19, 5-8

august 2019, delft, The Netherlands.

(6) Khôi Võ Duy Đăng, Đoàn Văn Hồng Thiện, Huỳnh Kỳ Phương Hạ "Chế

tạo gạch không nung từ đất bồi lắng." Tạp chí Khoa học Trường Đại học

Cần Thơ, 2015, 22-27.

(7) Lambert SE, Randall DG, “Manufacturing bio-bricks using microbial

induced calcium carbonate precipitation and human urine”, Water

Research, 160, 2019, 158-166 doi.org/10.1016/j.watres.2019.05.069.