Антимікробний бетон для розумних та довговічних інфраструктур Огляд
Ляньшен Цю
школа будівництва, Технологічний університет Даляня, Далянь, 116024, Китай
Суфен Донг
b Школа матеріалознавства та техніки, Даляньський технологічний університет, Далянь, 116024, Китай
Ашраф Ашур
c Факультет техніки та інформатики Університету Бредфорда, Бредфорд BD7 1DP, Великобританія
Баогуо Хань
школа будівництва, Технологічний університет Даляня, Далянь, 116024, Китай
Анотація
Бетонні конструкції в каналізаційних системах, морському машинобудуванні, підземному машинобудуванні та інших вологих середовищах легко піддаються мікробному прикріпленню, колонізації і, врешті-решт, погіршенню стану. При ретельному підборі та обробці було встановлено, що деякі добавки, включаючи неорганічні та органічні антимікробні агенти, можуть надати бетону чудові антимікробні показники. У цій статті розглядаються різні типи антимікробних бетонів, виготовлені з різними типами антимікробних засобів. Коротко представлена класифікація та методи нанесення антимікробних засобів у бетон. Узагальнено антимікробні та механічні властивості, а також втрату маси/ваги бетону, що містить антимікробні агенти. Представлені програми, про які повідомляється в цій галузі, а також у цьому огляді обговорюються майбутні дослідницькі можливості та проблеми антимікробного бетону.
1. Вступ
В останні роки, завдяки бурхливому розвитку нанотехнологій, деякі дослідники намагалися ввести деякі наночастинки в бетон, щоб заблокувати мікробну колонізацію. Наприклад, дослідження, проведене Singh et al. [47] вказав, що композит цемент-ZnO володіє ефективною антибактеріальною та протигрибковою діяльністю при темному та сонячному світлі завдяки додаванню нанопорошку ZnO. Ван та співавт. [48] продемонстрували, що високоефективний бетон (HPC), що входить до складу нано ZnO, має антибактеріальну здатність проти кишкової палички та золотистого стафілокока (S. aureus). Бетон, виготовлений з наночастинок діоксиду титану, має великий потенціал для стерилізації під світлом [49]. Ганджі та ін. [50] встановили, що цемент з нано-TiO2 інгібує ріст кишкової палички під ультрафіолетовим опроміненням. Більше того, Fonseca et al. [18] припустив, що анатаз може бути альтернативним додатком для запобігання біологічному погіршенню будівельних розчинів.
Цей документ призначений для узагальнення антимікробного бетону, виготовленого з різними типами антимікробних засобів, інтуїтивно показано на рис. 1. По-перше, коротко представлена класифікація антимікробних засобів та методи їх застосування в бетоні. Потім розглядаються антимікробні та механічні властивості, а також втрата маси/ваги бетону, укомплектованого антимікробними агентами, з акцентом на антимікробні властивості. Згодом були пояснені антимікробні механізми деяких неорганічних та органічних антимікробних засобів. Нарешті, також представлено застосування антимікробного бетону в каналізаційних системах, морській техніці та будівлях проти мікробної загрози.
Принципова схема антимікробного бетону.
2. Класифікація антимікробних засобів, що використовуються для виготовлення антимікробного бетону
Антимікробну властивість антимікробного бетону пояснювали додаванням антимікробного агента, що є загальною назвою згаданих антимікробних добавок, що сприяють бетону пригнічувати та/або вбивати різні мікроби, включаючи бактерії (наприклад, патогени), гриби та водорості. Протимікробні сполуки, включаючи біоциди, мікробіциди, дезінфікуючі засоби, антисептики та дезінфікуючі засоби, що характеризуються своєю здатністю вбивати мікроорганізми та/або гальмують розмноження мікробів, є легкодоступними [23], [34]. Про антимікробні засоби, про які повідомляють, що їх додавали до конкретних інгредієнтів, можна класифікувати на неорганічні та органічні антимікробні агенти щодо їх хімічного складу, як описано нижче.
2.1. Неорганічні протимікробні засоби
До неорганічних протимікробних засобів, які, як повідомляється, застосовували в бетоні, належать важкі метали (срібло, нікель, вольфрам), сполуки металів (молібдат срібла, оксид міді, оксид цинку, вольфрамат натрію, бромід натрію), NORGANIX (силікатний бетонний герметик), вільна азотна кислота (FNA) та нанонеорганічні протимікробні речовини. Антибактеріальна активність металу або іонів металів має порядок: Ag> Hg> Cu> Cd> Cr> Ni> Pb> Co> Zn> Fe [22], [32], [51], [52]. Хоча серії антибактеріальних засобів із іонами срібла ефективні, але враховуючи їх високу вартість, у літературі було досліджено небагато інших альтернатив із високим бактерицидним ефектом. Наприклад, Чжан [22] виявив, що нітрат церію виявляв чудовий антибактеріальний ефект у пористому бетоні, навіть із низьким вмістом 1,25%. Крім того, використання наноматеріалів для контролю мікробної колонізації бетону значно зросло за останні роки [53]. Повідомлялося, що наночастинки (NP) Cu2O, CaCO3, TiO2, ZnO, CuO, Al2O3, Fe3O4 та ін. Виявляють інгібуючу дію на широкий спектр мікроорганізмів у цій галузі [3], [4], [26], [ 47], [48], [54], [55] .
2.2. Органічні протимікробні засоби
Як правило, неорганічні протимікробні засоби мають тривалий термін служби та стійкість до високих температур, але мають такі побічні ефекти, як токсичність. Органічні протимікробні засоби мають очевидний бактерицидний ефект за короткий термін і широкий спектр вбивчої активності, але їхня термостійкість погана [22], [31], [32], [60]. Більше того, більшість органічних біоцидів в кінцевому підсумку неефективні при видаленні мікробів і в кінцевому підсумку можуть призвести до нової хвилі мікробів на уражених поверхнях після того, як мікроби виробляють стійкість [34]. У наступних розділах будуть детально описані ці протимікробні засоби та способи їх застосування.