Cement or lime is generally used to improve the strength of soil. However, bacteria were utilized to produce cementation of loose soils in this study. The microo rganism called Bacillus, and $CaCl_2$ was introduced into loose sand and soft silt and $CaCO_3$ in the voids of soil particles were produced, leading to cementation of soil particles. In this study, loose sand and soft silt typically encountered in Korea were bio-treated with 3 types of bacteria concentration. The cementation (or calcite precipitation) in the soil particles induced by the high concentration bacteria treatment was investigated at 7 days after curing. Based on the results of Scanning Electron Microscope (SEM) tests and EDX analyses, high concentration bacteria treatment for loose sand was observed to produce noticeable amount of $CaCO_3$, implying a significant cementation of soil particles. It was observed that higher calcium carbonate depositions were observed in poorly graded distribution as compared to well graded distribution. In addition, effectiveness of biogrouting has also been found to be feasible by bio-treatment without any cementing agent.
Calcium carbonate fine powders were synthesized by blowing CO2 gas in CaO or Ca(OH)2 suspension, and the shapes of powders obtained were examined for each synthetic condition. When water was used as a solvent, ultrafine calcite powders with the average size of∼0.03$\mu\textrm{m}$ were obtained. When synthesized using methanol as a solvent, amorphous phase and spherical vaterite phase were obtained by suction filtering and non-filtering, respectively. Reaction did not occured in ethanol medium, but spherical vaterite phase was obtained by adding ethylene glycol in ethanol.
Yeongdong area is located in the contact zone between central southeastern Ogcheon belt and Yeongnam massif, in which Cretaceous Yeongdong basin exists. Therefore, the study area has complex geological environment of various geological age and rock types such as Precambrian metamorphic rocks, age-unknown Ogcheon Supergroup, Paleozoic/Mesozoic sedimentary rocks, Mesozoic igneous rocks and Quaternary alluvial deposits. This study focuses on the link between the various geology and water type, and discussed the source of some major ions and their related water-rock interaction. For this study, the field parameters and ion concentrations for twenty alluvial/weathered and eighty bedrock aquifer wells were used. Statistical analysis indicates that there was no significant differences in groundwater quality between wet and dry seasons. Although various types were observed due to complex geology, 80 to 84 % of samples showed $Ca-HCO_3$ water type. Some wells placed in alluvial/weathered aquifers of Precambrian metamorphic and Jurassic granitic terrains showed somewhat elevated $NO_3$ and Cl concentrations. $Mg-HCO_3$ typed waters prevailed in Cretaceous Yeongdong sedimentary rocks. The deeper wells placed in bedrock aquifers showed complicated water types varying from $Ca-HCO_3$ through $Ca-Cl/SO_4/NO_3$ to $Na-HCO_3$ and Na-Cl type. Groundwater samples with $Na-HCO_3$ or Na-Cl types are generally high in F concentrations, indicating more influences of water-rock interaction within mineralized/hydrothermal alteration zone by Cretaceous porphyry or granites. This study revealed that many deep-seated aquifer had been contaminated by $NO_3$, especially prominent in Jurassic granites area. Based on molar ratios of $HCO_3/Ca$, $HCO_3/Na$, Na/Si, it can be inferred that Ca and $HCO_3$ components of most groundwater in alluvial/weathered aquifer wells were definitely related with dissolution of calcite. On the other hand, Ca and $HCO_3$ in bedrock aquifer seem to be due to dissolution of feldspar besides calcite. However, these molar ratios require other mechanism except simple weathering process causing feldspar to be broken into kaolinite. The origin of $HCO_3$ of some groundwater occurring in Cretaceous Yeongdong sedimentary rock area seems to be from dissolution of dolomite($MgCO_3$) or strontianite($SrCO_3$) as well.
Clogging of drainage pipes by scale is an important problem in civil engineering works. Although scale deposits can be removed by acid treatment or water jetting, these treatments are costly and have many disadvantages. In this study, scale samples from tunnel drainage pipes were analyzed using SEM-EDS and XRD. The main ingredient in scale was $CaCO_3$ of the calcite crystal form. Drainage experiments and recirculation type experiments were conducted to control and remove scale deposits, which were determined through visual and weight measuring analysis. As a result, Quantum Stick has the effect of limiting formation of scale.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.3
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pp.179-191
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2013
This study was conducted to comparatively assess quantitative indicating factor for biomineralization characterizing $CO_2$ mineralization on three type of minerals (i.e., $CaCl_2$, $MgCl_2$, $CaCl_2-MgCl_2$) in an aqueous solution amended with Bacillus pasteurii or indigenous microorganisms for a S landfill cover soil. For given three types of minerals, $NH_4{^+}$ (urease activity) was released at the highest of 88 mg/L for $MgCl_2$, then 85 mg/L for $CaCl_2$, and the lowest of 42 mg/L for $CaCl_2-MgCl_2$. $CO_2$ gas in the head space was completely removed after 12, 12, and 24 hr for $CaCl_2$, $MgCl_2$ and $CaCl_2-MgCl_2$, respectively. $Ca^{2+}$ concentration in $CaCl_2$ solution was the quickest and the greatest decreased 92% for 12 hr whereas that in $CaCl_2-MgCl_2$ solution was lower at 85% for 36 hr. $Mg^{2+}$ concentration in $MgCl_2$ was more efficiently decreased at 46% for 48 hr than that of $CaCl_2-MgCl_2$ solution of 38.5% for 72 hr. Regardless of types of minerals or their concentration, pH was changed from 5.5 to 9 by biomineralization being progressed. Microbial activity ($OD_{600}$) was also changed from 0 to 0.6. SEM images indicated that spheroidal and trapezoid shape crystal were formed, which were identified as of $CaCO_3$ (Calcite) and $MgCO_3$ (Magnesite) by X-ray diffraction. In the long run, $NH_4{^+}$ (urease activity), $CO_2$ gas, $OD_{600}$, pH, $Ca^{2+}$ and $Mg^{2+}$ would be suitable for reasonable indicating factor in order to assess the degree of biomineralization efficiency.
Park, Jin-Koo;Park, Hyun-Seo;Ahn, Ji-Whan;Kim, Hwan;Park, Charn-Hoon
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.14
no.3
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pp.110-114
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2004
Formation behavior of aragonite precipitated calcium carbonate was investigated with changed the concentration of $Na_2CO_3$ solution and addition method which added in the $Ca(OH)_2$ slurry at $75^{\circ}C$. In this reaction, we found that $Na^+$ ions were substituted into $Ca^{2+}$ion site then disturb the growth of calcite, and while proceed the crystal growth in a certain direction and promote the formation of aragonite. Also, a decrease of reaction rate by control the concentration of $CO_3^{2-}$ ion, induce the homogeneous precipitate reaction and increase substitution ability of $Na^+$ ions, consequently it was promote the formation and growth of aragonite.
The synthesis and crystallization of amorphous calcium carbonate($CaCO_3$.$nH_2 O$) obtained from gas-liquid reaction between aqueous solution of calcium hydroxide and carbon dioxide at 15~$50^{\circ}C$ are investigated by electrical conductometry, XRD and TEM. The results are as follows: The initial reaction products prior to the formation of precipitated calcium carbonate is amorphous calcium carbonate. The electrical conductivity values in the slurry are decreased during the formation of amorphous calcium carbonate which covers particle surface of calcium hydroxide and retard the dissolution of calcium hydroxide into the solution. that amorphous calcium carbonate is unstable in the aqueous solution and crystallizes finally to calcite by the through-solution reaction. While amorphous calcium carbonate crystallizes into chain-like calcite, the conductivity values are recovered rapidly and the apparent viscosity of slurry containing higher concentration of calcium hydroxide increase. At below pH 9.5, chain-like calcite separates into individual particles to form precipitated calcium carbonate. The formation and synthetic temperature range of amorphous calcium carbonate is most suitable a primary decreasing step(a-step) at $15^{\circ}C$ in the electrical conductometry.
Park, Jeong-Won;Kim, Ji-Hyun;Lee, Min-Hee;Chung, Chul-Woo
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.18
no.5
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pp.403-412
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2018
Recently, needs for utilization of recycled aggregate have been increasing. However, its utilization has been limited due to its high alkalinity, which mostly came from the unremoved cement paste particles that were attached at the surface of recycled aggregate. Various efforts has been made to reduce its alkalinity by using $CO_2$, but currently available methods that uses $CO_2$ generate the problem with pH recovery. Considering the fact that supercritical $CO_2$ ($scCO_2$) can provide more rapid carbonation of cement paste than by normal $CO_2$, $scCO_2$ was utilized in this work. The reaction between $scCO_2$ and hydrated cement paste has been systematically evaluated. According to the results, it was found that powder type showed higher carbonation compared to that of cube specimens. It seems the carbonation by $scCO_2$ has occurred only at the surface of the specimen, and therefore still showed some amount of $Ca(OH)_2$ calcium aluminates after reaction with $scCO_2$. With powder type specimen, all $Ca(OH)_2$ was converted into $CaCO_3$. Moreover, additional calcium that came from both calcium aluminate hydrates and calcium silicate hydrates reacted with $scCO_2$ to form $CaCO_3$. After carbonation with $scCO_2$, the powder type specimen did not show pH recovery, but cube specimens did show due to the presence of portlandite.
Bio-grouting based on microbial-induced calcite precipitation (MICP) is recently emerging as a novel and environmentally friendly technique for improvement of coarse-grained ground. To date, the mechanical behaviour of bio-grouted coarse-grained soil with different calcite contents and grain sizes still remains poorly understood. The primary objective of this study is to investigate the influence of calcite content on the mechanical properties of bio-grouted coarse-grained soil with different grain sizes. This is achieved through an integrated study of uniaxial loading experiments of bio-grouted coarse-grained soil, 3D digitization of the grains in conjunction with discrete element modelling (DEM). In the DEM model, aggregates were represented by clump logic based on the 3D morphology digitization of the typical coarse-grained aggregates while the CaCO3 was represented by small-sized bonded particle model. The computed stress-strain relations and failure patterns of the bio-grouted coarse-grained soil were validated against the measured results. Both experimental and numerical investigation suggest that aggregate sizes and calcite content significantly influence the mechanical behaviour of bio-cemented aggregates. The strength of the bio-grouted coarse-grained soil increases linearly with calcite content, but decreases non-linearly with the increasing particle size for all calcite contents. The experimental-based DEM approach developed in this study also offers an optional avenue for the exploring of micro-mechanisms contributing to the mechanical response of bio-grouted coarse-grained soils.
Park, Jong-Myong;Park, Sung-Jin;Kim, Wha-Jung;Ghim, Sa-Youl
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.22
no.7
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pp.1015-1020
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2012
Antifungal cement mortar or microbiological calcium carbonate precipitation on cement surface has been investigated as functional concrete research. However, these research concepts have never been fused with each other. In this study, we introduced the antifungal calcite-forming bacteria (CFB) Bacillus aryabhattai KNUC205, isolated from an urban tunnel (Daegu, South Korea). The major fungal deteriogens in urban tunnel, Cladosporium sphaerospermum KNUC253, was used as a sensitive fungal strain. B. aryabhattai KNUC205 showed $CaCO_3$ precipitation on B4 medium. Cracked cement mortar pastes were made and neutralized by modified methods. Subsequently, the mixture of B. aryabhattai KNUC205, conidiospore of C. sphaerospermum KNUC253, and B4 agar was applied to cement cracks and incubated at $18^{\circ}C$ for 16 days. B. aryabhattai KNUC205 showed fungal growth inhibition against C. sphaerospermum. Furthermore, B. aryabhattai KNUC205 showed crack remediation ability and water permeability reduction of cement mortar pastes. Taken together, these results suggest that the $CaCO_3$ precipitation and antifungal properties of B. aryabhattai KNUC205 could be used as an effective sealing or coating material that can also prevent deteriorative fungal growth. This study is the first application and evaluation research that incorporates calcite formation with antifungal capabilities of microorganisms for an environment-friendly and more effective protection of cement materials. In this research, the conception of microbial construction materials was expanded.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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