Beton antimicrobian pentru infrastructuri inteligente și durabile O recenzie

Liangsheng Qiu

o Școală de Inginerie Civilă, Universitatea de Tehnologie Dalian, Dalian 116024 China

Sufen Dong

b Școala de Științe și Inginerie a Materialelor, Universitatea de Tehnologie Dalian, Dalian 116024 China

Ashraf Ashour

c Facultatea de Inginerie și Informatică, Universitatea din Bradford, Bradford BD7 1DP, Marea Britanie

Baoguo Han

o Școală de Inginerie Civilă, Universitatea de Tehnologie Dalian, Dalian 116024 China

Abstract

Structurile de beton din sistemele de canalizare, ingineria marină, ingineria subterană și alte medii umede sunt ușor supuse atașării microbiene, colonizării și, în cele din urmă, deteriorării. Cu o selecție și un tratament atent, s-a constatat că unii aditivi, inclusiv agenți antimicrobieni anorganici și organici, pot oferi betonului o performanță antimicrobiană excelentă. Această lucrare analizează diferite tipuri de beton antimicrobian fabricat cu diferite tipuri de agenți antimicrobieni. Clasificarea și metodele de aplicare a agenților antimicrobieni în beton sunt introduse pe scurt. Sunt rezumate proprietățile antimicrobiene și mecanice, precum și pierderea de masă/greutate a betonului care încorporează agenți antimicrobieni. Aplicațiile raportate în acest domeniu sunt prezentate și oportunitățile viitoare de cercetare și provocările betonului antimicrobian sunt, de asemenea, discutate în această revizuire.

1. Introducere

În ultimii ani, odată cu dezvoltarea rapidă a nanotehnologiei, unii cercetători au încercat să introducă unele nano-particule în beton pentru a inhiba colonizarea microbiană. De exemplu, cercetările întreprinse de Singh și colab. [47] a indicat faptul că compozitul ciment-ZnO posedă activități antibacteriene și antifungice eficiente sub lumina întunecată și solară datorită adăugării de nanotuburi ZnO. Wang și colab. [48] ​​a demonstrat că betonul de înaltă performanță (HPC) încorporat cu nano ZnO are capacitate antibacteriană împotriva E. coli și Staphylococcus aureus (S. aureus). Betonul fabricat cu nanoparticule de dioxid de titan are un mare potențial în sterilizarea sub lumină [49]. Ganji și colab. [50] a constatat că cimentul cu nano-TiO2 a inhibat creșterea E. coli sub iradiere UV. Mai mult, Fonseca și colab. [18] a propus că anataza poate fi o aplicație alternativă pentru prevenirea biodeteriorării mortarelor.

Această lucrare este destinată să rezume betonul antimicrobian fabricat cu diferite tipuri de agenți antimicrobieni, prezentat intuitiv în Fig. 1. În primul rând, sunt introduse pe scurt clasificarea agenților antimicrobieni și metodele lor de aplicare în beton. Apoi, sunt revizuite proprietățile antimicrobiene și mecanice, precum și pierderea de masă/greutate a betonului încorporat cu agenți antimicrobieni, cu accent pe proprietățile antimicrobiene. Ulterior, au fost explicate mecanismele antimicrobiene ale unor agenți antimicrobieni anorganici și organici. În cele din urmă, sunt prezentate și aplicațiile betonului antimicrobian în sistemele de canalizare, ingineria marină și clădirile împotriva amenințărilor microbiene.

beton

Diagrama schematică a betonului antimicrobian.

2. Clasificarea agenților antimicrobieni utilizați pentru fabricarea betonului antimicrobian

Proprietatea antimicrobiană a betonului antimicrobian a fost atribuită adăugării de agent antimicrobian, care este un nume colectiv aici pentru aditivii antimicrobieni menționați care facilitează betonul să inhibe și/sau să distrugă diferiți microbi, inclusiv bacterii (de exemplu, agenți patogeni), ciuperci și alge. Compușii antimicrobieni, inclusiv biocidele, microbicidele, dezinfectantele, antisepticele și dezinfectanții caracterizați prin capacitatea lor de a distruge microorganismele și/sau de a inhiba reproducerea microbiană, sunt ușor accesibile [23], [34]. Agenții antimicrobieni despre care s-a adăugat că au fost adăugați la ingredientele din beton pot fi clasificați în agenți antimicrobieni anorganici și organici în ceea ce privește compoziția lor chimică, așa cum se detaliază mai jos.

2.1. Agenți antimicrobieni anorganici

Agenții antimicrobieni anorganici despre care s-a raportat că se aplică în beton includ metale grele (argint, nichel, tungsten), compuși metalici (molibdat de argint, oxid de cupru, oxid de zinc, tungstat de sodiu, bromură de sodiu), NORGANIX (un sigilant pentru beton silicat), acid azotat liber (FNA) și nano materiale anorganice antimicrobiene. Activitatea antibacteriană a ionilor metalici sau metalici este în ordinea: Ag> Hg> Cu> Cd> Cr> Ni> Pb> Co> Zn> Fe [22], [32], [51], [52]. Deși seriile de agenți antibacterieni cu ioni de argint sunt eficiente, dar având în vedere costul ridicat, puține alte alternative cu efect bactericid ridicat au fost explorate în literatura de specialitate. De exemplu, Zhang [22] a constatat că azotatul de ceriu prezintă un efect antibacterian excelent în betonul poros, chiar și cu un conținut scăzut de 1,25%. Mai mult, utilizarea nanomaterialelor pentru a controla colonizarea microbiană a betonului a crescut semnificativ în ultimii ani [53]. S-a raportat că nanoparticulele (NP) de Cu2O, CaCO3, TiO2, ZnO, CuO, Al2O3, Fe3O4 etc. prezintă efecte inhibitoare împotriva unei game largi de microorganisme din acest domeniu [3], [4], [26], [47], [48], [54], [55] .

2.2. Agenți antimicrobieni organici

În general, agenții antimicrobieni anorganici au o durată de viață lungă și o rezistență la temperaturi ridicate, dar au efecte secundare precum toxicitatea. Agenții antimicrobieni organici au un efect bactericid evident pe termen scurt și un spectru larg de activitate de ucidere, dar rezistența lor la temperatură este slabă [22], [31], [32], [60]. Mai mult, majoritatea biocidelor organice sunt în cele din urmă ineficiente la îndepărtarea microbilor și pot duce în cele din urmă la un nou val de microbi pe suprafețele afectate după ce microbii dezvoltă o rezistență [34]. Următoarele secțiuni vor descrie în detaliu acești agenți antimicrobieni și metodele lor de aplicare.