JP2016525879A - コンクリートのバイオ系修復方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、空洞を有するエレメント表面を有するコンクリートエレメントのバイオ系修復のための方法であって、第１の組成を有する第１の液体と第２の組成を有する第２の液体をコンクリートエレメントのエレメント表面に適用して、混合物を空洞内に供給するステップを含み、第１の組成及び第２の組成が、第１の液体及び第２の液体の１又は２以上をエレメント表面に適用した後に空洞内にゲルを形成させるように選択され、第１の組成及び第２の組成がまた、第１の液体及び第２の液体をエレメント表面に適用した後に細菌材料、カルシウム源、及び細菌のための栄養素を空洞内に供給するように選択され、第１の液体が少なくともケイ酸ナトリウムを含み、第２の液体が少なくともカルシウム源を含む、方法を提供する。

Description

本発明はコンクリートの修復のための方法に関する。本発明はさらに、コンクリートの修復のために用いることができる材料を含む部品のキットに関する。さらに、本発明はまた、上述の方法によって修復されたコンクリートエレメントに関する。

コンクリートは強度が高く、比較的安価であるので、世界中で最も多く用いられている建設材料の１つである。耐久性を向上させるための現在の設計手法は規範的ガイダンスによるものであり、その中には亀裂及び亀裂の幅を制御するための強化材の配置、補強のためのコンクリートカバーの厚み、コンクリートの品質及び水の管理等の要因が含まれる。しかし、コンクリートは構造物がその要求される耐用年数に達することを妨げるいくつかの分解プロセスに曝される。劣化しつつあるコンクリート構造物の中の強化材の腐食によって惹起される問題は欧州各地で広く起こっており、現存する多くの構造物の耐久性に大きな制限を与えるものと認識されている。早すぎる腐食の主な理由は、コンクリートカバーにおける亀裂の形成である。大きな亀裂並びにより細かい亀裂のネットワークによって、水、酸素、塩化物、及びその他の侵襲性の腐食物質がコンクリートマトリックスに浸透し、強化材に到達しやすくなる。霜の作用及びアルカリシリカ反応等のプロセスによる他の形態の劣化は、その発生においてはそれほど広範囲ではないが、その影響においては無視できない。したがって、構造物の寿命の間の耐久性の問題に予め対処するには、維持及び修復のための費用のかかる手段を取らなくてはならない。

例えば米国特許第４５３６４１７号明細書には、劣化した強化コンクリート等のセメント含有無機材料を、その表面に水溶性ケイ酸塩化合物の溶液を適用して材料に前記溶液を含浸させ、次いで前記材料をセメントペースト又は／及びモルタルでトップコートすることによって修復し、復元する方法が記載されている。さらに、米国特許公開第２００５／１２０６６０号明細書には、構造物の亀裂を修復するためのプラスチックマイクロパッカー及びこのプラスチックマイクロパッカーを用いて中圧又は低圧の亀裂を修復する方法が記載されている。マイクロパッカーは、コンクリート構造物の亀裂の中に修復液を注入するために、亀裂の中に形成された穴に接続される。マイクロパッカーは、その内表面にスクリュー部が形成された中空ゴムスリーブと、スクリュー部にねじ込まれるスクリュー連結部及び修復液注入器に接続されるノズル部を有する中空のパッカー本体と、凹部、及び修復液の漏洩を防止するためにノズル部に接続される部材とを含む。ゴムスリーブのスクリュー部は上部が広く、底部が狭くなっており、そのためスクリュー連結部がスクリュー部にねじ込まれると、スクリュー部の下部が半径方向に拡張するとともに穴に密着する。ゴムスリーブの前端には、ゴムスリーブが穴の中に過剰に導入されることを防止するためにフランジ部が形成されている。

V. Wiktor et al, Concrete Repair, Rehabilitation and Retro fitting III, proceedings of the 3rd international conference on concrete Repair, Rehabilitation and Retro fitting III, ICRRR 2012, 2012, p. 955-960は、老化したコンクリート構造物のための液体バイオ系修復システムの開発について記載している。

H. Jonkers et al, Crack repair by concrete-immobilized bacteria, Proceedings of the First International Conference on Self Healing Materials 18-20, April 2007, Noordwijk aan Zee, The Netherlands, Springer, p. 1-7は、コンクリートに固定化された細菌による亀裂の修復について記載しており、自己治癒の可能性を検討している。

米国特許第４５３６４１７号明細書 米国特許公開第２００５／１２０６６０号明細書

V. Wiktor et al, Concrete Repair, Rehabilitation and Retro fitting III, proceedings of the 3rd international conference on concrete Repair, Rehabilitation and Retro fitting III, ICRRR 2012, 2012, p. 955-960 H. Jonkers et al, Crack repair by concrete-immobilized bacteria, Proceedings of the First International Conference on Self Healing Materials 18-20, April 2007, Noordwijk aan Zee, The Netherlands, Springer, p. 1-7

亀裂の形成を防止し、又は修復するための従来技術の解決策は複雑及び／又は高価であることが多い。コンクリートは亀裂の形成等の劣化を被ることがあるので、コンクリートを保護し及び／又は修復するためには少なくとも２つの異なったアプローチ、即ち（ｉ）新たに建設された構造物のための自己治癒コンクリートの開発、（ii）現存する老化したコンクリートエレメント（橋、駐車場の床等のコンクリート構造物等）の耐久性を増大させるための修復システムの開発を考えることができる。本出願では特に後者のアプローチを提示する。したがって、上述の欠点の１又は２以上を好ましくはさらに少なくとも部分的に取り除くコンクリートの修復の代替方法を提供することが、特に本発明の態様である。さらに、多孔質コンクリートの空孔を充填することも望ましい。したがって、上述の欠点の１又は２以上を好ましくはさらに少なくとも部分的に取り除く多孔質コンクリートの空孔を充填するための代替の方法を提供することも、本発明の態様である。

第１の態様において本発明は、空洞（特に亀裂又は空孔等）を有するエレメント表面（「表面」）を有するコンクリートエレメント（本明細書において「エレメント」とも表わす）のバイオ系修復のための方法であって、第１の組成を有する第１の液体と第２の組成を有する第２の液体をコンクリートエレメントのエレメント表面に適用して、混合物を空洞内に供給するステップを含み、第１の組成及び第２の組成が、第１の液体及び第２の液体の１又は２以上をエレメント表面に適用した後に空洞内にゲルを形成させるように特に選択され、第１の組成及び第２の組成がまた、第１の液体及び第２の液体をエレメント表面に適用した後に細菌材料、カルシウム源、及び細菌のための栄養素を空洞内に供給するように選択され、特に第１の液体が少なくともケイ酸塩、特にアルカリ金属ケイ酸塩、より特にケイ酸ナトリウムを含み、第２の液体が少なくとも硝酸カルシウム等のカルシウム源を含む、方法を提供する。さらに、特に栄養素は（ｉ）硝酸塩化合物、（ii）酵母抽出物、並びに（iii）乳酸塩及びグルコン酸塩の１又は２以上を含み、第１の液体と第２の液体の両方は水を含む。

有利には、液体が共に、又は液体の１若しくは２以上が単独で、エレメントの上に及び／又は（コンクリートエレメントの）空洞の少なくとも一部の中に、ゲルを形成する。このため、空洞内の液体中の成分が耐久性をもって存在することができる。これにより、修復、即ち例えば亀裂のバイオ系修復が補助される。これは特に、表面が水平でないエレメント又は表面が天井であるエレメントの修復にも有利である。したがって、１つ又は両方の液体は、コンクリートとの接触によって又は他の液体（の成分）との接触によってゲルを形成するゲル化剤を含んでもよい。例えば、ケイ酸ナトリウム（水ガラス）及びカルシウム塩を水性環境で混合させると、ゲルが形成される。したがって、ここでは単に例として「第１の液体」という用語で示す液体の１つは、アルギン酸ナトリウム又はケイ酸ナトリウムの１又は２以上、特にケイ酸ナトリウムを含み、ここでは単に例として「第２の液体」という用語で示す液体の他方は、カルシウム源を含む。或いは又はさらに、「第１の液体」はアルギン酸カリウム又はケイ酸カリウムの１又は２以上、特にケイ酸カリウムを含んでよい。したがって一実施形態では、第１の液体はアルギン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アルギン酸カリウム及びケイ酸カリウムの１又は２以上を含んでよいが、特に少なくともケイ酸塩を含む。特に、第１の液体はケイ酸塩として実質的にケイ酸ナトリウムのみを含む。本明細書において、（第１の液体の構成成分として）ケイ酸塩、特にケイ酸ナトリウムに関連して本発明をさらに特に説明する。カルシウム源は、また任意選択でケイ酸塩も、特に空洞内に新たな構造を作出するための「建築材料」を提供する。

本発明はさらなる液体の使用を排除するものではないが、少なくとも２つの液体、即ち第１の液体及び第２の液体が適用される。特定の実施形態においては、例えば第１及び第２の液体が適用された後に、第３の液体が適用されてもよい。この第３の液体は（特に第１及び第２の液体がそれぞれ、アルギン酸塩又はアルギン酸ナトリウムを含んでいない実施形態において）アルギン酸塩、特にアルギン酸ナトリウムを含んでよい。或いは又はさらに、特に別のゲル化剤を含んでもよい別の第３の（又はさらなる）液体が適用される。そのような第３の又はさらなる液体は特に、第１及び第２の液体をエレメント表面に（及び空洞の中に）さらに固定化するために適用してよく、したがって特に第１の液体及び第２の液体を適用した後に適用してよい。

液体は、例えば噴霧若しくはコーティング、又は当技術で公知の他の方法によってエレメント表面に適用してよい。エレメント表面に液体の１つをコートしてもよく、液体の１つを噴霧してもよく、又は両方を噴霧してもよく、両方をコートしてもよい、等々である。したがって一実施形態においては、第１の液体及び第２の液体が、液体をエレメント表面に噴霧することによって、エレメント表面に適用される。これは当技術で公知の、例えばネブライザー等の手段によって行われる。

液体をエレメント表面の一部のみに適用するステップを含んでもよい、液体をエレメントの表面に適用するステップによって、液体はまた、空洞の１又は２以上に入り込むことになる。２つの液体を表面に適用することによって、混合物、特に混合させた液体が得られる。一般に、液体の一方を供給してその液体を乾燥し、次いで第２の液体を供給することは意図していない。エレメント表面に別々の液体を適用することによってエレメント表面及び空洞に混合させた液体を供給することを特に意図している（以下も参照されたい）。（したがって）またこの混合された液体が形成され、及び／又は空洞に浸透し得る。

本明細書において「空洞」という用語は特に「亀裂」に関係する。例えば、コンクリートの構造エレメントに加わる動的及び静的な応力によって引き起こされる亀裂の形成は、作用荷重（working load）及び永久荷重（permanent load）によるものである。コンクリートの空孔系における熱的及び化学的衝撃並びに霜の除氷による応力も重要である。恒久的な風化、水平な表面、表面の濃色化及び鋭い端部は、建築部材において熱歪み及び好ましくない応力を増大させることによって、亀裂形成及び／又は剥離のリスクを増大させる。亀裂は例えば０．１ｃｍ〜１ｍの長さ及び０．０１〜１０ｍｍの幅等の寸法を例として有するが、他の寸法もあり得る。しかし、空洞という用語は空孔にも関連し得る。空孔は一般に、０．１〜５ｍｍの範囲の長さ、幅及び深さといった寸法を有する。液体をエレメント表面に適用することによって、１又は２以上の空孔は少なくとも部分的に両方の液体によって自動的に満たされることになる。したがって、空洞の中でゲル形成が起こることになる。ゲルが形成することによって、エレメント表面にわたる、又はエレメント表面から遠ざかる液体の輸送が低減され、又は防止される。

特に、２つ（又は３以上）の液体の適用の間に、液体は全く遅れずに、又は比較的小さな遅れをもってエレメント表面に適用される。上で示唆したように、液体を例えば共に噴霧することによって液体は同時に適用される。しかし、２つ（又は３以上）の液体は特に、１回の操作で混合させた液体としては適用されない。適用する前に液体を（単一の組成物に）混合しない理由は、特にケイ酸塩が乳酸カルシウム又は硝酸カルシウム等のカルシウム源と反応し得るからである。したがって、液体、少なくとも第１の液体及び第２の液体は、エレメント表面に別々に適用される。

第１及び第２の（並びに任意選択でさらなる）液体は、コンクリートエレメントに適用される。当業者には明らかなように、液体は重なる範囲に適用され、したがってそのような範囲で液体は混合される。液体が適用される（重なる）範囲は適用ごとに変動するが、例えば少なくとも０．５ｍ^２、少なくとも１ｍ^２等、少なくとも４ｍ^２等、１，０００ｍ^２まで等であってよい。しかし、極めて広い範囲、１００ｍ^２又はそれ以上等、２０，０００ｍ^２まで等、又はさらに広い範囲も本発明の方法の対象になり得る。液体をコンクリートエレメント（の表面）に適用すると、液体は空洞の少なくとも一部に（も）浸透することになる。

共噴霧等の共適用の代わりに、液体をエレメント表面に相次いで適用してもよい。したがって、一実施形態においては、他の（第２又は第１の）液体がエレメント表面に適用された後０．５時間以内に（第１及び第２の）液体の一方がエレメント表面に適用される。特に、特にケイ酸（ナトリウム）塩を含む第１の液体が最初にエレメント表面に適用され、引き続いてカルシウム源を含む第２の液体がエレメント表面に適用される。ケイ酸塩を含む溶液を（コンクリートが古いか新しいかに関わらず）最初に適用することが有利であるが、逆の順序で適用してもよい。コンクリートが古い場合、空孔内の溶液（即ち、空孔内に存在し、一般に高いｐＨを有する水）のアルカリ性ｐＨをこれによって回復することができる。新しいコンクリートについては、同様のｐＨ（アルカリ性）を有する液体を適用することが有利と考えられ、そうでなければポートランダイト（Ｃａ（ＯＨ）_２）及び部分的ＣＳＨ（ケイ酸カルシウム水和物）等の水和物が洗い流され、コンクリートに損傷をもたらす可能性がある。したがって、特に第１の液体がエレメント表面に適用された後０．５時間以内に、第２の液体がエレメント表面に適用される。或いは、第２の液体がエレメント表面に適用された後０．５時間以内に、第１の液体がエレメント表面に適用される。特に１又は２以上の液体は水性液体である。例えば、特に液体の１又は２以上は溶液であってよい。したがって、実施形態においては第１の液体と第２の液体の両方は水を含む。

「共適用」という用語は、一実施形態においては特に同時適用を意味するが、単一の液体（又は単一の組成物）としてではないことに注目されたい。異なった液体を別々のアプリケーター（即ち、ゲルの形成を防止するため、第１及び第２の溶液について少なくとも異なった容器）によって適用してもよく、エレメント上及び／又は空洞内で混合させてもよい。したがって、本明細書においては液体が同時に適用されたときでさえ、特にコンクリートエレメントの表面でのみ混合され、コンクリートエレメントに適用される前には混合されない。したがって、２つ（又は３以上）の液体は特にコンクリートエレメントの表面で、（したがって）そのコンクリートエレメントの空洞内でも混合させてもよい。

上記のように、第１の組成物及び第２の組成物は、第１の液体及び第２の液体の１又は２以上をエレメント表面に適用した後に空洞内にゲルを形成させるように選択される。しかし、第１の組成物及び第２の組成物は、第１の液体及び第２の液体をエレメント表面に適用した後に細菌材料、カルシウム源、及び細菌のための栄養素を空洞内に供給するようにも選択される。しかし、３つ以上の液体を適用する場合には、これらの２又は３以上の液体の組成物は原則として、２又は３以上の液体をエレメント表面に適用した後に細菌材料、カルシウム源、及び細菌のための栄養素を空洞内に供給するように選択され得る。液体の少なくとも１つは（また）ケイ酸（ナトリウム）塩を含むので、本発明はまた、（実際上）第１の組成物及び第２の組成物が、第１の液体及び第２の液体をエレメント表面に適用した後にケイ酸（ナトリウム）塩、細菌材料、カルシウム源、及び細菌のための栄養素を空洞内に供給するようにも選択される実施形態に関する。

カルシウム源は、空洞内に新たな構造を構築するため、即ち亀裂を修復するために適用される。カルシウム源は、例えばリン酸塩及び／又は炭酸塩を形成するために用いられる。特に、カルシウム源は（ケイ酸ナトリウムの存在による）アルカリ性媒体中でリン酸塩及び炭酸塩の１又は２以上を形成するために用いられる。この新たな構造は細菌によって構築される。したがって、特に細菌は、アルカリ性媒体中でリン酸塩又は炭酸塩の沈殿を形成することができる細菌からなる群から選択される。ケイ酸（ナトリウム）塩の存在により、空洞内で−細菌によって−構築される構造は、ケイ酸塩を含んでもよい。（炭酸カルシウム及び／又はリン酸カルシウム等のカルシウム構造を構築することによって）亀裂を修復するために細菌を用いるので、本明細書において本方法は「バイオ系修復」として表わされる。カルシウム源は特に硝酸カルシウム等のカルシウム塩を含んでよい。

本明細書における方法は特に「コンクリートエレメントのバイオ系修復のための方法」と表わされる。しかし、本方法は予防的処置又は防止的処置としても用いることができる。したがって、本明細書における方法は、修復及び／又は予防的処置の目的等のための「コンクリートエレメントのバイオ系処置のための方法」と定義してもよい。

したがって、さらなる態様においては、本発明はまた、空洞を有するエレメント表面を有するコンクリートエレメントであって、空洞の１又は２以上がその上に炭酸カルシウム及びリン酸カルシウムの１又は２以上を含む構造が形成された空洞壁を有し、これらの構造がコンクリートエレメントのコンクリートよりも低い密度を有し、この構造が細菌材料をさらに含む、コンクリートエレメントを提供する。さらに、これらの構造はまた、ケイ酸ナトリウム（及び／又はアルギン酸ナトリウム及び／又はケイ酸カリウム及び／又はアルギン酸カリウム、しかし特に少なくともケイ酸ナトリウム）を含んでよい。そのようなコンクリートエレメントは（したがって）本明細書に記載した方法によって得ることができる。特に（コンクリートエレメントの）空洞内において利用可能な全てのカチオンの９５％超はナトリウム及びカルシウムから選択される。空洞は本明細書に記載した方法によって満たされるので、この組成はコンクリートエレメント（即ち、周囲の材料）の組成とは異なる可能性がある。さらに、特に（コンクリートエレメントの）空洞内のカルシウムに対するナトリウムの比は周囲の材料における比より大きい。

エレメントは例えば百貨店、オフィスビル、橋、駐車場の床面、陸橋、高架橋、道路、ダム、堤防、トンネル、水路（conduit）等の建築物又は土木工学構造物に含まれる。本発明の方法は驚くほどエレメント表面のシール性を改良し／透過性を低減するので、本発明の方法は屋外構造物のみならず地下（土木工学）構造物の保護にも特に興味深い。

空洞内の新たな（カルシウム）構造を得るため、１つ又は両方の液体に提供される材料は、建築材料（building material）、細菌、及び細菌のための栄養素を少なくとも含む必要がある。上記のように、建築材料はカルシウム源からのカルシウムを少なくとも含む。本明細書において建築材料、細菌、及び細菌のための栄養素の組み合わせは、「治癒剤」又は「バイオ系治癒剤」としても表わされる。コンクリートに組み込まれた場合、治癒剤は水で活性化されて材料中に形成された亀裂を自発的に修復する。治癒剤は細菌材料及び好ましくは（栄養素等の）添加物をも含む。

したがって、（第１及び第２の液体由来の）（空洞に供給される）混合物は、「治癒剤」又は「バイオ系治癒剤」として表わすこともできる。

細菌は特に乾燥（粉末）状態で供給され、特に凍結乾燥された栄養細胞（vegetative cells）又は乾燥された細菌胞子（bacterial spore）であってよい。したがって、細菌材料は細菌、凍結乾燥された細菌及び細菌の細菌胞子からなる群から選択される。液体中では、細菌材料は特に細菌及び細菌の細菌胞子からなる群から選択される。

「細菌材料」という用語は、細菌、凍結乾燥された細菌及び細菌の細菌胞子の２又は３以上の組み合わせ等の細菌材料の組み合わせをも意味する。「細菌材料」という用語は、或いは又はさらに、プラノコッカス（Planococcus）、バチルス（Bacillus）及びスポロサルシナ（Sporosarcina）の２又は３以上等、又は嫌気性細菌と好気性細菌の組み合わせ等の、異なった種類の細菌の組み合わせをも意味する。

したがって、一実施形態においては、細菌は、アルカリ性媒体中でリン酸塩又は炭酸塩の沈殿（炭酸カルシウム又はリン酸カルシウム系の鉱物、アパタイト等）を形成することができる細菌からなる群から選択される。一実施形態においては、細菌は、好気性細菌からなる群から選択される。好気性細菌を用いる利点は、好気性細菌の細菌材料を含む治癒剤が、硬化したセメント材料が好気性条件に曝される用途に用いられるためであろう。別の実施形態においては、細菌は、嫌気性細菌からなる群から選択される。嫌気性細菌を用いる利点は、嫌気性細菌の細菌材料を含む治癒剤が、硬化したセメント材料が地下での用途等の嫌気性条件に曝される用途に用いられるためであろう。好ましい細菌は、プラノコッカス、バチルス及びスポロサルシナ（等の属の通性好気性細菌）の群から選択され、特にバチルスである。特に嫌気的発酵及び／又は嫌気的硝酸塩還元によって増殖できる細菌が選択される。

したがって、要約すると細菌は好気性細菌からなる群から選択してよく、又は細菌は嫌気性細菌からなる群から選択され、組み合わせも用いることができる。さらに、細菌はプラノコッカス、バチルス及びスポロサルシナからなる属の群から選択してよい。また、細菌は脱窒細菌の群から選択してもよい。組み合わせも用いることができる。

さらに、細菌材料に加えて、治癒剤は栄養素及びカルシウム源を含んでもよい。治癒剤は、アルカリ性環境下で活性細菌によって代謝されて炭酸カルシウム又はリン酸カルシウム等のバイオミネラルに変換され得る１又は２以上の有機化合物及び／又はカルシウム含有化合物を含んでもよい。有機化合物及び／又はカルシウム含有化合物は、（アルカリ性環境下で）細菌によって代謝的に変換されて、リン酸イオン及び／又は炭酸イオン、並びにカルシウムイオンを産生し、これらは炭酸カルシウム系鉱物（カルサイト、アラゴナイト、バテライト等）及び／又はリン酸カルシウム系鉱物（例えばアパタイト）等の、実質的に水不溶性の沈殿を形成する。有機化合物及び／又はカルシウム含有化合物の例としては、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム等の有機カルシウム塩、硝酸カルシウム、炭水化物、脂肪酸、アミノ酸、乳酸塩、マレイン酸塩、ギ酸塩、糖、ピルビン酸塩及びフィチン酸塩等の有機リン酸塩含有化合物がある。本明細書においてはカルシウム系前駆体も「バイオミネラル前駆体」又は「カルシウムバイオミネラル前駆体」として表わされる。

さらなる実施形態においては、治癒剤は酵母抽出物、ペプトン、アスパラギン酸塩、グルタミン酸塩及び微量元素からなる群から選択されるもの等の細菌増殖因子を含む。好ましくは、細菌増殖因子は微量元素並びに酵母抽出物、ペプトン、アスパラギン酸塩、及びグルタミン酸塩からなる群から選択される１又は２以上を含む。微量元素は特にＺｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｂ、Ｐ及びＭｏを含む群から選択される１又は２以上の元素を含む。

特に、治癒剤は有機化合物からなる群から選択され、好ましくは酵母抽出物、ペプトン、炭水化物、脂肪酸、アミノ酸、乳酸塩、グルタミン酸塩、アスパラギン酸塩、グルタミン酸塩、マレイン酸塩、ギ酸塩、糖及びピルビン酸塩からなる群から選択される１又は２以上の化合物を含んでよい。

したがって、好ましい実施形態においては、治癒剤は（１）ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、硝酸カルシウム、炭水化物、脂肪酸、アミノ酸、乳酸塩、マレイン酸塩、ギ酸塩、糖、ピルビン酸塩及びフィチン酸塩からなる群から選択される１又は２以上の化合物並びに（２）好ましくは酵母抽出物、ペプトン、アスパラギン酸塩、グルタミン酸塩及び微量元素からなる群から選択される細菌増殖因子を含む。好ましくは、添加物はカルシウム化合物及び有機化合物（炭水化物、脂肪酸、アミノ酸、乳酸塩、マレイン酸塩、ギ酸塩、糖、及びピルビン酸塩等）、並びに微量元素及び酵母抽出物、ペプトン、アスパラギン酸塩、及びグルタミン酸塩の１又は２以上を含む。有機化合物の代わりに、又はこれに加えて、添加物はフィチン酸塩を含んでもよい。特に好ましい実施形態においては、添加物は（ａ）カルシウム化合物、（ｂ）有機化合物及びリン化合物（フィチン酸塩等）の１又は２以上、（ｃ）微量元素並びに（ｄ）酵母抽出物、ペプトン、アスパラギン酸塩、及びグルタミン酸塩の１又は２以上を含む。特に、治癒剤はギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、乳酸カルシウム、硝酸カルシウム、及びグルコン酸カルシウムを含む群から選択されるカルシウム化合物を含む。

したがって、特定の実施形態においては、栄養素は有機化合物、リン化合物、及び硝酸塩化合物からなる群から選択される１又は２以上の化合物を含む。特に、栄養素は硝酸塩化合物を含む。したがって、一実施形態においては、栄養素は硝酸塩化合物及び１又は２以上の他の化合物を含む。硝酸塩化合物は例えば硝酸カルシウムとして供給され得る（下記も参照されたい）。さらに、栄養素は硝酸塩の代わりに、又は硝酸塩に加えて、乳酸塩及びグルコン酸塩の１又は２以上を含む。特に、栄養素は酵母抽出物を含む。これは細菌が空洞内で構造物を産生するために必要である。

さらに、上記のように、治癒剤は特にアルギン酸（ナトリウム）塩及びケイ酸（ナトリウム）塩の１又は２以上、特に少なくともケイ酸（ナトリウム）塩をも含む。その代わりに又はそれに加えて、治癒剤はアルギン酸カリウム及びケイ酸カリウムの１又は２以上を含んでもよい。特に治癒剤はケイ酸塩として実質的にケイ酸ナトリウムのみを含む。したがって、治癒剤は第１の液体及び第２の液体を適用した後にコンクリートエレメントの上又は中に生成し得るもの等の、第１の液体と第２の液体の組み合わせとみなすことができる。

さらに、ある濃度及び比を維持した場合に最良の結果が得られるようである。驚くべきことに、ケイ酸塩（特にＳｉＯ_３ ^２−として定義される）とカルシウムのモル比が０．０５〜５の範囲、特に０．１〜１．０の範囲、０．２〜０．８の範囲等である場合に最良の結果が得られるようである。さらに、特に第１の液体はケイ酸ナトリウムを０．５〜２０ｗｔ％、特に１〜５ｗｔ％の量で含み、特に第１の液体は少なくとも１０、特に少なくとも１０．５、さらには少なくとも１１のｐＨを有する。本明細書に記載する比は、特に空洞中の（特にコンクリートエレメント上に適用した後、実質的に直接）混合物におけるこれらの構成成分の比である。したがって、使用者は、適用すべき液体の量をこの比が得られるように選択してよい。したがって、例えばコンクリートエレメントのバイオ系修復の方法をどのように適用するかについての処方又はユーザーマニュアルに基づく等の規定された方法で適用する場合には、空洞内で（その中の混合物において）そのような比を得ることができる。

一実施形態においては、第２の液体は硝酸カルシウムを含む。上記の硝酸カルシウム、例えばグルコン酸カルシウムを用いることの利点は、かなり高濃度のカルシウムを用いることができることである。これにより亀裂の修復が促進され得る。一実施形態においては、第２の液体は硝酸カルシウムを１０〜７５ｗｔ％、特に２５〜５５ｗｔ％の量で含む。したがって、特定の実施形態においては、第２の液体はカルシウム源として硝酸カルシウムのみを含む。

特定の実施形態においては、第１の液体は細菌胞子、グルコン酸ナトリウム及びケイ酸ナトリウムを含み、第２の液体は細菌胞子及び硝酸カルシウムを含む。

したがって第１及び第２の液体は化学組成が異なる。特に、液体の一方（第１の液体等）はケイ酸塩を含み、他方（第２の液体等）は含まず、他方の液体（第２の液体等）はカルシウムを含み、一方の液体（第１の液体等）はカルシウムを含まない。

さらなる態様においては、本発明はまた、第１の容器及び第２の容器を含む部品のキットであって、第１の容器がケイ酸塩、特に（可溶性）ケイ酸塩、特にケイ酸ナトリウムを含み、第２の容器がカルシウム源を含み、容器の１又は２以上が細菌材料及び細菌のための栄養素をさらに含む、部品のキットを提供する。そのような容器は液体又は乾燥材料を含んでよく、（後者は）液体を加えるとそれぞれ第１の液体及び第２の液体を提供する。したがって、一実施形態においては、容器の１又は２以上は水を含む。

上記のように、部品のキットは３個以上の容器を含んでもよい。しかし、特にケイ酸（ナトリウム）塩はカルシウム化合物と同じ容器には含まれない。「容器」という用語は、フラスコ、ボトル、バッグ、スズ製容器、缶、ドラム、等々に関連している。

特定の実施形態においては、ケイ酸塩とカルシウムのモル比は０．０５〜５の範囲、特に０．１〜１．０の範囲、０．２〜０．８の範囲等である。したがってこれは、例えばそれぞれの容器にわたってケイ酸（ナトリウム）化合物及びカルシウム化合物の量が、この比が得られるように選択されることを意味している。上記のように、特定の実施形態においては第１の液体はケイ酸ナトリウムを０．５〜２０ｗｔ％、特に１〜５ｗｔ％の量で含み、第１の液体は少なくとも１１のｐＨを有する。さらに特定の実施形態においては、第２の液体は硝酸カルシウムを含み、第２の液体は硝酸カルシウムを１０〜７５ｗｔ％、特に２５〜５５ｗｔ％の量で含む等である。さらに、実施形態においては第１の液体は細菌胞子、グルコン酸ナトリウム及びケイ酸塩、特にケイ酸ナトリウムを含み、第２の液体は細菌胞子及び硝酸カルシウムを含む。特定の実施形態においては、部品のキットは、コンクリートエレメントのバイオ系修復のための部品のキットをどのように適用するかの処方（ガイド又はユーザーマニュアル）をさらに含む。（また処方に規定されたようにコンクリートエレメントのバイオ系修復のために部品のキットを適用する場合、特に（これらの容器中のこれらの構成成分の）ケイ酸（ナトリウム）塩とカルシウムのモル比は０．０５〜５の範囲である。）

したがって、一実施形態においては、容器の１又は２以上は水を含み、特に両方の容器が水を含み、第１の容器が第１の液体を含み、第２の容器が第２の液体を含む。したがって、特定の実施形態においては、第１の液体はケイ酸ナトリウムを０．５〜２０ｗｔ％の量で含み、第１の液体は少なくとも１１のｐＨを有する。さらなる実施形態においては、第２の容器、特に（前記容器中の）第２の液体は、硝酸カルシウムを含む。さらなる実施形態においては、（前記容器中の）第２の液体は、硝酸カルシウムを１０〜７５ｗｔ％、特に２５〜５５ｗｔ％の量で含む。特に、一実施形態においては、第１の容器、特に（前記容器中の）第１の液体は、細菌胞子、グルコン酸ナトリウム及びケイ酸ナトリウムを含み、第２の容器、特に（前記容器中の）第２の液体は、細菌胞子及び硝酸カルシウムを含む。

本明細書において「実質的に（substantially）」という用語は当業者には理解されよう。「実質的に」という用語は、「全体に（entirely）」、「完全に（completely）」、「全て（all）」等を有する実施形態をも包含する。したがって、実施形態においては実質的にという形容詞は除かれ得る。適用可能な場合には、「実質的に」という用語は９０％以上、９５％以上等、特に９９％以上、さらには特に９９．５％以上にも関連し、１００％を含む。「含む（comprise）」という用語は、「含む（comprises）」という用語が「からなる（consists of）」を意味する実施形態をも包含する。「及び／又は（and/or）」という用語は特に、「及び／又は」の前及び後に述べた項目の１又は２以上に関連する。例えば、「項目１及び／又は項目２（item 1 and/or item 2）」及び同様の語句は、項目１及び項目２の１又は２以上に関連し得る。「含む（comprising）」という用語は、ある実施形態では「からなる（consisting of）」を意味するが、別の実施形態では「少なくとも定義した種を含み、１又は２以上の他の種を含んでもよい（containing at least the defined species and optionally one or more other species）」をも意味する。

さらに、明細書中及び特許請求の範囲中の第１、第２、第３等の用語は、同様の要素を区別するために用いられ、必ずしも連続的又は時系列的な順序を記述するためではない。そのように用いられる用語は適当な状況下では相互交換可能で、本明細書に記載した本発明の実施形態は、本明細書に記載し又は説明したもの以外の順序においても操作することができる。

本明細書のデバイスは、とりわけ操作中に説明される。当業者には明らかなように、本発明は操作の方法又は操作中のデバイスに限定されない。

上述の実施形態は本発明を限定するよりもむしろ説明すること、及び当業者は添付した特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替の実施形態を設計できることに注目されたい。特許請求の範囲において、括弧の間に挿入したいかなる参照記号も特許請求の範囲を限定していると解釈すべきではない。動詞「含む（to comprise）」及びその活用形の使用は、特許請求の範囲に記述したもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先立つ「１つの（（a）又は（an））」という冠詞は、その要素の複数の存在を排除するものではない。本発明は、いくつかの異なった要素を含むハードウェアを用いて、また適切にプログラムされたコンピューターを用いて実行され得る。いくつかの手段を列挙したデバイスの請求項においては、これらの手段のいくつかはハードウェアの同一の品目によって具体化され得る。相互に異なった従属請求項においてある手段が引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを都合良く用いることができないということを意味するものではない。

本発明はさらに、本明細書に記載し、及び／又は添付した図面に示した特徴の１又は２以上を含むデバイスに適用される。本発明はさらに、本明細書に記載し、及び／又は添付した図面に示した特徴の１又は２以上を含む方法又はプロセスに関する。

本特許において議論した種々の態様は、付加的な利点を提供するために組み合わせることができる。さらに、特徴のいくつかは１又は２以上の分割出願の基礎を形成することができる。

ここで例としてのみ、添付した図式的な図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。対応する参照記号は対応する部品を示す。
本発明のある態様を図式的に示す図である。図の縮尺は必ずしも正確ではない。 本発明の方法のいくつかの結果の環境制御型走査電子顕微鏡（ＥＳＥＭ，Environmental Scanning Electron Microscope）及びエネルギー分散Ｘ線分光分析（ＥＤＳ，Energy Dispersive X-ray Spectrometry）のグラフを示す図である。 （Ａ）細菌系溶液、及び（Ｂ）水道水（対照）で処理したコンクリート梁の研磨切片、並びに再負荷後に細菌系溶液で処理したコンクリート梁の研磨切片のＥＳＥＭ観察。 研磨切片（図２よりも亀裂の深い部位）のＥＳＥＭ観察。 亀裂の壁に沿って形成された鉱物の元素分析（ＥＤＳ）。 修復効率に対する硬化条件の影響。ＰＤは透過率の低下を示す。 組成物中に過剰のカルシウムがある場合とない場合での、修復システムのシール効率の比較。ＮＣは修復液中にＣａ^２＋がないことを意味し、Ｃは修復液中にＣａ^２＋があることを意味する。ＰＤは透過率の低下を示す。 バイオ系修復システムの亀裂シール効率に対するシーケンス順序の影響。ＰＤは透過率の低下を示す。 乳酸カルシウムと硝酸カルシウムによる修復の耐久性の比較。透過性は、透過率の低下（ＰＤ）を測定することによって試験する。左の２本の棒は第１の試験を、右の２本の棒は第２の試験を示す。Ｃａ−Ｌは修復液中に乳酸カルシウムが存在することを示し、Ｃａ−Ｎは修復液中に硝酸カルシウムが存在することを示す。 カルシウム源として酢酸カルシウム又は硝酸カルシウムを用いた修復システムにおいて産生した炭酸カルシウムの熱重量分析による定量。カルシウム源として酢酸カルシウム（Ｃａ−Ａ）又は硝酸カルシウム（Ｃａ−Ｎ）を用いてＣａＣＯ_３の産生（Ｐ−ＣａＣＯ_３）を測定した。

図１に、空洞２２０を有するエレメント表面２１０を有するコンクリートエレメント２００のバイオ系修復の方法の実施形態及び変形例を図式的に示す。方法は、第１の組成を有する第１の液体１１１及び第２の組成を有する第２の液体１１２をコンクリートエレメント２００のエレメント表面２１０に適用し、混合物を空洞に供給するステップを含む。上記のように、第１の組成物及び第２の組成物は、第１の液体１１１及び第２の液体１１２の１又は２以上をエレメント表面２１０に適用した後に空洞２２０の中にゲルを形成させるように選択される。また上記のように、第１の組成物及び第２の組成物は、第１の液体１１１及び第２の液体をエレメント表面２１０に適用した後に空洞２２０の中に細菌材料、カルシウム源、及び細菌の栄養素を供給するようにも選択され、第１の液体１１１は少なくともケイ酸ナトリウムを含み、第２の液体１１２は少なくともカルシウム源を含む。

この目的のため、第１の容器１１０及び第２の容器１２０を含む部品のキット１００が提供される。第１の容器１１０はケイ酸塩、特にケイ酸ナトリウムを含み、第２の容器１２０は硝酸カルシウム等のカルシウム源を含む。容器の１又は２以上は、細菌材料及び細菌の栄養素をさらに含む。もっと多くの容器を用いてもよい。例えば、そのようなさらなる容器は、細菌材料及び細菌の栄養素を含んでよい。図１は２つの変形例を図式的に示している。例えば、部品のキットは、例えば噴霧及び／又はコーティングによってエレメント表面２１０に直接適用できる液体を容器中に既に含んでいてもよい。代わりの変形例においては、容器は乾燥した材料、又は極めて粘稠な材料を含み、容器の内容物は水（Ｈ_２Ｏの矢印で示す）等の液体と合わされることになる。一実施形態においては、これを容器に加えてもよい。しかし、その代わりに容器の内容物を別の容器に入れ、そこに液体を加えてもよい。しかし、エレメント表面２１０に適用する前には、構成成分はカルシウム源とケイ酸塩とが同じ液体中に存在するようには混合されないことに注目されたい。少なくとも２つの液体、即ち第１の液体１１１及び第２の液体１１２、並びに任意選択でさらなる液体はエレメント表面２１０に適用され、１又は２以上の液体はケイ酸ナトリウムを含み、１又は２以上の他の液体はカルシウム源を含む。他の成分、即ち栄養素及び細菌材料は容器の１又は２以上において利用可能である。第１の液体を最初に空洞２２０に適用してその後に第２の液体を適用してもよく、逆の順序でもよく、又は同時でもよい。

実験１：亀裂を有するコンクリート梁（concrete beam）への細菌系溶液の注入
試験の目的：細菌系修復システムの亀裂修復効率の評価
説明：本実験では最適化された修復溶液を用いる。溶液Ｂ中のカルシウム源として乳酸カルシウムの代わりに硝酸カルシウムを用いる。

したがって、システムは以下からなる（下表も参照されたい）。
溶液Ａ−ケイ酸ナトリウム３４．９％−４８．５ｇ／Ｌ（アルカリ性緩衝液）、グルコン酸ナトリウム−１２５ｇ／Ｌ（細菌増殖のための炭素源）、酵母抽出物−１ｇ／Ｌ（細菌増殖のための「ビタミン」必須要素）、好アルカリ細菌−胞子数１．６×１０^８個／Ｌ。溶液Ｂ−硝酸カルシウム−５００ｇ／Ｌ（脱窒経路による細菌増殖のための硝酸塩源及びＣａＣＯ_３の沈殿のためのカルシウム）、酵母抽出物−１ｇ／Ｌ（細菌増殖のための「ビタミン」必須要素）、好アルカリ細菌−胞子数１．６×１０^８個／Ｌ。

以下のように、本実験には８個の多孔質ネットワークコンクリート梁を用いる。
−対照として４本の梁に水道水を１回注入する。２本は加湿チャンバー内（ＲＨ＝９５％）、２本は乾燥雰囲気（実験室、ＲＨ＝２５％）で硬化させる。
−４本の梁に最適化した細菌系溶液を一度に注入する。修復する間、２本は加湿チャンバー内、２本は乾燥雰囲気（実験室）で硬化させる。梁に初期負荷をかけて亀裂を誘起させる。梁を亀裂させた後及び注入の２８日後に透水性試験を行う。亀裂の修復を立体顕微鏡観察によって毎週モニターする。２８日後にそれぞれの系列から１個に再負荷して機械特性の回復を評価し、さらに研磨切片を調製する。さらなる硬化のために他の１個を保存し、１００日後に最後の透過性試験を行う。

修復の２８日後の梁の特性（シール性、初期剛性及び極限強度（ultimate strength））の回復を測定した。回復率％は式１によって計算する。

式中、
Ｘｆ＝２８日後の値（透過率、剛性又は強度）
Ｘｉ＝修復前の初期値（透過率、剛性又は強度）

その結果、対照は透過率の限定的な減少のみを示すのに対し、細菌系システムによる処理の後では亀裂が完全にシールされることが示された。初期剛性の回復は本発明の細菌系溶液で処理した試料の方が良いことも観察され、修復材料が初期のモルタルマトリックスと良好に結合していることが示唆された。用いた梁は鉄棒で補強されているので、極限強度の結果からはあまり明確な結論は導かれない。したがって、この場合にはコンクリート自体ではなく、鉄棒の負荷能力の方を試験している。カルシウム源としてＣａＮＯ_３を用いた場合の修復効率の評価を、回復効率を示す値とともに下表に示す。

梁に再負荷した後の研磨切片の観察を図２に示す。亀裂の壁に沿ってカルシウム系鉱物、最も可能性があるものとして炭酸カルシウムが観察される。梁に再負荷したことによって亀裂が再び開いたことを強調すべきである。しかし、この観察を透水性試験の結果と組み合わせると、新たに形成された鉱物がまさに亀裂を架橋したことが示唆される。さらに、対照試料のＥＳＥＭ観察により、亀裂が空隙のままであることが示される（図３ａ−図３ｂを参照）。

図３ｃは、亀裂の深い部分における研磨切片のＥＳＥＭ観察を示す。モルタルマトリックスの上部に（亀裂の壁に沿って）Ｃａ系鉱物が形成されていることが明らかに見られる。この鉱物の元素分析を図４に示す。主としてカルシウム及びケイ素からなる比較的低密度の材料の存在にも注目した。これは、溶液Ａと溶液Ｂの混合に際して形成され、亀裂の修復にも関与するゲルに帰属することができる。

さらに、図５は修復効率に対する硬化条件の影響を示す。この結果より、細菌系溶液では硬化条件は修復に影響しないように思われる。一方、試料を高い相対湿度に曝した場合には、対照の透過率の低下は顕著に改善される。これはコンクリートの炭酸化速度が高いことによる。参照記号ｉ−iiは対照を意味し、参照記号iii−ivは細菌を用いた試験を意味する。参照記号ｉ及びiiiは２５相対湿度（ＲＨ−２５％）を意味し、参照記号ii及びivは相対湿度９５％（ＲＨ−９５％）を意味する。しかし、湿潤条件（９５％ＲＨ）で硬化した対照梁の再負荷後の研磨切片の観察は空の亀裂を示している。したがって透過率の低下は、多孔質のコアとコンクリートマトリックスとの界面における炭酸化速度が大きく、それがその場所における亀裂幅をいくぶん減少させることに帰属されよう。一方、細菌系溶液で処理し、同一環境（９５％ＲＨ）で硬化させた試料のＥＳＥＭ写真は、亀裂の壁に沿った顕著な鉱物産生を示している。

結論：２８日後も亀裂のリークが観察されないので、細菌系修復システムによる処理によって特に亀裂のシール性に関する材料特性が顕著に改善されたと結論できる。さらに、亀裂の断面のＥＳＥＭ観察によって、亀裂のシールがまさに亀裂内で形成されたＣａ系鉱物によるものであるという証拠が発見された。細菌系溶液で処理した試料について、亀裂の壁に沿って新たに形成された鉱物が観察される一方、対照試料においては炭酸化により、コンクリートマトリックスの内部における炭酸カルシウムの形成がもたらされる。

実験２：ＣａＣＯ_３産生能力の評価及び最適ケイ酸塩／カルシウム比の決定
試験の目的：ＣａＣＯ_３産生の動力学的及び定量研究と組み合わせた最適ケイ酸塩／カルシウムモル比の微調整
説明：種々のケイ酸塩／Ｃａモル比（０．２＜ＮａＳ／Ｃａ＜０．５）の溶液を調製する（ＮａＳはケイ酸ナトリウムである）。

細菌活性を追跡するため、溶液のｐＨ及び酸素濃度を、最初は毎日、次いで毎週モニターする。並行して溶液を毎週サンプリングし、バイオミネラルの形成を検出するため光学顕微鏡で観察する。

１、２、４、６、及び８週後に、焼結ガラスフィルター（孔径１０〜１６μｍ）で濾過して沈殿及びゲルを分離し、脱塩水で洗浄し、３５℃で乾燥し、粉砕し、秤量し、同定及び定量のためそれぞれＦＴＩＲ及びＤＳＣ／ＴＧでさらに解析する。

ＣａＣＯ_３の形成が顕著な場合には、可能であれば細菌の痕跡を観察するために、沈殿をＥＳＥＭで解析する。

結果：時間及びケイ酸塩／カルシウムモル比の関数としてのそれぞれ溶液の酸素濃度及びｐＨの変化から、ケイ酸塩／カルシウム比が増加するとともに溶液の酸素濃度がより速く減少することが観察され、この比が高いと細菌の活性が高くなることが示唆される。これはまた、ケイ酸塩／カルシウムモル比が高いとｐＨ値が高いことと相関させることができる。さらに、同じ比ではｐＨは７日間にわたって一定であり、これはシステムがケイ酸塩の存在によってよく緩衝されていることを意味する。

光学顕微鏡観察により、ケイ酸塩／カルシウムモル比とともに鉱物の形成が増加することが示される。この結果を酸素の測定と組み合わせると、鉱物が細菌の活性によって形成されることが示唆される。

赤外の結果を熱分析と組み合わせると、非晶質炭酸カルシウムが存在し、これが徐々に結晶化して２週間後にカルサイトになる傾向があることが示される。さらに、カルシウム−ケイ酸塩水和物の構造は１週間に比べると２週間では規則性が低く、ＣａＣＯ_３の沈殿にはカルシウムイオンがより接近しやすいことを意味している。

結論：この結果から、ケイ酸塩／カルシウム比が鉱物形成の動力学、及びおそらくその産生能力にも大きな影響を有することが示され、バイオミネラルの形成に最適な比が存在することが示唆された。

実験３：（供給物中の）過剰のカルシウムがコンクリートのカルシウム単独より良く作用する実験的証拠
修復システムの組成物における供給物にカルシウムを導入する目的は２つある。
−第１に、溶液Ａ（即ち、ケイ酸ナトリウムを含む溶液）中のケイ酸塩化合物との化学反応により、コンクリート系材料の亀裂又は空孔の中でゲルが形成されることを確実にする。このゲルにより、亀裂の迅速な（数時間以内の）シール及び細菌が炭酸カルシウムを沈殿させる最適環境が可能になる。これはこのシステムの関連する特徴であり、重要である。それは、細菌によって誘起された沈殿単独ではプロセスがかなり遅い（数週間）からである。ゲルが弱すぎるようになる時までには、実質的な量の炭酸カルシウムが細菌によって沈殿しており、亀裂をシールし、又は材料の空孔を充填する。
−第２に、実質的な量の炭酸カルシウム（シール／充填鉱物）が形成されるために、十分なカルシウムが利用可能で、コンクリート系材料の全体の亀裂の体積又は空孔の中に分配されることを確実にする。

ゲルが形成されるために過剰のカルシウムが必要なことに加えて、コンクリート単独のカルシウムでは良好な修復には不充分であることを示すために、過剰のカルシウムがある場合とない場合との修復システムの亀裂シール効率を比較した。亀裂シール効率は、修復システムの適用の前と２８日後との透水性の差に反映される。

この結果から、修復システムの組成物にカルシウムを添加しない場合（ＮＣ）には、亀裂は部分的にのみシールされ、透水性の低下は６８％である（図６）ことが示された。一方、修復システムに過剰のカルシウムを添加した場合（Ｃ）には、亀裂は完全にシールされ、透水性は１００％低下し、亀裂はもはやリークしないこと、及び実質的な量の充填材料が産生されたことを意味している。

実験４：エレメントの含浸
修復システムは２つの溶液からなっている。
−溶液Ａ、アルカリ性ｐＨ（１０を超える）を有するケイ酸塩系溶液
−溶液Ｂ、ｐＨ４〜６のカルシウム系溶液

最初に溶液Ｂをアルカリ性（ｐＨが９を超える）のコンクリート系材料に適用すれば、セメントペーストの水和物が急速に溶解するので、最初に材料が急速に劣化することになる。まさに、溶液Ｂとコンクリート系材料とのｐＨの差は、溶液Ａの代わりに溶液Ｂを最初に適用することが酸による攻撃と同様であるようなものである。

この理由により、コンクリート系材料と同様のｐＨを有する溶液Ａが特に最初に適用される。次いで直後に溶液Ｂを適用すると、これは直ちに溶液Ａと反応してゲルを形成する。ケイ酸塩系化合物は緩衝剤としても作用するので、溶液Ｂとの反応後のｐＨはアルカリ性のままである。したがって、この順序で適用した修復システムはコンクリート系材料に有害ではない。一方、逆の順序では有害になるであろう。

順序の影響も試験した。図７に、溶液Ａ（アルカリ性ｐＨ（１０を超える）を有するケイ酸塩系溶液）又は溶液Ｂ（ｐＨ４〜６のカルシウム系溶液）を最初に適用した際の修復システムの亀裂シール効率を比較する。修復システムを適用する前に初期透水性を測定する。亀裂を有するコンクリート試料に修復システムを適用した２週間後にもう１つの試験を行う。透過性試験１の後の透過性の低下は、以下のように計算される。

式中、Ｐ_０は初期透過性値（修復システム適用前）であり、Ｐ_１は透過性試験１の透過性値（修復システム適用後）である。

この結果から、透水性は修復システム適用の僅か２週間後に少なくとも７７％低下したことが示される。溶液Ａを最初に適用した場合又は溶液Ａの前に溶液Ｂを適用した場合にも同様の亀裂シール効率が観察される。

実験５：他のカルシウム源に対する硝酸カルシウムの優位性？
他のカルシウム源に対する硝酸カルシウムの優位性は２つある。
−第１に、硝酸カルシウムは溶解性が高い塩である。したがって、例えばそれぞれ水への溶解度が３．５分の１及び１５分の１と低い酢酸カルシウム及び乳酸カルシウムと比較して、硝酸カルシウムを用いる場合にはずっと多いカルシウムを修復システムに添加することができる。
−第２に、硝酸塩は、例えば亀裂の中の深い部分で酸素が限られている場合に、（脱窒）細菌によって炭酸カルシウムの沈殿を媒介するために用いることもできる。

乳酸カルシウム又は酢酸カルシウム等の他のカルシウム源に対する硝酸カルシウムの優位性は、透水性試験（図８）及び修復溶液中で産生された炭酸カルシウムの定量（図９）によっても実験的にも示された。それぞれの場合に、カルシウム源として硝酸カルシウムを用いると、修復システムのより良い性能が得られる。

図８に、乳酸カルシウム又は硝酸カルシウムを用いた修復システムの亀裂シール効率を比較する。亀裂を有するコンクリート試料に修復システムを適用した後に透水性試験１（左）を行う。修復の耐久性を評価するため、少なくとも透過性試験１の２週間後に同じ試料についてもう１つの透水性試験（試験２）（右）を行う。透過性値の１００％の低下が、亀裂から水が滴下せず、したがって亀裂が完全にシールされていることを意味するので、亀裂シール効率は透過性の低下に反映される。透過性の低下が１００％未満であれば、水はまだ亀裂から滴下できるので、亀裂は部分的にのみシールされている。

透過性試験１の後の透過性の低下は、以下のように計算される。

式中、Ｐ_０は初期透過性値（修復システム適用前）であり、Ｐ_１は透過性試験１の透過性値（修復システム適用後）である。

透過性試験２の後の透過性の低下は、以下のように計算される。

式中、Ｐ_０は初期透過性値（修復システム適用前）であり、Ｐ_２は透過性試験２の透過性値（少なくとも透過性試験１の２週間後）である。

この結果から、修復用組成物のカルシウム源として乳酸カルシウムを用いた場合には、透過性試験１の後では亀裂は完全にシールされるように見えるが、透過性試験２の後では再びリークしていることが示される。透過性試験１における亀裂の完全なシールは、おそらくゲルの形成によるものであり、一方透過性試験２の後ではゲルは弱くなり、細菌による炭酸カルシウムの沈殿は亀裂を完全にシールするためには不充分であった。

一方、硝酸カルシウムの場合にはより多くのカルシウムがシステムに供給され、それにより、より多くの炭酸カルシウムが形成される。このことは、試験１及び試験２における１００％の透過性低下に反映されている。

硝酸カルシウム又は酢酸カルシウムを用いた場合に修復システムにおいて産生され得る炭酸カルシウムの量を、熱重量分析によって定量した。その結果（図９）から、硝酸カルシウムによって６０ｍｇの炭酸カルシウムが産生されたが、酢酸カルシウムの場合には産生量はその４分の１（１４ｍｇ）であることが示される。他の実験から、硝酸カルシウムの使用は乳酸カルシウムより良いことが分かる。この実験から、硝酸カルシウムの使用は酢酸カルシウムの使用より良いことが分かる。したがって、特に少なくとも硝酸カルシウムが修復溶液に利用可能である。

Claims (27)

1. 空洞を有するエレメント表面を有するコンクリートエレメントのバイオ系修復のための方法であって、第１の組成を有する第１の液体と第２の組成を有する第２の液体を前記コンクリートエレメントの前記エレメント表面に適用して、混合物を前記空洞内に供給するステップを含み、前記第１の組成及び前記第２の組成が、前記第１の液体及び前記第２の液体の１又は２以上を前記エレメント表面に適用した後に前記空洞内にゲルを形成させるように選択され、前記第１の組成及び前記第２の組成がまた、前記第１の液体及び前記第２の液体を前記エレメント表面に適用した後に細菌材料、カルシウム源、及び細菌のための栄養素を前記空洞内に供給するように選択され、前記第１の液体が少なくともケイ酸ナトリウムを０．５〜２０ｗｔ％の量で含み、前記第２の液体が少なくとも前記カルシウム源を含み、前記栄養素が（ｉ）硝酸塩化合物、（ii）酵母抽出物、並びに（iii）乳酸塩及びグルコン酸塩の１又は２以上を含み、前記第１の液体と前記第２の液体の両方が水を含む、前記方法。
2. ケイ酸塩とカルシウムのモル比が０．０５〜５の範囲である、請求項１に記載の方法。
3. 第１の液体がケイ酸ナトリウムを０．５〜２０ｗｔ％の量で含み、前記第１の液体が少なくとも１１のｐＨを有し、第２の液体が硝酸カルシウムを１０〜７５ｗｔ％、特に２５〜５５ｗｔ％の量で含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 第２の液体が硝酸カルシウムを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. ケイ酸ナトリウムを含む第１の液体が最初にエレメント表面に適用され、引き続いてカルシウム源を含む第２の液体が前記エレメント表面に適用される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 細菌材料が細菌、凍結乾燥された細菌及び細菌の細菌胞子からなる群から選択される、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 細菌が、好気性細菌からなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
8. 細菌が、嫌気性細菌からなる群から選択される、請求項６又は７に記載の方法。
9. 細菌が、アルカリ性媒体中でリン酸塩又は炭酸塩の沈殿を形成することができる細菌からなる群から選択される、請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
10. 細菌が、プラノコッカス、バチルス及びスポロサルシナからなる属の群から選択される、請求項６〜９のいずれかに記載の方法。
11. 細菌が、脱窒細菌の群から選択される、請求項６〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 第１の液体がエレメント表面に適用された後０．５時間以内に、第２の液体が前記エレメント表面に適用される、又は前記第２の液体が前記エレメント表面に適用された後０．５時間以内に、前記第１の液体が前記エレメント表面に適用される、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 第１の液体及び第２の液体が、前記液体をエレメント表面に噴霧することによって、前記エレメント表面に適用される、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 第１の液体が細菌胞子、グルコン酸ナトリウム及びケイ酸ナトリウムを含み、第２の液体が細菌胞子及び硝酸カルシウムを含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. エレメントが建築物又は土木工学構造物に含まれる、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 第１の容器及び第２の容器を含む部品のキットであって、前記第１の容器がケイ酸ナトリウムを含み、前記第２の容器がカルシウム源を含み、前記容器の１又は２以上が細菌材料及び細菌のための栄養素をさらに含む、前記部品のキット。
17. コンクリートエレメントのバイオ系修復のための部品のキットをどのように適用するかの処方をさらに含み、前記処方に規定されたように前記コンクリートエレメントのバイオ系修復のために前記部品のキットを適用する場合、ケイ酸塩とカルシウムのモル比が０．０５〜５の範囲である、請求項１６に記載の部品のキット。
18. 容器の１又は２以上が水を含み、特に両方の容器が水を含み、第１の容器が第１の液体を含み、第２の容器が第２の液体を含む、請求項１６又は１７に記載の部品のキット。
19. 第１の液体がケイ酸ナトリウムを０．５〜２０ｗｔ％の量で含み、前記第１の液体が少なくとも１１のｐＨを有する、請求項１８に記載の部品のキット。
20. 第２の液体が硝酸カルシウムを含む、請求項１８又は１９に記載の部品のキット。
21. 第２の液体が硝酸カルシウムを１０〜７５ｗｔ％、特に２５〜５５ｗｔ％の量で含む、請求項１８〜２０のいずれかに記載の部品のキット。
22. 第１の液体が細菌胞子、グルコン酸ナトリウム及びケイ酸ナトリウムを含み、第２の液体が細菌胞子及び硝酸カルシウムを含む、請求項１８〜２１のいずれかに記載の部品のキット。
23. 空洞を有するエレメント表面を有するコンクリートエレメントであって、前記空洞の１又は２以上がその上に炭酸カルシウム及びリン酸カルシウムの１又は２以上を含む構造が形成された空洞壁を有し、これらの構造が前記コンクリートエレメントのコンクリートよりも低い密度を有し、前記構造が細菌材料をさらに含む、前記コンクリートエレメント。
24. 請求項１〜１５のいずれかに記載の方法によって得られる、請求項２３に記載のコンクリートエレメント。
25. エレメントが建築物又は土木工学構造物に含まれる、請求項２３又は２４に記載のコンクリートエレメント。
26. 空洞内において利用可能な全てのカチオンの９５％超がナトリウム及びカルシウムから選択される、請求項２３〜２５のいずれかに記載のコンクリートエレメント。
27. 空洞内のカルシウムに対するナトリウムの比が周囲の材料における比より大きい、請求項２３〜２６のいずれかに記載のコンクリートエレメント。