ES2869173T3 - Método para fabricar ladrillo mediante el uso de bacterias productoras de enzimas - Google Patents

Abstract

Un método para producir ladrillo, que comprende: rellenar al menos parcialmente un encofrado con porciones sueltas de arena, en donde se forman espacios entre al menos algunas de las porciones; preparar una primera solución que incluye ureasa formada por una bacteria productora de enzimas, y en donde la primera solución incluye una cantidad de la bacteria productora de enzimas; añadir una cantidad de la primera solución a la arena suelta; añadir una cantidad de urea y una cantidad de iones de calcio a la arena suelta, en donde se usa cloruro de calcio como fuente de iones de calcio; la primera solución, la urea y los iones de calcio se añaden a la arena suelta simultáneamente o en diferentes momentos o en un orden diferente; los iones de calcio contribuyen a la formación de carbonato de calcio; el carbonato de calcio llena al menos algunos de los espacios entre las porciones sueltas de arena, se adhiere a la arena y forma de esta manera un ladrillo macizo; y retirar el ladrillo macizo del encofrado.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para fabricar ladrillo mediante el uso de bacterias productoras de enzimas

Campo técnico

El campo técnico se refiere a métodos para producir material de construcción mediante el uso de bacterias productoras de enzimas.

Antecedentes de la técnica

Los entornos de construcción se realizan principalmente con una paleta limitada de materiales tradicionales: arcilla, hormigón, vidrio, acero y madera. Estos materiales tradicionales contienen una alta energía incorporada, con componentes de hormigón y acero extraídos de recursos no renovables. Aunque la madera se puede cultivar y recolectar de manera renovable, la recolección, el procesamiento y el transporte contribuyen en gran medida a la producción de dióxido de carbono y dependen de grandes cantidades de recursos energéticos y combustibles. Aproximadamente, el cuarenta por ciento del dióxido de carbono global está vinculado a la industria de la construcción, principalmente debido a la producción y eliminación de materiales. Los materiales cultivados biológicamente pueden estar libres de contaminación y contienen poca energía incorporada, si se producen como parte de un ecosistema local.

De uso común a lo largo de la historia, la construcción con mampostería continúa siendo una gran parte del entorno construido, usada tanto para estructuras de carga como para enchapes. Según Chaisson, a nivel mundial, la fabricación tradicional de ladrillos de arcilla produce más de 1,23 billones de unidades por año, con una fuerte dependencia de los recursos naturales no renovables. El ladrillo de arcilla fabricado en hornos de carbón emite aproximadamente 1,3 libras de dióxido de carbono por unidad. De acuerdo con Burke, en total, la fabricación de ladrillos emite más de 800 millones de toneladas de CO² artificial cada año y, sin embargo, representa solo uno de los materiales que se usan actualmente en la construcción de edificios.

Los ladrillos de arcilla cocida se pueden fabricar entre 3-20 días, en dependencia de los equipos y los procesos usados. Esta gama incluye desde las modernas fábricas automatizadas capaces de procesar ladrillos sin trabajo manual, hasta el método de apilar ladrillos alrededor del fuego usado en muchas naciones en desarrollo.

Como alternativa a la mampostería de arcilla cocida que soporta cargas. Las Unidades de Mampostería de Concreto [CMU] se usan ampliamente ya que son más económicas, más rápidas de fabricar y pueden servir como tipología estructural para la construcción global. Estas unidades, compuestas de hormigón, están fabricadas con cemento Portland, muchos áridos y relleno de arena. De acuerdo con Hanley, de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, las emisiones globales de dióxido de carbono (CO²) debido a la producción de cemento fueron de aproximadamente 829 millones de toneladas métricas de CO² en el año 2000.

De acuerdo con DeJong, el cemento natural se crea mediante deposición química y procesos químicos asociados a la erosión por el clima, y se puede encontrar en varios lugares de la corteza terrestre. La formación de areniscas naturales se atribuye principalmente a la precipitación del cemento de calcita.

Sporosarcina Pasteurii, una bacteria productora de ureasa no patógena del suelo común, tiene la capacidad de inducir la producción de calcita a través de una reacción química, fusionando el agregado suelto. En un proceso denominado por Stocks-Fischer como precipitación de calcita inducida por microbios [MICP], se forma un material endurecido. Entre las aplicaciones se incluyen la estabilización ambiental de suelos contaminados y la encapsulación de contaminantes peligrosos en suelos naturales y en relaves ácidos de minas. Ramachandran y Jonkers han propuesto el uso de microbios para remediar grietas en estructuras de hormigón y para la reparación de grietas en monumentos. De acuerdo con DeJong y Whiffin, investigadores de ingeniería civil en los Estados Unidos, Australia y los Países Bajos han propuesto el uso de MICP para la estabilización del suelo y el control de la erosión.

Stocks-Fischer y otros (1999) Soil Biology and Biochemistry vol. 31 págs. 1563 - 1571 describe un estudio científico sobre el proceso de taponamiento mineral microbiano en medios porosos en la naturaleza. Se hicieron fluir columnas de arena estéril con una solución de Bacilo pasteurii incluyendo urea y cloruro de calcio para imitar las condiciones de la naturaleza. Las muestras de la columna se secaron al aire y se analizaron mediante difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido. Se encontró que el B. pasteurii proporciona sitios de nucleación para la formación de calcita. Se sugiere una encapsulación de B. pasteurii en una matriz de poliuretano y usado para inducir la precipitación de la calcita en las grietas del hormigón.

Ramachandran y otros (2001) ACI Materials Journal/enero-febrero de 2001 páginas 3 - 9 trata sobre la remediación del hormigón mediante el uso de microorganismos. La precipitación de calcita inducida por Bacillus pasteurii se estudió en dos tipos de especímenes de argamasa de cemento Portland: una preparada a partir de la mezcla con bacterias y la otra con grietas simuladas rellenadas con mezclas microbianas. Se encontró que los iones de cloruro impactan negativamente en la resistencia de compresión de los especímenes.

Whiffin y otros (2007) Geomicrobiology Journal vol 24 páginas 417 - 423 trata sobre el trabajo de mejora del suelo a gran escala e informa sobre las pruebas en columnas de arena de cinco metros tratadas con bacterias y reactivos en condiciones realistas para aplicaciones de campo de aumento de la resistencia del suelo pero sin perder porosidad. Si bien la capacidad de carga de las columnas aumentó debido a la actividad bacteriana que precipitó el carbonato de calcio, esta precipitación fue heterogénea.

La patente CN 101270369 A (Universidad de Tsinghua) describe un cemento microbiogénico y un método para fabricarlo. Se usa una solución de Bacillus pasteurii para producir ureasa y esta se mezcla con urea y sal mineral de calcio. Se puede añadir arena para hacer que el concreto se use para proteger o restaurar mampostería o estabilizar suelos arenosos.

La patente WO 2007/070706 A2 (Terrafusion Inc. y otros) describe una mezcla compactada que incluye suelo y una composición de enzima expresada por microorganismos de biomasa de plantas de cultivo. La mezcla compactada puede usarse en un método de estabilización del suelo que incluye (i) mezclar suelo, agua y una composición de enzima expresada por microorganismos de biomasa de plantas de cultivo para formar una mezcla; (ii) hacer que la mezcla adopte la forma de una estructura seleccionada; y (iii) hacer que la estructura se compacte.

La patente WO 2006/066326 A1 (Univ. Murdoch y otros) describe un método para formar un cemento de alta resistencia en un material de partida permeable, y comprende la etapa de combinar el material de partida con cantidades eficaces de (i) un microorganismo productor de ureasa; (ii) urea; y (iii) iones de calcio y en donde la cantidad eficaz del organismo productor de ureasa proporciona una tasa de hidrólisis de urea, en condiciones estándar, de 0,5 - 50 mM de urea hidrolizada min'1.

La patente EP 2 082 999 A1 (Univ. Delft Tech) se refiere a un agente curativo en materiales y estructuras a base de cemento, en donde dicho agente curativo comprende compuestos orgánicos y/o partículas porosas cargadas de bacterias, cuyas partículas porosas contienen arcilla expandida o cenizas sinterizadas. Las partículas porosas son esferas intactas, partículas rotas o trituradas derivadas de dichas esferas intactas, que tienen una densidad específica entre 0,4 y 2 g cm'3.

La patente US 2010/086367 (DARSON-BAULLEUR y otros) describe un método para mejorar la resistencia de un material poroso o permeable que comprende: poner en contacto al menos un tipo de bacteria de calcificación con un material poroso o permeable; poner en contacto la bacteria de calcificación con un medio de calcificación; el método comprende además poner en contacto la bacteria de calcificación con un agente de adhesión y la asimilación del agente de adhesión por la bacteria de calcificación. El método puede usarse para reforzar suelos, en particular suelos licuables, para la estabilización de pendientes, para la calcificación de sustratos orgánicos o no orgánicos, y para la restauración o protección de una fachada.

Descripción de la invención

En consecuencia, la presente invención proporciona un método para producir ladrillo como se establece en las reivindicaciones adjuntas.

Con más detalle, la presente invención proporciona un método para producir ladrillo que comprende:

rellenar al menos parcialmente un encofrado con porciones sueltas de arena, en donde se forman espacios entre al menos algunas de las porciones;

preparar una primera solución que incluye ureasa formada por una bacteria productora de enzimas, y en donde la primera solución incluye una cantidad de la bacteria productora de enzimas;

añadir una cantidad de la primera solución a la arena suelta;

añadir una cantidad de urea y una cantidad de iones de calcio a la arena suelta, en donde se usa cloruro de calcio como fuente de iones de calcio; la primera solución, la urea y los iones de calcio se añaden a la arena suelta simultáneamente o en diferentes momentos o en un orden diferente; los iones de calcio contribuyen a la formación de carbonato de calcio; el carbonato de calcio llena al menos algunos de los espacios entre las porciones sueltas de arena, se adhiere a la arena y forma de esta manera un ladrillo macizo; y

retirar el ladrillo macizo del encofrado.

Preferentemente, las bacterias productoras de enzimas son Sporosarcina Pasteurii, Sporosarcina Ureae, Proteus Vulgaris, Bacillus Sphaericus, Myxococcus Xanthus, Proteus Mirabilis, Helicobacter Pylori o una combinación de las mismas. Con la máxima preferencia, la bacteria productora de enzimas es Sporosarcina Pasteurii. Preferentemente, se gira el encofrado y se añaden cantidades adicionales de la primera solución, la urea y los iones de calcio a la arena suelta antes de retirar el material sólido del encofrado.

También se describe un método para producir material de construcción. Se prepara una primera solución que incluye ureasa, formada por una bacteria productora de enzimas. Se aplica una primera capa de porciones sueltas de agregado a un sustrato en donde se forman espacios entre al menos algunas de las porciones dentro de la primera capa. Se aplica una primera cantidad de la primera solución a la primera capa. Se aplica una cantidad de urea y una cantidad de iones de calcio a la primera capa. La primera solución, la urea y los iones de calcio se aplican a la primera capa simultáneamente o en diferentes momentos o en un orden diferente. Se aplica una segunda capa de porciones sueltas de agregado a la primera capa de modo que se formen espacios entre al menos algunas de las porciones de la segunda capa y entre al menos algunas de las porciones en el límite entre la primera y la segunda capa. Se añade una segunda cantidad de la primera solución a la segunda capa. Se añaden una segunda cantidad de urea y una segunda cantidad de iones de calcio a la segunda capa. La segunda cantidad de la primera solución y la segunda cantidad de urea y la segunda cantidad de iones de calcio se aplican a la segunda capa simultáneamente o en diferentes momentos o en un orden diferente. Los iones de calcio contribuyen a la formación de carbonato de calcio. El carbonato de calcio llena al menos algunos de los espacios entre las porciones sueltas de agregado, se adhiere al agregado y forma de esta manera un material sólido.

Se describe además un método para producir material de construcción mediante el uso de una máquina de deposición controlada numéricamente por computadora (CNC) que tiene al menos un primer, segundo y tercer contenedor. Se prepara una primera solución que incluye ureasa formada por bacterias productoras de enzimas. Se prepara una segunda solución que incluye iones de calcio. Preferentemente, la segunda solución también incluye urea. El primer contenedor es rellenado al menos parcialmente con la primera solución. El segundo contenedor es rellenado al menos parcialmente con la segunda solución. El tercer contenedor es rellenado al menos parcialmente con una cantidad de porciones sueltas de agregado. Se aplica una primera capa de porciones sueltas de agregado del tercer contenedor a un sustrato. Se aplica una primera cantidad de la primera solución del primer contenedor a la primera capa. Se aplica una primera cantidad de la segunda solución del segundo contenedor a la primera capa. Se aplica una primera cantidad de urea a la primera capa. La primera cantidad de la primera solución, la primera cantidad de la segunda solución y la primera cantidad de urea se aplican a la primera capa simultáneamente o en diferentes momentos o en un orden diferente. Se aplica una segunda capa de porciones sueltas de agregado del tercer contenedor a la primera capa. Se aplica una segunda cantidad de la primera solución del primer contenedor a la segunda capa. Se aplica una segunda cantidad de la segunda solución del segundo contenedor a la segunda capa. Se aplica una segunda cantidad de urea a la segunda capa. La segunda cantidad de la primera solución, la segunda cantidad de la segunda solución y la segunda cantidad de urea se aplican a la segunda capa simultáneamente o en diferentes momentos o en un orden diferente. Los iones de calcio contribuyen a la formación de carbonato de calcio. El carbonato de calcio llena y se adhiere entre al menos algunos de los espacios entre las porciones de agregado, de manera que la primera y la segunda capas se adhieren entre sí y se forma un material sólido.

También se describe y no se inventa un método para producir material de construcción. Se prepara una solución que incluye urea, iones de calcio y bacterias productoras de enzimas. La urea y las bacterias productoras de enzimas reaccionan para formar ureasa. Los iones de calcio en la solución contribuyen a la formación de carbonato de calcio. Se proporciona una cantidad de porciones sueltas de agregado de manera que se forman espacios entre al menos algunas de las porciones. La solución que contiene carbonato de calcio se añade al agregado. El carbonato de calcio llena al menos algunos de los espacios entre las porciones sueltas de agregado, se adhiere al agregado y forma de esta manera un material sólido.

Como se usa en la presente, el término "bacteria" incluye un solo tipo de bacteria o una mezcla de múltiples tipos de bacterias. También como se usa en la presente, el término "encofrado" incluye marcos, formas, moldes y otros aparatos que pueden usarse para mantener juntas las porciones sueltas de agregado antes de que se adhieran de acuerdo con las indicaciones de esta invención. También como se usa en la presente, el término "material de construcción sólido" incluye material de construcción que es poroso y no poroso.

Las modalidades de la invención usan MICP y se describen métodos para fabricar materiales de construcción a gran escala, incluida la mampostería de soporte de carga que puede ser prefabricada. Los beneficios de un material de construcción que se puede "cultivar" van más allá de las cuestiones de economía y sostenibilidad. Como se trata de un material fabricado por agregación, se pueden añadir materiales adicionales al compuesto para obtener características de rendimiento adicionales, como fibras para una resistencia adicional, dióxido de titanio [TO ²] para la absorción de la contaminación, perlas de vidrio para la transmisión de luz y/o agregados incorporados en el aire para el aislamiento. Los materiales MICP imitan las propiedades de la arenisca natural y presentan formaciones cristalinas similares.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un encofrado que puede usarse para la fabricación del ladrillo que incorpora la invención;

La Figura 2 es una vista pictórica despiezada que muestra otra modalidad del encofrado de la Figura 1;

La Figura 3 es un diagrama de flujo que muestra las etapas para la producción de ladrillos de acuerdo con una modalidad de la invención;

La Figura 4 es una vista en alzado lateral que muestra múltiples capas de arena adherida formadas mediante el uso de la modalidad de las Figuras 2 y 3;

La Figura 5 es un diagrama de flujo que muestra las etapas para la producción de ladrillos de acuerdo con otra modalidad de la invención;

La Figura 6 es una vista en alzado lateral que también muestra múltiples capas de arena adherida formadas mediante el uso de la modalidad de las Figuras 5 y 6;

La figura 7 es una vista en perspectiva de una máquina de deposición controlada numéricamente por ordenador que puede usarse para producir ladrillos de acuerdo con las instrucciones de una modalidad de la invención;

La Figura 8 es una vista pictórica que muestra detalles de una parte de la máquina de deposición controlada numéricamente por ordenador mostrada en la Figura 7;

La figura 9 es una vista en perspectiva que muestra detalles de una parte adicional de la máquina de deposición controlada numéricamente por ordenador mostrada en la Figura 7;

La Figura 10 es una microfotografía que muestra la adhesión de ciertos espacios entre las porciones sueltas de arena con carbonato de calcio; y

La Figura 11 es una vista en perspectiva de un tamiz que puede usarse para filtrar porciones de arena de acuerdo con las instrucciones de esta invención.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

Sporosarcina Pasteurii, una bacteria común del suelo no patógena, tiene la capacidad de inducir un material de cemento que puede fusionar los granos sueltos de arena. Idealmente, la arena local se usaría o se destilaría directamente del lugar donde se fabricarán las unidades. Si las porciones de arena se funden en un encofrado o se depositan en capas y se tratan de acuerdo con las instrucciones de esta invención, se fabrican ladrillos.

Un material endurecido se forma en un proceso conocido como precipitación de calcita inducida por microbios [MICP]. Las bacterias se pueden mezclar en una solución de urea y cloruro de calcio. De acuerdo con Ramachandran, las bacterias producen una enzima, que en este caso es la ureasa, y usan la urea como fuente de energía, produciendo amoniaco y dióxido de carbono, aumentando el nivel de pH de la solución. El aumento del pH forma un "precipitado" mineral, que combina cloruro de calcio con dióxido de carbono. Las bacterias pueden actuar como sitios de nucleación, atrayendo iones minerales del cloruro de calcio a la pared celular, formando cristales de calcita. El crecimiento mineral llena los espacios entre los granos de arena, para biocementarlos o adherirlos. Preferentemente, los espacios tienen al menos 5 micras de ancho. El material resultante exhibe una composición y propiedades físicas similares a la arenisca formada naturalmente.

Se cree que entre las bacterias productoras de enzimas que tienen potencial para la biocementación se incluyen Sporosarcina Ureae, Proteus Vulgaris, Bacillus Sphaericus, Myxococcus Xanthus, Proteus Mirabilis y Helicobacter Pylori, aunque se debe prestar la debida atención a las cepas patógenas.

Este método para fabricar materiales de construcción mediante cementación inducida exhibe baja energía incorporada y puede ocurrir en un intervalo de temperatura, por ejemplo, por debajo de 40 °C, sustancialmente menor que para los materiales de construcción fabricados tradicionalmente. La construcción tradicional de ladrillo y hormigón depende en gran medida de la quema de recursos naturales como el carbón y la madera. Esta dependencia da como resultado un aumento de las emisiones de dióxido de carbono y una mayor dependencia de fuentes de energía limitadas. La introducción de una unidad de construcción de bioingeniería que usa agregado de arena y cementación inducida naturalmente ofrece una alternativa natural que puede producirse localmente y ser respetuosa con el medio ambiente.

Un objetivo de esta invención es producir un ladrillo "cultivado", principalmente mediante el uso de minerales, MICP y arena.

Como colaboración entre arquitectura y microbiología, esta invención permite usar MICP, junto con agregado de arena local, para la creación de un material de construcción "cultivado biológicamente", para ser usado por la industria de la construcción. La fabricación de "ladrillos" puede lograrse mediante el uso de métodos de fundición tradicionales, o articularse mediante herramientas digitales para fabricar unidades en capas con una composición de material programada. El uso de tecnologías de fabricación controladas numéricamente por computadora (CNC) tiene ventajas económicas, ya que genera pocos desechos, admite una variedad de materiales potenciales, proporciona un alto grado de precisión y permite la personalización masiva de la forma, la consistencia y la distribución del material. El ladrillo se puede modelar digitalmente para ubicar de manera específica y precisa las plantillas minerales para el crecimiento y diferentes tamaños de agregados para el rendimiento previsto. El crecimiento programado en capas tiene la capacidad de variar las dimensiones dentro del ladrillo, al igual que el hueso varía en orientación y densidad a lo largo de su longitud, volviéndose más grueso y más delgado en algunos lugares.

Estos ladrillos biológicos no requieren el uso tradicional de mortero de cemento Portland, sino que usan el mismo proceso durante la biofabricación para la conexión. Durante el proceso de construcción, los ladrillos terminados se pueden "sumergir" en una suspensión de bacterias, medio de crecimiento y/o agregado antes de colocarlos juntos. Los ladrillos se fusionan durante un período de tiempo a medida que la precipitación inducida por bacterias adhiere los granos agregados, preferentemente con calcita.

Esta invención permite la reducción del dióxido de carbono atmosférico al ofrecer una alternativa a los materiales de construcción fabricados tradicionalmente de alta energía incorporada. Empleando bacterias para inducir naturalmente la precipitación mineral, combinada con agregados locales y métodos de fabricación rápida, esta invención permite la producción de un material de construcción local, ecológico y económico para su uso en toda la industria de la construcción global.

De acuerdo con una modalidad de esta invención, se usa un encofrado, como el encofrado 10 que se muestra en la Figura 1, para contener la arena, mientras que la arena se trata con una solución o soluciones que contienen ureasa, iones de calcio, urea y preferentemente, una bacteria productora de enzimas. Preferentemente, la ureasa se forma exponiendo una cantidad de urea a las bacterias productoras de enzimas, como Sporosarcina Pasteurii. El encofrado 10 incluye las paredes verticales primera, segunda, tercera y cuarta, 12, 14, 16 y 18, que están conectadas entre sí formando una cavidad 20 entre ellas. La cavidad 20 está adaptada para recibir las porciones sueltas de arena. El encofrado 10 también puede tener piso 22. Alternativamente, la parte inferior del encofrado puede dejarse abierta si se apoya en una superficie porosa como el suelo. Preferentemente, las paredes verticales 12, 14, 16 y 18 o al menos las superficies interiores de las mismas, están hechas de un material no poroso, no reactivo, tal como resina acrílica fundida o extruida. Esto permite retirar fácilmente el material de construcción o el ladrillo del encofrado 10 después de que se haya solidificado. Además, las paredes verticales y el suelo del encofrado 10 pueden tener texturas para formar texturas en el ladrillo resultante.

La Figura 2 muestra una alternativa al encofrado de la Figura 1 que se puede girar para que las soluciones penetren mejor en la arena y lograr una cementación más uniforme. El encofrado 24 incluye cuatro paredes laterales verticales 26, hechas de material no poroso no reactivo como se describe en la referencia a la Figura 1. La cavidad 28, formada por las paredes laterales verticales 26, está rellena con arena. Preferentemente, las porciones de arena se filtran mediante un filtro de agregados conocido, como el tamiz 31 que se muestra en la Figura 11, de modo que se pueda colocar arena con una consistencia y aspecto específicos en el encofrado. Alternativamente, pueden añadirse capas delgadas de arena a la cavidad 28 a lo largo del tiempo, tratándose cada capa por separado con las soluciones. La parte superior e inferior de las paredes laterales 26, incluyen juntas antihumedad 32 y 34. Un panel superior extraíble 36, se conecta con la junta antihumedad 32. El panel superior extraíble también está hecho de material no poroso y no reactivo. El panel superior extraíble 36, incluye una pluralidad de aberturas de entrada 38. Un panel inferior extraíble 40, se conecta con la junta antihumedad 34. El panel inferior extraíble también está hecho de material no poroso no reactivo. El panel inferior extraíble 40, incluye una pluralidad de aberturas de salida 42. Como se describirá a continuación, cuando el encofrado 24 se gira 180°, las aberturas de salida 42 se convierten en aberturas de entrada y viceversa. Las aberturas de entrada 38 y las aberturas de salida 42 pueden conectarse a mangueras (no mostradas) para permitir la aplicación y drenaje de soluciones que contienen ureasa, iones de calcio, urea y preferentemente las bacterias. Dado que la cementación ocurre principalmente cerca de la parte superior de la arena, la cementación puede bloquear el paso de cantidades adicionales de solución al interior de la arena. La modalidad de la Figura 2 permite girar el encofrado 24, que en esta modalidad gira 180°, de modo que las aberturas 42 del panel inferior 40 se conviertan en aberturas de entrada y las aberturas 38 del panel superior 36 se conviertan en aberturas de salida. Esta característica de rotación permite una mejor penetración de las soluciones en la arena. El uso de una pluralidad de aberturas de entrada proporciona una distribución más equitativa de las soluciones. Además, las caras interiores de las paredes verticales 26 y los paneles 36 y 42 pueden estar texturizados, lo que permite mejores conexiones físicas durante el montaje y/o permite dar un atractivo estético a los ladrillos. Además, una protuberancia en la superficie interior de una o más de las paredes verticales 26 y/o la superficie interior de uno o más de los paneles 36 y/o 40, puede proporcionarse de modo que el ladrillo resultante tenga una región o regiones ahuecadas.

La modalidad de la Figura 2 permite que las soluciones se añadan a la arena por medios puramente gravitacionales sin el requisito de forzar mecánicamente las soluciones en la arena. La rotación del encofrado 24 después de varios tratamientos asegura la homogeneidad en la cementación y la resistencia. Los cristales de carbonato de calcio crecerán a lo largo de estas superficies de la arena donde se encuentran las soluciones, debido a la tensión superficial en la garganta de los poros formada entre las partículas de arena. La rotación ayuda a asegurar el crecimiento equitativo de carbonato de calcio alrededor de las partículas de arena. La adhesión del carbonato de calcio a las partículas de arena adyacentes se ilustra en la Figura 10. Para lograr una profundidad de cementación aún mayor, el encofrado se puede girar a lo largo de varios ejes para acceder a todos los lados. Por ejemplo, si se desea un ladrillo rectangular de seis lados, hay tres ejes posibles para la rotación. La modalidad de la Figura 2 muestra un solo eje de rotación. Además, este método rotacional puede usarse junto con el método de laminación o estratificado que se describirá a continuación.

Las etapas de 1 a 8 de la Figura 3 ilustran el método rotacional de fabricación del ladrillo. La etapa 9 de la Figura 3, cuando se combina con las etapas de 1 a 8, ilustra la combinación del método de rotación y el método de laminación. En el método de laminación, las capas discretas de arena se depositan por separado y se tratan individualmente con las soluciones.

Refiriéndonos ahora más particularmente a la Figura 3, en la Etapa 1, se cultiva una bacteria productora de ureasa como una solución de caldo. Las bacterias productoras de ureasa preferidas son Sporosarcina Pasteurii, Sporosarcina Ureae, Proteus Vulgaris, Bacillus Sphaericus, Myxococcus Xanthus, Proteus Mirabilis y Helicobacter Pylori. La bacteria productora de ureasa con la máxima preferencia es Sporosarcina Pasteurii, en parte debido a que no es patógena. Además, se añade al caldo un material de crecimiento como extracto de levadura o peptona de soja para ayudar a que las bacterias se multipliquen. En la Etapa 2, se insertan porciones sueltas de arena en la cavidad 30 del encofrado 24 hasta la altura deseada. En el método de laminación, solo se añade una capa relativamente delgada de arena suelta. Se forman espacios entre al menos algunas de las porciones de arena. En la Etapa 3, se alimenta la arena con una solución acuosa que contiene urea y una fuente de iones de calcio, como cloruro de calcio. En la Etapa 4, la solución de caldo de enzima ureasa, que contiene preferentemente las bacterias, se suministra a la arena. Las Etapas 3 y 4 pueden realizarse simultáneamente o en diferentes momentos o en diferente orden. Además, la urea y los iones de calcio pueden estar en la misma solución o en diferentes soluciones. En la Etapa 5, se forman cristales de carbonato de calcio en al menos algunos de los espacios entre las porciones sueltas de arena. En la Etapa 6, preferentemente se suministra a la arena una solución acuosa adicional que contenga urea e iones de calcio para alcanzar la dureza deseada del ladrillo. En la Etapa 7, se pueden repetir las Etapas 5 y 6 hasta que se alcance la dureza deseada. En la Etapa 8, se gira el encofrado 24, que en la modalidad de la Figura 2 es 180°. Después de la rotación, se repiten las Etapas 1 a 7. Para combinar el método de laminación con el método de rotación, en la Etapa 2, el encofrado 24 no es rellenado completamente con arena sino que solo es rellenado parcialmente para formar una capa. Las soluciones se aplican a esa capa de arena como se establece en las Etapas 3 a 7 y luego se puede rotar el encofrado como se establece en la Etapa 8. Una vez que esa capa ha alcanzado un grado de dureza, se suministra una capa adicional de arena al encofrado 24 sobre la parte superior de la capa endurecida y se repiten las Etapas 3 a 8. También se pueden formar capas adicionales de manera similar.

La Figura 4 ilustra las estrías o capas formadas por la combinación de los métodos de laminación y rotación mencionados anteriormente. Las capas 41, 43, 45, 47 y 49 son capas discretas. La arena dentro de cada capa se adhiere y la arena en los límites de las capas adyacentes también se adhiere para formar un ladrillo macizo. El método de estratificación o laminación permite una estructura programada para el ladrillo, por ejemplo, una mayor distribución de arena y partículas. También permite la homogeneidad de la cementación. Permite que los cristales de carbonato de calcio, que forman las adhesiones, crezcan entre las capas para adherir las capas entre sí. El método de estratificación para producir ladrillos biofabricados permite una mayor consistencia en la cementación y posiblemente un mayor rendimiento estructural general. La estratificación de la arena permite una estructura y distribución programadas de los tamaños de las partículas de arena, es decir, se pueden usar partículas de arena más grandes como estructura.

La modalidad preferida de llevar a cabo el método de estratificación o laminación es mediante el uso de una máquina de deposición controlada numéricamente por computadora (CNC), tal como una impresora 3-D, una modalidad como se ilustra en la Figura 6, aunque otros medios pueden ser empleadas, incluida la estratificación manual o la estratificación mecánica a través de la producción en masa.

La Figura 5 ilustra una modalidad del método de laminación o estratificación para producir material de ladrillo. Como se ilustra en la Etapa 1, la bacteria productora de ureasa, como una de las enumeradas anteriormente, se cultiva en un lote de solución de caldo con un medio de crecimiento, como urea, formando ureasa. También se añade al caldo un nutriente de crecimiento como extracto de levadura o peptona de soja. Como se muestra en la Etapa 2, se coloca una capa de arena suelta en un encofrado o se extiende sobre un lecho o sustrato. Como se muestra en la Etapa 3, se suministra a la arena una solución acuosa que contiene urea e iones de calcio, que puede obtenerse a partir del cloruro de calcio. La solución de ureasa se suministra a la arena. Nuevamente, las soluciones de la Etapa 3 y de la Etapa 4 pueden añadirse a la arena simultáneamente, en diferentes momentos o en un orden diferente. Además, la urea y los iones de calcio pueden estar en la misma solución o en diferentes soluciones. Como se muestra en la Etapa 5, se forman cristales de carbonato de calcio entre los espacios de las porciones de arena. Como se muestra en la Etapa 6, otra solución acuosa que contiene urea y cloruro de calcio se suministra a la arena. Como se muestra en el Paso 7, las Etapas 5 y 6 se repiten hasta que se alcanza la dureza deseada. Como se muestra en la Etapa 8, se repiten las Etapas 1 a 7, formando de esta manera una serie de capas, hasta alcanzar la altura y dureza deseadas. Como se muestra en la Etapa 9, el material endurecido, con las capas adheridas entre sí, se retira del encofrado, el lecho o el sustrato. Por lo tanto, se forma material en capas sólidas a partir de la arena suelta.

La Figura 6 ilustra múltiples capas que se adhieren entre sí para formar el ladrillo que se fabrica mediante la modalidad de la Figura 5. Las partículas de arena dentro de las capas 51, 53, 55, 57 y 59 se adhieren entre sí y las capas adyacentes en sus límites se adhieren entre sí y forman un ladrillo macizo.

La Figura 7 muestra una máquina de deposición controlada numéricamente por computadora (CNC) que puede usarse para producir ladrillos mediante el uso del método de estratificación o laminación. Las plataformas existentes controladas numéricamente por computadora (CNC) se pueden usar y están disponibles comercialmente por la compañía MultiCam (Serie 5000 Modelo 508), aunque tales plataformas deben modificarse como se describe a continuación. En lo fundamental, la máquina de deposición CNC 44 es una MultiCam Serie 5000 Modelo 508 que se modificó añadiéndole los elementos que se muestran en las Figuras 8 y 9, y el esparcidor 54 y el lecho o sustrato 46. El uso de la tecnología CNC es económica, ya que genera pocos residuos, se adapta a una variedad de materiales potenciales, proporciona un alto grado de precisión y permite grandes variaciones. Por lo tanto, las unidades individuales de ladrillo no están unidas por encofrados repetibles o formas convencionales. Más bien, cada unidad de ladrillo puede ser igual o diferente en dependencia de la forma y el uso deseados. La máquina de deposición CNC 44 es una impresora de tres ejes controlada por computadora para producir materiales de construcción laminados o estratificados mediante el uso del método de laminado o estratificación de la invención. Se proporciona una plataforma o sustrato horizontal 46. La plataforma 46 puede especificarse en cualquier dimensión de los ejes X e Y. La plataforma está soportada por un elevador hidráulico u otro mecanismo de elevación para producir movimiento vertical, es decir, en el eje Z. El caballete 48 controla el eje Y y se mueve a lo largo de los rieles 50 y 52 en el eje X mediante el uso de motores paso a paso. Una unidad de boquilla dispensadora 76 se mueve a lo largo de carriles en el eje Y mediante el uso de motores paso a paso. Un microprocesador coordina los movimientos de los ejes X, Y y Z para ubicar con precisión la boquilla de la impresora en un espacio en 3 dimensiones a partir de los datos proporcionados por el usuario, como un modelo digital. El contenedor alargado 54 contiene las porciones sueltas de arena y sirve como esparcidor de arena, el contenedor 54 se extiende sustancialmente a lo ancho del sustrato 46.

La máquina de deposición CNC 44 incluye grupos de contención de soluciones, específicamente, el grupo 56 y grupo 58. Los grupos de contención de solución incluyen cada uno tres contenedores, específicamente, el contenedor 60 que contiene cloruro de calcio de manera que los iones de calcio están en solución, el contenedor 62 que contiene urea en solución y el contenedor 64 que contiene una solución de enzima ureasa que se formó a partir de la combinación de bacterias productoras de enzimas, preferentemente de la bacteria Sporosarcina Pasteurii. Normalmente, el contenedor 64 también incluye una cantidad de bacterias.

La Figura 8 muestra el grupo de contenedores 56 con más detalle. Cada contenedor 60, 62 y 64 incluye un mezclador 66 accionado por motor. El mezclador accionado por motor mantiene la solución homogénea. El contenedor 64 de solución de enzima ureasa también incluye un sensor de temperatura 68 y un elemento de calentamiento 70 para mantener las condiciones óptimas de crecimiento del microorganismo. El contenedor de solución de urea 62 incluye un sensor de pH 72 y un dispensador de solución tampón 74 para mantener una concentración óptima de iones de hidrógeno.

La Figura 9 ilustra una boquilla dispensadora 76 para cada grupo de contención de solución, como el grupo 56. Las mangueras 78, 80 y 82 conectan los respectivos contenedores 60, 62 y 64 a la boquilla 76. La urea del contenedor 62 se mezcla con iones de calcio del cloruro de calcio del contenedor 60 en el depósito 84, que se recibe dentro de la boquilla dispensadora 76. La enzima ureasa y preferentemente una cantidad de bacterias se reciben en el depósito 86 provenientes del contenedor 64. La abertura 88 y la boquilla dispensadora 76 están conectadas a la urea e iones de calcio del cloruro de calcio del depósito 84, para aplicar urea e iones de calcio a la capa de arena que se ha depositado sobre el sustrato 46. La abertura 90 se conecta al depósito 86 de enzima ureasa para depositar la solución de enzima ureasa sobre la arena que se ha depositado sobre el sustrato 46. Las válvulas de control por computadora, como los solenoides, regulan la mezcla de urea e iones de calcio a medida que las soluciones se liberan de sus respectivos depósitos. Las válvulas de control por computadora también regulan la liberación de las soluciones de los depósitos a través de sus respectivas aberturas 88 y 90.

La máquina de deposición CNC 44 funciona como sigue. El caballete 48 se mueve horizontalmente en una dirección a través de todo el sustrato 46 a lo largo del eje X depositando una sola capa de material agregado del contenedor de agregado 54. El caballete 48 vuelve a su posición inicial. El caballete 48 después se mueve una posición a lo largo del eje X. Las boquillas dispensadoras 76 se mueven horizontalmente en otra dirección a lo largo del eje Y depositando una solución de enzima ureasa y una solución de urea e iones de calcio sobre unidades individuales de arena 92, que en esta modalidad son rectangulares, y que se especifica mediante la entrada del usuario. Las boquillas dispensadoras vuelven a su posición inicial. Las etapas de depositar la solución se repiten hasta que el caballete 48 alcanza el final del eje X por lo que se forma una capa de ladrillo. El caballete 48 vuelve a su posición inicial. Como opción, las soluciones pueden depositarse nuevamente sobre la misma capa de arena para lograr una cementación más fuerte. A continuación, el sustrato elevado 46 se mueve hacia abajo una posición en el eje Z. Las etapas anteriores se repiten hasta que se alcanza la altura deseada del material. Se forman así múltiples capas cementadas adheridas entre sí que forman ladrillos individuales. La arena no cementada, es decir, la arena que se encuentra entre las unidades individuales 92, se retira del sustrato. A continuación, se retiran del sustrato los ladrillos cementados en capas.

Alternativamente, las boquillas dispensadoras de solución y/o los grupos de contención se pueden usar junto con otras plataformas controladas numéricamente por computadora, tales como brazos robóticos de seis y siete ejes, para la ubicación precisa de soluciones.

EJEMPLOS

Ejemplo 1 - Pruebas de cementación

Materiales

Las pruebas generales de cementación se realizaron en cilindros de 60 ml con agregado para probar varias secuencias de métodos y tipos de agregados. Consecutivamente, se realizaron múltiples pruebas de encofrado en una escala de unidad de construcción 1:1 que mide 3,5 pulgadas x 2,25 pulgadas x 8 pulgadas [88,90 mm x 57,15 mm x 203,20 mm] y una versión a escala de unidad de construcción que mide 3 cm x 1.5 cm x 5 cm.

Se inoculó Sporascarina Pasteurii [DSMZ 33] en un medio DSMZ 220 de "solución bacteriana" modificado con urea, se transfirió a una placa para crecimiento de colonias y se incubó a 25 °C para su uso posterior. Se prepararon "soluciones de cementación" generales mediante el uso de 0,28 % Caldo de Soja Tríptico de Scharlau 117-333 mM de urea [(NH²)²CO], cloruro de amonio 130-187 mM [NH⁴Cl], hidrogenocarbonato de sodio 25 mM [NaHCOa], cloruro de calcio 55 mM [CaCl²] y 1 L de agua destilada. Los medios se esterilizaron por filtración para asegurar que no hubiera contaminación. Se preparó una concentración de cloruro de calcio dihidratado 55 mM como solución acuosa para los iones de calcio usados en el proceso de cementación.

Configuración del aparato

Tres jeringas de 60 ml son rellenadas cada una con [A] 5 g de Poraver™ de 2mm a 1 mm [perlas de vidrio poroso] (solo referencia) [B] 30 g de arena de 600-212 micras, de origen local en Sharjah, Emiratos Árabes Unidos [EAU] y [C] 30 g de la misma arena de 600-75 micras. Las muestras se vibraron posteriormente para el asentamiento granular y se aplicaron pistones para confinar la arena en el molde. Este proceso también reduce el aire entre los granos de arena, el aire atrapado en el sistema podría causar puntos de fractura en el material endurecido final debido a la formación de burbujas.

Se insertó una manguera flexible de silicona de 4 mm de DI en la parte superior del émbolo de la jeringa como línea de entrada, y se insertó otro tubo de 4 mm de DI en el fondo de la jeringa como línea de salida.

Las pruebas se suministraron primero con la Solución 1 "solución bacteriana" a una velocidad de flujo por gravedad de aproximadamente tres volúmenes de poros [PV] de medio. Después de permitir que las bacterias "sedimentaran" durante seis horas, las pruebas se suministraron con la Solución 2 "solución de cementación" a tres PV de medio a régimen de flujo por gravedad, después de lo cual se dejó que la solución "sedimentara" durante 4-12 horas. Esta secuencia se alternó para las muestras de arena de los EAU. Este proceso continuó hasta que se alcanzó la dureza. Las pruebas se lavaron con agua corriente y se dejaron secar al aire.

Las tres muestras exhibieron cementación. Las muestras se pesaron para determinar la ganancia del material mineral obtenido. Después de pesar, las muestras se prepararon para microscopía electrónica de barrido [SEM] para verificar visualmente las formaciones de cristales y los granos adheridos del agregado. La Figura 10 ilustra la muestra C.

Equipos

Las colonias bacterianas en las placas se almacenaron en una incubadora a 25 °C. Los lotes de solución de bacterias se cultivaron aeróbicamente con un agitador incubado a 37 °C, 250-300 RPM durante 20-24 horas. Se usó una máquina de prueba de compresión Tinius Olsen H50TK para determinar el nivel de resistencia a la compresión del material endurecido final. Como ejemplo, la muestra de arena [C] alcanzó 16,58 MPa de resistencia a la compresión. La dureza y la resistencia generales se pueden aumentar con tratamientos adicionales de solución de cementación.

Ejemplo 2 - Método de rotación

Para crear una mayor resistencia y una cementación más unificada en todo el agregado, se desarrolló un método de rotación para una forma de "ladrillo" a escala natural. Se preparó un lote de solución de bacterias mediante el uso del mismo método que en el ejemplo 1. Simultáneamente, se preparó un lote de solución de cementación con un pH de 7,25 mediante el uso del mismo medio que en el ejemplo 1. Se tamizaron 1700 g de agregado no estéril en forma de arena autóctona de Sharjah, Emiratos Árabes Unidos, a 2 mm- 212 micras y se colocaron en el encofrado, después se aplicó un filtro de fibra de poliéster. Luego se vibró el encofrado para reducir el aire entre el agregado, se colocó otro filtro de fibra de poliéster encima del agregado seco, y finalmente se colocó la tapa del encofrado con los agujeros de entrada. El encofrado es el mismo de la Figura 2. El encofrado de unidad de construcción a escala natural en forma de unidad de construcción (3,5 pulgadas x 2,25 pulgadas x 8 pulgadas) se fabricó de acrílico fundido de 5 mm mediante el uso de un cortador láser de 50 vatios Universal Systems para obtener un encofrado desprendible preciso y reutilizable.

15 ml de CaCl²55 mM se añadieron a 750 ml de la solución de cementación preparada. A continuación, la solución se introdujo en el encofrado mediante alimentación por gravedad a través de los orificios de entrada. Tan pronto como el efluente comenzó a salir del encofrado, las válvulas de salida se cerraron para "atrapar" la solución en el encofrado entre los huecos del agregado. Se dejó reposar la solución en el encofrado durante aproximadamente 15 minutos.

A continuación, se introdujeron en el encofrado 750 ml de solución bacteriana con células vivas mediante alimentación por gravedad a través de los orificios de entrada. Se dejó que el efluente abandonara el encofrado hasta que la solución de cementación alcanzó el final de los orificios de entrada, después de lo cual se cerraron las válvulas de salida para "atrapar" la solución en el encofrado entre los huecos del agregado. Se dejó reposar la solución en el encofrado durante 4-12 horas.

Se preparó otro lote de solución de cementación con urea y cloruro de calcio y se suministró al encofrado mediante alimentación por gravedad a través de los orificios de entrada. Cuando el efluente comenzó a salir del encofrado, las válvulas de salida se cerraron para "atrapar" la solución en el encofrado entre huecos del agregado durante 4-12 horas. Este proceso se repitió 5-10 veces.

A continuación, el encofrado se giró 180 grados a lo largo de un eje y la parte inferior del encofrado se convirtió en la superior y la parte superior en la inferior.

Se preparó otro lote de solución de cementación con urea y cloruro de calcio y se suministró al encofrado mediante alimentación por gravedad a través de los orificios de entrada. Tan pronto como el efluente comenzó a salir del encofrado, las válvulas de salida se cerraron para "atrapar" la solución en el encofrado entre los huecos del agregado durante 4-12 horas. Este proceso se repitió 5-10 veces.

El encofrado se volvió a rotar 180 grados a lo largo de un eje con la parte inferior del molde ahora en la parte superior. La rotación y la administración de la solución de cementación continuaron hasta que se alcanzó la dureza o resistencia deseada. El material de construcción endurecido se retiró del encofrado, se lavó con agua del grifo y se dejó secar al aire.

Después de que el material se secó y pesó, el material resultante quedó cementado de manera homogénea por todos los lados. El material cementado se partió mecánicamente a lo largo del centro y se verificó la cementación a lo largo de la sección transversal del interior.

Ejemplo 3 - Método de suspensión (solo referencia)

El método de suspensión usó los mismos medios y métodos que el ejemplo anterior, con la excepción de que las dos soluciones y el agregado se combinaron formando una suspensión acuosa de agregado, solución de bacterias, urea y cloruro de calcio. A continuación, la suspensión se colocó en el mismo diseño de encofrado como se describe en el ejemplo 2, con la excepción de un cambio en las dimensiones a 3 cm x 1,5 cm x 5 cm. Las válvulas de salida se cerraron para "atrapar" la solución en el encofrado entre los huecos del agregado y se dejó reposar durante 3-8 horas.

Se preparó otro lote de solución de cementación con urea y cloruro de calcio y se suministró al encofrado mediante alimentación por gravedad a través de los orificios de entrada. Tan pronto como el efluente comenzó a salir del encofrado, las válvulas de salida se cerraron para "atrapar" la solución en el encofrado entre los huecos del agregado durante 4-12 horas. Este proceso se repitió 5-10 veces.

Luego, el encofrado se rotó a lo largo de un eje con la parte inferior del encofrado ahora en la parte superior [Lado A]. Se preparó otro lote de solución de cementación con urea y cloruro de calcio y se suministró al encofrado mediante alimentación por gravedad a través de los orificios de entrada. Tan pronto como el efluente comenzó a salir del encofrado, las válvulas de salida se cerraron para "atrapar" la solución en el encofrado entre los huecos del agregado durante 4-12 horas. Esto se repitió 5-10 veces.

A continuación, el encofrado se giró 180 grados a lo largo de un eje y la parte inferior del encofrado se convirtió en la superior y la parte superior en la inferior. La rotación y la administración de la solución de cementación continuaron hasta alcanzar la dureza y resistencia deseadas.

El material endurecido en forma de "ladrillo" se retiró del encofrado, se lavó con agua del grifo y se dejó secar al aire. Todos los lados quedaron cementados.

Ejemplo 4 - Método de laminación [analógico]

El método de laminación usó los mismos medios y métodos que el ejemplo 2, con la excepción de que el material agregado se colocó en el encofrado como capas distintas. Esto permite que el material final tenga diferentes grados de distribución del tamaño de partículas agregadas y una cementación más homogénea dentro de la unidad general.

Una capa de 5 mm de agregado no estéril en forma de arena autóctona de Sharjah, Emiratos Árabes Unidos, se tamizó entre 600 micras - 212 micras y se colocó en el encofrado. El encofrado se vibró ligeramente para reducir el aire entre los agregados.

2 ml de CaCl²55 mM se añadió a 50 ml de la solución de cementación preparada. A continuación, la solución se introdujo en el encofrado mediante alimentación por gravedad a través de los orificios de entrada. Se dejó reposar la solución en el encofrado durante aproximadamente 15 minutos.

A continuación, se introdujeron 50 ml de solución bacteriana con células vivas en el encofrado mediante alimentación por gravedad a través de los orificios de entrada. Se dejó reposar la solución en el encofrado durante 4-12 horas. Se preparó otro lote de solución de cementación con urea y cloruro de calcio y se suministró al encofrado mediante alimentación por gravedad a través de los orificios de entrada. Esto se repitió 5-10 veces.

Se colocó otra capa de agregado no estéril de 5 mm en el encofrado, encima de la Capa 1. Se repitió el proceso descrito para la capa 1 hasta alcanzar la altura completa y la dureza y resistencia deseadas de la unidad final, para un total de 3 capas.

El material endurecido se retiró del lecho, se lavó con agua del grifo y se dejó secar.

Ejemplo 5 - Método de laminación rotación [3 c m x 1 , 5 c m x 5 cm]

El método de laminación rotación usó los mismos medios y métodos que se describen en los ejemplos 2 y 4, con la excepción de que cada capa se gira y se trata en ambos lados antes de la adición de cada capa sucesiva.

Ejemplo 6 - Método de laminación [fabricación digital rápida]

Se usó una impresora 3D CNC "Fab at Home" modificada [plataforma de impresora 3D de código abierto] para depositar con precisión las soluciones sobre un lecho de material de arena para pruebas rápidas de fabricación.

Se preparó un lote de Solución 1 "solución bacteriana" mediante el uso del mismo método que en el ejemplo 1. Simultáneamente, se preparó un lote de Solución 2 "solución de cementación" con un pH de 7,25 mediante el uso del mismo medio que en el ejemplo 1.

Una capa de 5 mm de agregado no estéril en forma de arena autóctona de Sharjah, Emiratos Árabes Unidos, se tamizó a 600 micras - 212 micras y se colocó sobre el lecho de sustrato de la impresora 3D.

1 ml de CaCl²55 mM se añadió a 25 ml de solución de cementación y se mezcló con 25 ml de la solución bacteriana. Luego se colocó en la jeringa de deposición de la impresora 3D. El motor de la jeringa se controló mediante un modelo informático y los 51 ml de las soluciones de células y de cementación se depositaron con precisión como gotitas discretas sobre el sustrato de arena en múltiples pases. La jeringa de depósito se limpió y se volvió a cargar según fue necesario. Las soluciones se dejaron reposar en la arena durante 3 horas, después de lo cual se preparó una nueva preparación de solución de cementación y se ajustó a un pH de 7,25. Esta nueva solución se colocó en la jeringa y se depositó sobre el sustrato de arena. La solución se dejó reposar en la arena durante 3 horas, después de lo cual se preparó una nueva solución de cementación y se ajustó a un pH de 7,25. Este proceso continuó hasta un total de 5 tratamientos.

Se tamizó una nueva capa de 5 mm de agregado no estéril [la misma composición de la capa 1] a 600-425 micras y se colocó uniformemente sobre el sustrato sobre la capa 1. A continuación, el proceso descrito para la capa 1 se repitió para la capa 2 y nuevamente para la capa 3.

Se preparó una nueva de solución de cementación y se ajustó a un pH de 7,25. Esta solución se colocó en la jeringa de la impresora 3D y se depositó sobre la parte superior de la arena endurecida en múltiples pases. Esta etapa sirvió como pase de "acabado" del medio de cementación.

El material endurecido se retiró del lecho, se lavó con agua del grifo y se dejó secar.

Aplicabilidad industrial

La forma en que se puede explotar la invención y la forma en que se puede realizar y usar serán evidentes a partir de lo anterior.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   Un método para producir ladrillo, que comprende:

   rellenar al menos parcialmente un encofrado con porciones sueltas de arena, en donde se forman espacios entre al menos algunas de las porciones;

   preparar una primera solución que incluye ureasa formada por una bacteria productora de enzimas, y en donde la primera solución incluye una cantidad de la bacteria productora de enzimas;

   añadir una cantidad de la primera solución a la arena suelta;

   añadir una cantidad de urea y una cantidad de iones de calcio a la arena suelta, en donde se usa cloruro de calcio como fuente de iones de calcio; la primera solución, la urea y los iones de calcio se añaden a la arena suelta simultáneamente o en diferentes momentos o en un orden diferente; los iones de calcio contribuyen a la formación de carbonato de calcio; el carbonato de calcio llena al menos algunos de los espacios entre las porciones sueltas de arena, se adhiere a la arena y forma de esta manera un ladrillo macizo; y

   retirar el ladrillo macizo del encofrado.

   Un método para producir ladrillo como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde las bacterias productoras de enzimas son Sporosarcina pasteurii, Proteus vulgaris, Bacillus sphaericus, Myxococcus xanthus, Proteus mirabilis o Helicobacter pylori.

   Un método para producir ladrillo como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde la bacteria productora de enzimas es Sporosarcina pasteurii.