KR20220148210A - 개선된 콘크리트 조성물과 이를 생산하는 방법 - Google Patents

개선된 콘크리트 조성물과 이를 생산하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생화학적 생산 미생물 및/또는 미생물에 의해 합성된 부산물을 사용하여 콘크리트를 개선하기 위한 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 미생물 균주 및/또는 이들의 부산물로 콘크리트의 성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

Description

개선된 콘크리트 조성물과 이를 생산하는 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 2월 20일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62,979,161호에 대한 우선권을 주장하고, 이는 본원에 전부 참조로 포함된다.
콘크리트는 가장 일반적인 건축 자재 중 하나로, 강철, 플라스틱 또는 목재보다 훨씬 더 일반적이다. 콘크리트를 생산하는 현재 방법은 시멘트, 모래 및 물을 콘크리트의 특성을 수정하는 추가 화학 물질과 혼합하는 것을 기반으로 한다. 첨가제의 한 가지 예는 가소제로서 역할을 하는 화학 계면활성제이다. 이러한 가소제의 사용은 고강도 콘크리트 및 섬유 보강 콘크리트를 생산할 때 특히 가치가 있다.
콘크리트 혼합물(concrete mixture)에서 물 농도를 증가시키면 콘크리트 강도가 감소한다. 1%의 물 농도 증가는 콘크리트의 극한 강도(ultimate strength)를 5% 감소시킨다. 그러나 콘크리트 혼합물에 충분한 물이 없으면, 콘크리트는 흐를 수 없거나 원하는 형태로 조작될 수 없다.
조작(manipulation)에 필요한 물의 양을 줄이기 위해 콘크리트에 콘크리트 가소제가 첨가된다. 가소제는 일반적으로 0.1% 내지 0.4%의 농도로 첨가된다. 이러한 농도의 가소제에서, 콘크리트 가소성을 유지하는 데 필요한 물은 5% 내지 15% 줄어든다.
박테리아, 효모 또는 균류와 같은 미생물의 배양은 매우 다양한 유용한 생물조합제(bio-preparation)의 생산에 중요하다. 미생물은, 예를 들어, 식품 산업, 제약 산업, 농업, 광업, 환경 복원 및 폐기물 관리에서 결정적인 역할을 한다. 광범위한 산업에서 미생물의 확장된 사용에 대한 엄청난 잠재력이 존재한다.
미생물 생물계면활성제(biosurfactant)에 대한 관심은 이들의 다양성, 환경 친화적 성질, 선택성, 극한 조건하의 성능 및 환경 보호에서 잠재적인 적용으로 인해 꾸준히 증가하고 있다. 생물계면활성제는 상 사이의 계면 장력을 감소시키는 미생물 유래 화학 물질이다. 소포로지질(sophorolipid)(SLP)는 비병원성 효모에 의해 생산되는 당지질의 종류에 속하는 생물계면활성제이다. SLP는 농업, 식품 보존, 생물의학, 화장품 및 기타 산업에 사용될 수 있다.
본 발명은 미생물뿐만 아니라 생물계면활성제와 같은 이들의 성장 부산물의 독특하고 유리한 용도를 제공한다. 특정 실시예에서, 본 발명은 미생물 기반 제품뿐만 아니라, 개선된 콘크리트 조성물(concrete composition)에서 이것의 용도를 제공한다.
구체적으로, 바람직한 실시예에서, 본 발명은 콘크리트의 다양한 특성을 개선하는 것에 대한 비용 효과적이고 환경 친화적인 접근법을 제공한다. 유리하게는, 이들 방법은 수중 및 현저한 온도 변화가 있는 지역을 포함하는 광범위한 환경 조건에서 실행될 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명은 미생물 및/또는 이들의 성장 부산물의 적용을 통해 콘크리트의 다양한 특성을 개선하기 위한 조성물을 제공한다. 미생물 및/또는 이들의 성장 부산물은 콘크리트의 초기 혼합 동안 물, 시멘트, 골재(aggregate) 및 콘크리트 제품의 기타 필수 요소에 첨가될 수 있다. 대안적으로, 미생물 및/또는 성장 부산물은 콘크리트가 완전히 응결된 것을 포함해서 콘크리트를 처음 부은 후 어느 시점에서나 적용될 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명은 효모 균주(yeast strain) 및/또는 이들의 성장 부산물을 활용한다. 일 실시예에서, 본 발명의 조성물 및 방법에 사용되는 미생물은 생물계면활성제 생산 효모이다. 본 발명은, 예를 들어, 배양된 스타르메렐라 봄비콜라(Starmerella bombicola) ATCC 22214 및/또는 해당 미생물의 성장 생성물을 포함하는 미생물 기반 제품을 제공한다. 또한, 본 발명은 배양된 윅케르하모마이세스 아노말러스(Wickerhamomyces anomalus) 및/또는 이것의 성장 부산물을 포함하는 미생물 기반 제품을 제공한다. 미생물은 생장 또는 포자 형태를 포함해서 다양한 성장 단계에 있을 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명은, 예를 들어, 촉진제, 결합제, 부식 억제제, 공기 연행제(air entraining agent), 결정성 혼화제(crystalline admixture), 안료, 가소제, 고유동화제(superplasticizer), 펌핑 보조제(pumping aids), 지연제(retarder), 감수 혼화제(water-reducing admixture), 수축 저감제(shrinkage reducer), 수화 조절 혼화제(hydration-control admixture), 알칼리-실리카 반응성 억제제, 방습 혼화제(damp-proofing admixture), 투과성 감소 혼화제(permeability reducing admixture), 기체 발생 혼화제(gas-forming admixture), 불분리 혼화제(anti-washout admixture), 발포 혼화제(foaming admixture) 및/또는 작업성 혼화제(workability admixture)와 같은 하나 이상의 추가 성분을 추가로 포함한다.
특정 실시예에서, 본 발명은, 미생물 배양물 및/또는 미생물 성장 부산물을 포함하는 본 발명에 따른 조성물이 콘크리트 혼합물에 첨가되고/되거나 양생(curing) 또는 양생된(cured) 콘크리트의 표면에 적용되는, 콘크리트의 성능을 증가시키는 방법을 제공한다. 콘크리트의 성능은, 예를 들어, 콘크리트 조성물에 사용되는 물의 양을 줄이고, 콘크리트의 가소성을 증가시키고, 콘크리트의 다공성을 감소시키고, 콘크리트의 양생 시간을 수정하고/하거나 생물적 및/또는 비생물적 스트레스에 대한 내성을 증가시켜 향상될 수 있다.
본 발명은 미생물뿐만 아니라 생물계면활성제와 같은 이들의 성장 부산물에 대한 유리한 용도를 제공한다. 특정 실시예에서, 본 발명은 미생물 기반 제품뿐만 아니라, 개선된 콘크리트 조성물에서 이들의 용도를 제공한다.
특정 실시예에서, 본원에 기술된 방법 및 조성물은 콘크리트에 대한 혼화제(admixture)로서 미생물 및/또는 미생물 성장 부산물을 활용한다. 일 실시예에서, 본 발명의 방법에 사용되는 미생물은 생물계면활성제 생산 효모이다.
특정 실시예에서, 본 발명은 효모 균주 및/또는 이들의 성장 부산물을 활용한다. 본 발명은, 예를 들어, 미생물 기반 제품, 예를 들어, 배양된 윅케르하모마이세스 아노말러스 효모 및/또는 이것의 성장 부산물을 포함하는 미생물 기반 제품을 제공한다. 또한, 본 발명은 배양된 스타르메렐라 계통군(clade) 효모, 바람직하게는 스타르메렐라(칸디다) 봄비콜라 및/또는 이것의 성장 부산물을 포함하는 미생물 기반 제품을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 미생물 및/또는 미생물 유래 생물계면활성제를 콘크리트에 적용함으로써 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법을 제공한다. 특정 실시예에서, 방법은 스타르메렐라 봄비콜라 또는 윅케르하모마이세스 아노말러스와 같은 효모 균주로부터 유래된 하나 이상의 생물계면활성제를 콘크리트에 적용하는 단계를 포함한다.
특정 실시예에서, 방법은 또한 미생물 자체 및/또는 이의 부산물을 콘크리트에 전통적으로 사용되는 하나 이상의 혼화제와 함께 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 본원에 기술된 방법 및 조성물은 콘크리트 양생 동안 또는 양생 후에 적용 제품으로서 미생물 성장 부산물을 활용한다. 미생물 및/또는 부산물은 콘크리트 안으로 침투하거나 콘크리트의 표면 위에 남아 있을 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 조성물은 소규모에서 대규모에 이르는 배양 공정을 통해 얻어진다. 이들 배양 공정은 침지 배양(submerged cultivation)/발효, 표면 배양(surface cultivation), 고체 상태 발효(SSF), 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
유리하게는, 본 발명은 다량의 무기 화합물을 환경에 방출하지 않고 사용될 수 있다. 추가로, 조성물 및 방법은 생분해성이고 독성학적으로 안전한 성분을 활용한다. 따라서, 본 발명은 "친환경(green)" 처리로서 모든 가능한 코팅(및 기타 적용)에 사용될 수 있다.
선택된 정의
본원에 사용된 바와 같이, "미생물 기반 조성물(microbe-based composition)"에 대한 언급은 미생물 또는 기타 세포 배양물의 성장의 결과로 생산된 성분을 포함하는 조성물을 의미한다. 따라서, 미생물 기반 조성물은 미생물 자체 및/또는 미생물 성장의 부산물을 포함할 수 있다. 세포는 생장 상태(vegetative state) 또는 포자 형태(spore form)로 존재하거나, 이 둘 모두의 혼합일 수 있다. 세포는 플랑크톤(planktonic) 또는 생물막(biofilm) 형태로 존재하거나, 이 둘 모두의 혼합일 수 있다. 성장 부산물은, 예를 들어, 대사산물, 세포막 성분, 발현 단백질, 및/또는 기타 세포 성분일 수 있다. 세포는 온전하거나 용해될 수 있다. 일부 실시예에서, 세포는 이들이 성장한 브로스(broth)와 함께 미생물 기반 조성물에 존재한다. 세포는, 예를 들어, 조성물 1 밀리리터당 적어도 1 × 104, 1 × 105, 1 × 106, 1 × 107, 1 × 108, 1 × 109, 1 × 1010, 또는 1 × 1011 이상의 세포의 농도로 존재할 수 있다.
본 발명은 원하는 결과를 이루기 위해 실제로 적용되어야 하는 제품인 "미생물 기반 제품(microbe-based product)"을 추가로 제공한다. 미생물 기반 제품은 단순히 미생물 배양 공정으로부터 수확되는 미생물 기반 조성물일 수 있다. 대안적으로, 미생물 기반 제품은 첨가된 추가 성분을 포함할 수 있다. 이들 추가 성분은, 예를 들어, 완충제, 물과 같은 적합한 담체, 추가 미생물 성장을 지탱하기 위한 첨가 영양소, 및/또는 적용되는 환경에서 미생물 및/또는 조성물의 추적을 용이하게 하는 작용제를 포함할 수 있다. 미생물 기반 제품은 또한 미생물 기반 조성물의 혼합물을 포함할 수 있다. 미생물 기반 제품은 또한 여과, 원심 분리, 용해(lysing), 건조, 정제 등과 같지만, 이에 제한되지 않는 어떤 방식으로든 처리된 미생물 기반 조성물의 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "분리된" 또는 "정제된" 생물계면활성제 또는 기타 미생물 유래 생화학 물질은 자연에서 결합되어 있는 세포 물질과 같은 다른 화합물이 실질적으로 없다. 본원에 사용된 바와 같이, "분리된"에 대한 언급은 균주가 이것이 자연에 존재하는 환경으로부터 제거되는 것을 의미한다. 따라서, 분리된 균주는, 예를 들어, 생물학적으로 순수한 배양물 또는 포자(또는 균주의 다른 형태)로 존재할 수 있다.
"대사산물"은 대사에 의해 생산되는 모든 물질(예를 들어, 성장 부산물) 또는 특정 대사 과정에 참여하는 데 필요한 물질을 나타낸다. 대사산물의 예는 생물계면활성제, 생체고분자(biopolymer), 효소, 산, 용매, 알코올, 단백질, 비타민, 미네랄, 미량원소(microelement) 및 아미노산을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
"조절하다"는 변경(증가 또는 감소)을 의미한다. 이러한 변경은 본원에 기술된 것과 같은 표준 기술의 공지된 방법에 의해 검출된다.
본원에 제공된 범위는 범위 내의 모든 값에 대한 약칭(shorthand)으로 이해된다. 예를 들어, 1 내지 50의 범위는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 또는 50뿐만 아니라, 예를 들어, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 및 1.9와 같이 전술한 정수 사이의 모든 중간 소수점 값으로 이루어지는 군으로부터 모든 수, 수의 조합, 또는 하위 범위를 포함하는 것으로 이해된다. 하위 범위에 관해서는, 범위의 양쪽 끝점에서 확장되는 "내포된 하위 범위(nested sub-range)"가 구체적으로 고려된다. 예를 들어, 1 내지 50의 예시적인 범위의 내포된 하위 범위는 한 방향으로 1 내지 10, 1 내지 20, 1 내지 30, 및 1 내지 40을 포함하거나, 다른 방향으로 50 내지 40, 50 내지 30, 50 내지 20, 및 50 내지 10을 포함할 수 있다.
"감소하다"는 적어도 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75% 또는 100%의 음의 변경을 의미한다.
"증가하다"는 적어도 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75% 또는 100%의 양의 변경을 의미한다.
"기준(reference)"은 표준(standard) 또는 제어 조건(control condition)을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, "생물막(biofilm)"은 박테리아와 같은 미생물의 복합 응집체(complex aggregate)이고, 여기서 세포는 세포외 다당류 매트릭스를 사용하여 서로 및/또는 표면에 부착된다. 생물막 내의 세포는 액체 매질에서 부유 또는 유영할 수 있는 단세포인 동일한 유기체의 플랑크톤 세포(planktonic cell)와 생리학적으로 다르다.
본원에 사용된 바와 같이, "계면활성제"는 두 액체 사이 또는 액체와 고체 사이의 표면 장력(또는 계면 장력)을 낮추는 화합물을 나타낸다. 계면활성제는, 예를 들어, 세제, 습윤제, 유화제, 발포제 및/또는 분산제로 작용한다. 미생물에 의해 생산되는 계면활성제를 "생물계면활성제"라고 한다.
본원에 사용된 바와 같이, "생물적 스트레스(biotic stress)"는 박테리아, 균류 또는 따개비류(barnacles)와 같은 살아 있는 유기체의 결과인 조성물 및/또는 물체에 대한 압력이다. "생물적 스트레스 요인(biotic stressor)"은, "비생물적 스트레스 요인(abiotic stressor)"이 자외선, 동결 해동 순환(freeze-thaw cycling) 또는 염수와 같은 무생물 요인(non-living factor)의 결과라는 점에서 "비생물적 스트레스 요인"과 다르다.
본원에 사용된 바와 같이, "촉진제", "시멘트 촉진제(cement accelerator)", "촉진 혼화제(accelerating admixture)" 및 "콘크리트 촉진제(concrete accelerator)"는 콘크리트 조성물의 응결 시간(setting time)을 촉진하는 콘크리트, 시멘트, 모르타르, 렌더링(rendering) 또는 스크리드(screed)에 사용되는 성분이다. 촉진제는 강수 여부에 관계 없이 응결 시간을 지연시키거나 콘크리트를 손상시킬 수 있는 악천후, 특히, 추운 날씨의 영향을 상쇄하는 데 사용될 수 있다. 촉진제의 몇 가지 예는 질산칼슘, 아질산칼슘, 포름산칼슘, 염화칼슘, 트리에탄올아민 및 티오시안산나트륨이다.
본원에 사용된 바와 같이, "결합제", "접착제", "수지" 및 "에폭시"는 콘크리트, 분말 석고(plaster) 및 치장 벽토(stucco)와 같은 기존 구조물에 콘크리트를 결합할 수 있는 콘크리트에 사용되는 성분이다. 결합제가 없으면 새로운 콘크리트는 양생된 콘크리트 구조물에 부착될 수 없다. 결합제의 몇 가지 예는 폴리염화비닐, 폴리아세트산비닐, 아크릴, 및 부타디엔-스티렌 공중합체이다.
본원에 사용된 바와 같이, "부식 억제제"는 염화물 및 대기 중 CO2와 시멘트의 반응을 제한하여 보강 콘크리트의 조기 파괴(premature failure)를 방지할 수 있는 콘크리트에 사용되는 성분이다. 제빙 염(de-icing salt)과 같은 공급원에서 나온 염화물은 매립된 강철에 도달하여 녹을 생성할 수 있다. 부식 억제제의 몇 가지 예는 아미노알코올, 아질산칼슘 및 모노플루오로인산나트륨을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "공기 연행제"는 조성물에 작은 기포를 생성하기 위해 콘크리트에 사용되는 화합물이다. 공기 연행제는 콘크리트에서 에어 포켓(air pocket)의 발생을 촉진하여 온도 순환 동안 공기가 팽창 및 응축되도록 함으로써 내구성을 증가시키고, 콘크리트의 작업성과 응집성(cohesiveness)을 개선하며, 콘크리트의 재료 분리(segregation)와 블리딩(bleeding)을 감소시킨다. 공기 연행제는 목재 수지의 염, 합성 세제, 설폰화된 리그닌(sulfonated lignin)의 염, 석유산(petroleum acid)의 염, 단백질성 재료의 염, 지방산과 수지산 및 이들의 염, 알킬벤젠 설포네이트, 및 설폰화된 탄화수소의 염을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "결정성 혼화제" 또는 "투과성 감소제"는 이것이 첨가되는 콘크리트의 투과성을 낮춘다. 어떤 경우에는, 적절한 양의 결정성 혼화제의 첨가로 콘크리트가 물에 거의 불투과성이 될 수 있다. 결정성 혼화제의 몇 가지 예는 라텍스 및 스테아르산칼슘을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "가소제", "고유동화제", "작업성 혼화제" 및 "감수 혼화제"는 조작에 필요한 물의 양을 줄이고 유동성을 증가시키고/시키거나 물 대 시멘트 비율을 감소시키기 위해 콘크리트에 첨가된다. 화학 가소제의 몇 가지 예는 리그노 황산염(ligno sulfate), 폴리글루코 에스테르, 탄수화물 및 히드록실화 카르복시산을 포함한다. 변성 리그노 황산염, 설폰화된 나프탈렌 포름알데히드를 포함하는 고유동화제가 또한 존재하고, 이는 최대 30%의 물 감소로 콘크리트의 작업성을 허용하는 이들의 능력에서 가소제보다 뛰어나다.
본원에 사용된 바와 같이, "펌핑 보조제"는 콘크리트가 파이프, 채널, 드럼 또는 콘크리트 운송이나 홀딩 챔버를 위한 기타 물체를 통해 쉽게 흐를 수 있도록 하는 윤활 물질이다. 펌핑 보조제의 몇 가지 예는 유기 및 합성 중합체, 유기 응집제(organic flocculant), 파라핀의 유기 에멀션, 콜타르 아스팔트, 아크릴, 벤토나이트와 발열성 실리카, 및 수화 석회를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "지연제"는 콘크리트의 응결 시간을 늦추는 물질이다. 지연제의 몇 가지 예는 리그닌, 붕사, 당류, 및 타르타르산과 염을 포함한다. 유사하게, "수화 조절 혼화제"도 콘크리트의 응결 시간을 늦추지만, 수화 조절 혼합물은 증발 공정이 시작된 후에 종종 더 관대하다. 수화 조절 혼화제는 지효성캡슐(time-released capsule)과 비교될 수 있다.
본 발명에 따르면, 콘크리트가 응결되면서 "수축 저감제"가 콘크리트의 수축을 제한한다. 수축 저감제의 몇 가지 예는 폴리옥시알킬렌 알킬 에테르와 프로필렌 글리콜을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "알칼리-실리카 반응성 억제제"는 알칼리성 시멘트 페이스트와 실리카의 반응을 억제하여 콘크리트의 수명 전반에 걸쳐 일어날 수 있는 팽윤(swelling)을 억제한다. 규산나트륨이 반응으로 생겨서, 물에 노출되었을 때 부피가 증가하는 흡습성 겔을 생성한다. 알칼리-실리카 반응성 억제제의 몇 가지 예는 바륨 염, 질산리튬, 탄산리튬 및 수산화리튬을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "방습" 혼화제는 콘크리트 안으로 수분이 침투하는 것을 방지하거나 저해한다. 방습은 일반적으로 주변 환경으로부터의 수분이 콘크리트에 침투하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 이들 수분 공급원은 지하실 벽, 콘크리트 슬래브 또는 인도의 콘크리트를 둘러싸고 있는 흙이나 모래일 수 있다. 방습은 종종 콘크리트 조성물 전체에 걸쳐 혼합된 첨가제와 달리 콘크리트에 대한 외부 코팅의 형태로 존재한다. 콘크리트를 방습하는 데 사용될 수 있는 일부 재료는 스테아르산칼슘 또는 스테아르산암모늄의 비누, 올레산칼슘 또는 올레산암모늄의 비누, 스테아르산부틸 및 다양한 석유 제품을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "방수(waterproofing)" 혼화제는 방습과 유사하지만, 특히 높은 지하수위(high water table), 빈번한 홍수 또는 물웅덩이(pool)가 있는 환경에서 액체 물에 의한 침투를 방지하도록 설계되어 있다. 콘크리트의 외부 표면에 방수 재료가 또한 적용된다. 콘크리트를 방수하는 데 사용될 수 있는 일부 재료는 고무화된 아스팔트 코팅, 벤토나이트, 고무 기반 코팅, 및 우레탄 코팅을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "기체 발생(gas-forming)" 혼화제는 콘크리트가 양생되기 전에 콘크리트를 팽창시키는 데 책임이 있는 물질이다. 가장 일반적인 기체 발생 혼화제는 알루미늄 분말, 활성탄 및 과산화수소이다. 이들 첨가된 화학 물질은 콘크리트에 수소 기체의 기포를 형성한다. 콘크리트 상의 침하(settling)를 방지하는 것 외에, 수소 기체의 존재는 콘크리트 블리딩을 방지할 수도 있다. 콘크리트 블리딩은 물이 위로 밀려 올라가면 밀도가 더 높은 시멘트 입자가 아래로 가라앉는 것이다. 기체 발생 혼화제는 또한 경량 콘크리트를 생성할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "불분리" 혼화제는 물의 움직임으로 인해 발생한 수압 및 마찰의 영향을 완화하기 위해 수중 사용을 위해 정해진 콘크리트에 종종 첨가된다. 불분리 혼화제는 콘크리트의 응집성을 개선하고 시멘트 페이스트가 씻겨 나가는 것을 방지한다. 콘크리트는 자체 압축(self-compacting)일 수 있다. 셀룰로오스 및 아크릴 중합체가 불분리 조성물에 사용될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "발포(foaming)" 혼화제는 계면활성제 또는 가수분해된 단백질과 같은 다른 화학 물질을 콘크리트 조성물에 첨가함으로써 더 가볍고 밀도가 더 작은 콘크리트를 생성한다. 발포 혼화제가 있는 콘크리트는 구조 지지체와 달리 종종 공극 충전(void filling)에 사용된다.
본원에 사용된 바와 같이, "골재" 또는 "건축 골재"는 물과 시멘트와 함께 콘크리트를 생성하는 세 가지 기본 성분 중 하나이다. 골재는 미립 재료이다. 골재는 일반적으로 콘크리트 조성물의 대부분을 구성하고, 모래, 돌, 자갈, 유리, 실리카, 고로 슬래그(blast furnace slag), 재생 콘크리트, 암석 또는 기타 관련 성분을 포함한다.
"포함하는(including)" 또는 "함유하는(containing)"과 동의어인 "포함하는(comprising)"이라는 전환 용어(transitional term)는 포괄적이거나 제한이 없고 인용되지 않은 추가 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 대조적으로, "~로 이루어지는"이라는 전환 구(transitional phrase)는 청구범위에 명시되지 않은 모든 요소, 단계 또는 성분을 배제한다. "~로 필수 구성되는"이라는 전환 구는 청구항의 범위를 명시된 재료 또는 단계 및 청구된 발명의 "기본적이고 신규한 특징(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것"으로 제한한다. "포함하는"이라는 용어의 사용은 인용된 요소(들)로 "이루어지거나" "필수 구성되는" 실시예를 고려한다.
구체적으로 명시되거나 문맥에서 명백하지 않은 한, 본원에 사용된 바와 같이, "또는(~이나, ~이거나)"이라는 용어는 포괄적인 것으로 이해된다. 구체적으로 명시되거나 문맥에서 명백하지 않은 한, 본원에 사용된 바와 같이, "a", "an" 및 "the"라는 용어는 단수 또는 복수인 것으로 이해된다.
구체적으로 명시되거나 문맥에서 명백하지 않은 한, 본원에 사용된 바와 같이, "약"이라는 용어는 당업계에서 일반 공차(normal tolerance) 범위 내인 것으로, 예를 들어, 평균의 2 표준 편차 내인 것으로 이해된다. "약"은 명시된 값의 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.5%, 0.1%, 0.05%, 또는 0.01% 내인 것으로 이해될 수 있다.
본원에서 변수의 임의의 정의에서 화학 기(chemical group)의 목록을 열거하는 것은 임의의 단일 기 또는 나열된 기의 조합으로서 해당 변수의 정의를 포함한다. 본원에서 변수 또는 양상에 대한 실시예를 열거하는 것은 임의의 단일 실시예로서 또는 임의의 다른 실시예 또는 이의 일부와 조합하여 해당 실시예를 포함한다.
본 발명에 따른 효모 균주
바람직한 실시예에서, 본 발명은 생화학적 생산 효모를 활용한다. 효모는 천연 또는 유전자 변형 미생물일 수 있다. 예를 들어, 효모는 특정 유전자로 형질전환되어 특정한 특징을 나타낼 수 있다. 효모는 또한 원하는 균주의 돌연변이체일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "돌연변이체"는 기준 미생물(reference microorganism)의 균주, 유전 변이체(genetic variant) 또는 아류형(subtype)을 의미하고, 여기서 돌연변이체는 기준 미생물과 비교하여 하나 이상의 유전 변이(예를 들어, 점 돌연변이(point mutation), 미스센스 돌연변이(missense mutation), 넌센스 돌연변이(nonsense mutation), 결실(deletion), 중복, 프레임시프트 돌연변이(frameshift mutation) 또는 반복 확장(repeat expansion))를 갖는다. 돌연변이체를 만드는 절차는 미생물학적 기술에 잘 알려져 있다. 예를 들어, UV 돌연변이 유발(mutagenesis) 및 니트로소구아니딘(nitrosoguanidine)은 이를 위해 광범위하게 사용된다.
본 발명에 따라 사용하기에 적합한 효모 및 균류 종의 예는, 아카우로스포라(Acaulospora), 아스페르길루스(Aspergillus), 아우레오바시디움(Aureobasidium)(예를 들어, 아우레오바시디움 풀루란스(A. pullulans)), 블라케스레아(Blakeslea), 칸디다(Candida)(예를 들어, 칸디다 알비칸스(C. albicans), 칸디다 아피콜라(C. apicola)), 크립토콕쿠스(Cryptococcus), 데바리오마이세스(Debaryomyces)(예를 들어, 데바리오마이세스 한세니(D. hansenii)), 엔토모프토라(Entomophthora), 푸사리움(Fusarium), 한세니아스포라(Hanseniaspora)(예를 들어, 한세니아스포라 우바룸(H. uvarum)), 한세눌라(Hansenula), 이사첸키아(Issatchenkia), 클루이베로마이세스(Kluyveromyces), 모르티에렐라(Mortierella), 무코르(Mucor)(예를 들어, 무코르 피리포르미스(M. piriformis)), 메이에로지마(Meyerozyma)(예를 들어, 메이에로지마 구일리에르몬디(M. guilliermondii)), 페니실리움(Penicillium), 피티움(Phythium), 피코마이세스(Phycomyces), 피치아(Pichia)(예를 들어, 피치아 아노말라(P. anomala), 피치아 구일리에르몬디(P. guilliermondii), 피치아 옥시덴탈리스(P. occidentalis), 피치아 쿠드리아제비(P. kudriavzevii)), 슈도지마(Pseudozyma)(예를 들어, 슈도지마 아피디스(P. aphidis)), 리조푸스(Rhizopus), 사카로마이세스(예를 들어, 사카로마이세스 세레비시애(S. cerevisiae), 사카로마이세스 불라르디 세쿠에라(S. boulardii sequela), 사카로마이세스 토룰라(S. torula)), 스타르메렐라(예를 들어, 스타르메렐라 봄비콜라), 토룰롭시스(Torulopsis), 트라우스토키트리움(Thraustochytrium), 트리코데르마(Trichoderma)(예를 들어, 트리코데르마 레세이(T. reesei), 트리코데르마 하르지아눔(T. harzianum), 트리코데르마 비렌스(T. virens)), 우스틸라고(Ustilago)(예를 들어, 우스틸라고 메이디스(U. maydis)), 윅케르하모마이세스(예를 들어, 윅케르하모마이세스 아노말루스), 윌리옵시스(Williopsis) 및 자이고사카로마이세스(Zygosaccharomyces)(예를 들어, 자이고사카로마이세스 바일리(Z. bailii))를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
일부 실시예에서, 효모는 "킬러 효모(killer yeast)"로, 이는 균주 자체가 면역성인 독성 단백질 또는 당단백질의 분비를 특징으로 하는 효모 균주를 의미한다. 킬러 효모에 의해 분비되는 외독소(exotoxin)는, 예를 들어, 다른 효모 균주, 균류 또는 박테리아를 사멸시킬 수 있다. 킬러 효모는 윅케르하모마이세스 종(윅케르하모마이세스 아노말러스), 피치아, 한세눌라, 사카로마이세스, 한세니아스포라, (한세니아스포라 우바룸), 우스틸라고 메이디스, 데바리오마이세스 한세니, 칸디다 종(Candida spp.)(칸디다 알비칸스, 칸디다 루고사(C. rugosa), 칸디다 트로피칼리스(C. tropicalis), 칸디다 리폴리티카(C. lipolytica), 칸디다 토룰롭시스(C. torulopsis)), 스타르메렐라 종(스타르메렐라 봄비콜라), 크립토콕쿠스, 클루이베로마이세스, 토룰롭시스, 우스틸라고, 윌리옵시스, 자이고사카로마이세스 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
특정 실시예에서, 미생물은 스타르메렐라 종 효모 및/또는 칸디다 종 효모, 예를 들어, 스타르메렐라 (칸디다) 봄비콜라, 칸디다 아피콜라, 칸디다 바티스테(Candida batistae), 칸디다 플로리콜라(Candida floricola), 칸디다 리오도센시스(Candida riodocensis), 칸디다 스텔라테(Candida stellate) 및/또는 칸디다 쿠오이(Candida kuoi)이다. 특정 실시예에서, 미생물은 스타르메렐라 봄비콜라, 예를 들어, 균주 ATCC 22214이다.
특정 바람직한 실시예에서, 미생물은 윅케르하모마이세스 아노말러스이다.
예를 들어, 상당한 양의 당지질 생물계면활성제 또는 탄수화물, 폴리올, 지질, 에스테르 및/또는 단백질과 같은 다른 유용한 대사산물을 축적할 수 있는 다른 균류 균주(fungal strain)를 포함하는 다른 미생물 균주는 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 유용한 다른 대사산물 및/또는 미생물 성분은 만노단백질(mannoprotein), 베타-글루칸, 및 생물유화(bio-emulsifying)와 표면/계면 장력 감소 특성을 갖는 기타를 포함한다.
본 발명에 따른 효모의 성장
본 발명은 미생물을 배양하고 미생물 대사산물 및/또는 미생물 성장의 다른 부산물을 생산하기 위한 방법을 활용한다. 미생물 배양 시스템은 일반적으로 침지 배양 발효를 사용하지만, 표면 배양 및 하이브리드 시스템도 사용될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "발효"는 조절된 조건하에서 세포의 성장을 나타낸다. 성장은 호기성 또는 혐기성일 수 있다. 문맥에서 달리 요구하지 않는 한, 이 문구는 공정의 성장 단계와 제품 생합성 단계 둘 모두를 포함하는 것으로 의도된다.
본원에 사용된 바와 같이, "브로스", "배양 브로스(culture broth)" 또는 "발효 브로스(fermentation broth)"는 적어도 영양소를 포함하는 배양 배지(culture medium)를 나타낸다. 브로스가 발효 공정 후라고 하면, 브로스는 미생물 성장 부산물 및/또는 미생물 세포도 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 바이오매스(biomass)(예를 들어, 생존 세포 물질), 세포외 대사산물(예를 들어, 소분자 및 분비 단백질), 잔류 영양소 및/또는 세포내 성분(예를 들어, 효소 및 기타 단백질)을 생산하기 위한 재료 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따라 사용되는 미생물 성장 용기는 산업상의 용도를 위한 임의의 발효기 또는 배양 반응기일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "반응기", "생물반응기(bioreactor)" 또는 "발효 반응기"라는 용어는 하나 이상의 용기(vessel) 및/또는 타워(tower) 또는 배관 설비(piping arrangement)로 이루어지는 발효 장치를 포함한다. 이러한 반응기의 예는 연속 교반 탱크 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR), 고정화 균체 반응기(Immobilized Cell Reactor, ICR), 트리클 층 반응기(Trickle Bed Reactor, TBR), 기포 칼럼(Bubble Column), 가스 리프트 발효기(Gas Lift Fermenter), 정적 믹서(Static Mixer), 또는 기체-액체 접촉에 적합한 기타 용기 또는 기타 장치를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 생물반응기는 제1 성장 반응기와 제2 발효 반응기를 포함할 수 있다. 이와 같이, 생물반응기 또는 발효 반응에 배양기(substrate)를 첨가하는 것을 언급할 때, 적절한 경우 이들 반응기 중 어느 하나 또는 둘 모두에 대한 첨가를 포함하는 것으로 이해해야 한다.
일 실시예에서, 용기는 기능적 제어/센서를 가질 수 있거나, 기능적 제어/센서에 연결되어 pH, 산소, 압력, 온도, 교반기 축동력, 습도, 점도 및/또는 미생물 밀도 및/또는 대사산물 농도와 같이 배양 공정에서 중요한 요인을 측정할 수 있다.
추가 실시예에서, 용기는 용기 내부의 미생물 성장을 모니터링할 수도 있다(예를 들어, 세포 수 및 성장 단계의 측정). 대안적으로, 용기에서 일일 샘플을 채취하여 희석 플레이팅(dilution plating) 기술과 같이 당업계에 알려진 기술로 계수(enumeration)할 수 있다. 희석 플레이팅은 샘플에 있는 세포의 수를 추정하는 데 사용되는 간단한 기술이다. 이 기술은 또한 상이한 환경이나 처리를 비교할 수 있는 지수(index)를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 방법은 질소 공급원으로 배양물(cultivation)을 보충하는 단계를 포함한다. 질소 공급원은, 예를 들어, 질산칼륨, 질산암모늄, 황산암모늄, 인산암모늄, 암모니아, 요소, 및/또는 염화암모늄일 수 있다. 이들 질소 공급원은 독립적으로 사용되거나 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
배양 방법은 성장 배양물에 산소화(oxygenation)를 제공할 수 있다. 일 실시예는 저산소 함유 공기를 제거하고 산소화된 공기를 도입하기 위해 공기의 느린 운동을 활용한다. 산소화된 공기는 액체를 기계적으로 교반하기 위한 임펠러(impeller)와 액체에 산소를 용해시키기 위해 액체에 기체의 기포를 공급하는 공기 스파아저(air sparger)를 포함하는 메커니즘을 통해 매일 보충되는 주위 공기일 수 있다.
이 방법은 탄소 공급원으로 배양물을 보충하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 탄소 공급원은 일반적으로 글루코오스, 수크로오스, 락토오스, 프룩토오스, 트레할로오스, 만노오스, 만니톨, 및/또는 말토오스와 같은 탄수화물; 아세트산, 푸마르산, 시트르산, 프로피온산, 말산, 말론산, 및/또는 피루브산과 같은 유기산; 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 이소부탄올, 및/또는 글리세롤과 같은 알코올; 대두유, 쌀겨유, 올리브유, 옥수수유, 참기름, 및/또는 아마인유와 같은 지방 및 오일이다. 이들 탄소 공급원은 독립적으로 사용되거나 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 배지에는 미생물을 위한 성장 인자와 미량 영양소가 포함되어 있다. 일 실시예에서, 무기 염이 또한 포함될 수 있다. 특정 실시예에서, 배양 방법은 배양 공정 전 및/또는 배양 공정 동안 액체 배지에 추가 산 및/또는 항균제를 첨가하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 항균제 또는 항생제는 배양물을 오염으로부터 보호하기 위해 사용된다. 또한, 배양 중에 기체가 생성될 때 거품(foam)의 형성 및/또는 축적을 방지하기 위해 소포제가 또한 첨가될 수 있다.
혼합물의 pH는 대상 미생물에 적합해야 한다. 완충제, 및 탄산염과 인산염과 같은 pH 조절제가 pH를 바람직한 값 가까이에 안정화시키는 데 사용될 수 있다. 금속 이온이 고농도로 존재하는 경우, 액체 배지에 킬레이트제를 사용하는 것이 필요할 수 있다.
미생물은 플랑크톤 형태로 또는 생물막으로서 성장할 수 있다. 생물막의 경우, 용기는 미생물이 생물막 상태로 성장할 수 있는 배양기(substrate)를 용기 안에 가질 수 있다. 시스템은, 예를 들어, 생물막 성장 특징을 촉진 및/또는 개선하는 자극(전단 응력과 같은)을 가하는 능력을 또한 가질 수 있다.
일 실시예에서, 미생물을 배양하기 위한 방법은 약 5℃ 내지 약 100℃, 바람직하게는 15℃ 내지 60℃, 더 바람직하게는 25℃ 내지 50℃에서 실행된다. 추가 실시예에서, 배양은 일정한 온도에서 연속적으로 실행될 수 있다. 다른 실시예에서, 배양은 온도 변화를 거칠 수 있다.
일 실시예에서, 이 방법과 배양 공정에 사용되는 장비는 멸균 상태이다. 반응기/용기와 같은 배양 장비는 멸균 유닛, 예를 들어, 오토클레이브에서 분리될 수 있지만, 이에 연결될 수 있다. 배양 장비는 접종(inoculation)을 시작하기 전에 원 위치에서(in situ) 멸균하는 멸균 유닛을 또한 가질 수 있다. 공기는 당업계에 알려진 방법에 의해 멸균될 수 있다. 예를 들어, 주위 공기는 용기 안으로 도입되기 전에 적어도 하나의 필터를 통과할 수 있다. 다른 실시예에서, 배지는 저온 살균되거나 선택적으로는 열이 전혀 가해지지 않을 수 있고, 이 경우 박테리아 성장을 억제하기 위해 낮은 수분 활성(water activity)과 낮은 pH의 사용이 이용될 수 있다.
발효 브로스의 바이오매스 함량은, 예를 들어, 5 g/l 내지 180 g/l 또는 그 이상일 수 있다. 일 실시예에서, 브로스의 고체 함량은 10 g/l 내지 150 g/l이다.
일 실시예에서, 본 발명은 에탄올, 폴리올, 에스테르, 락트산, 베타-글루칸, 단백질, 펩티드, 대사 중간체, 고도불포화 지방산, 생물계면활성제 및 지질과 같은 미생물 대사산물을 생산하기 위한 방법을 추가로 제공한다. 이 방법에 의해 생산되는 대사산물 함량은, 예를 들어, 적어도 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 또는 90%일 수 있다.
대상 미생물에 의해 생산되는 미생물 성장 부산물은 미생물에 보유되거나 액체 배지 안으로 분비될 수 있다. 다른 실시예에서, 미생물 성장 부산물을 생산하기 위한 방법은 대상 미생물 성장 부산물을 농축 및 정제하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 추가 실시예에서, 액체 배지는 미생물 성장 부산물의 활성을 안정화시키는 화합물을 함유할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 미생물 성장 부산물은 생물계면활성제이다. 본 발명에 따른 특정 생물계면활성제는, 예를 들어, 저분자량 당지질(glycolipid, GL), 리포펩티드(lipopeptide, LP), 플라보지질(flavolipid, FL), 인지질(phospholipid), 및 고분자량 중합체, 예컨대, 리포단백질, 리포다당류-단백질 복합체, 및 다당류-단백질-지방산 복합체를 포함한다.
일 실시예에서, 미생물 생물계면활성제는 람노지질(rhamnolipid, RLP), 소포로지질(SLP), 트레할로스 지질(trehalose lipid) 또는 만노실에리트리톨 지질(mannosylerythritol lipid, MEL)과 같은 당지질이다. 일 실시예에서, 미생물 생물계면활성제는 이투린(iturin), 펜기신(fengycin) 또는 서팩틴(surfactin)과 같은 리포펩티드이다.
일 실시예에서, 효모 기반 조성물은 이들 생물계면활성제 중 임의의 것의 블렌드를 포함한다. 바람직하게는 블렌드는 소포로지질, 및 선택적으로 만노실에리트리톨 지질, 서팩틴, 이투린 및/또는 람노지질 중 하나 이상을 포함한다.
특정 실시예에서, 미생물 성장 부산물은 탄수화물, 폴리올, 지질, 당지질, 에스테르, 및/또는 단백질이다. 이들 구성 성분은 발효 폐기물로서 부산물일 수 있다. 성장 부산물은 또한 효모 세포 사멸로 인한 잔류 화학 물질일 수 있다.
특정 실시예에서, 정제된 화합물은 대상 화합물의 적어도 60 중량%이다. 바람직하게는, 조합제(preparation)는 대상 화합물의 중량을 기준으로 적어도 75%, 더 바람직하게는 적어도 90%, 가장 바람직하게는 적어도 99%이다. 예를 들어, 정제된 화합물은 중량을 기준으로 원하는 화합물의 적어도 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 98%, 99%, 또는 100%(w/w)인 화합물이다. 순도는 임의의 적절한 표준 방법, 예를 들어, 칼럼 크로마토그래피, 박층 크로마토그래피, 또는 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 분석에 의해 측정된다.
미생물을 배양하고 미생물 부산물을 생산하기 위한 방법 및 장비는 배치(batch), 준연속(quasi-continuous), 또는 연속 공정으로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 모든 미생물 배양 조성물은 배양 완료 시(예를 들어, 원하는 세포 밀도, 또는 브로스 내 특정 대사산물의 밀도 달성 시) 제거된다. 이러한 배치 절차에서, 첫 번째 배치를 수확하면 완전히 새로운 배치가 시작된다.
다른 실시예에서, 발효 생성물의 일부만이 한 번에 제거된다. 이 실시예에서, 생존 세포를 갖는 바이오매스는 새로운 배양 배치(cultivation batch)를 위한 접종물(inoculant)로서 용기 안에 남아 있다. 제거되는 조성물은 무세포 브로스이거나 세포를 함유할 수 있다. 이러한 방식으로, 준연속 시스템이 생성된다.
유리하게는, 이 방법은 복잡한 장비나 높은 에너지 소비를 필요로 하지 않는다. 대상 미생물은 현장에서(on site) 소규모 또는 대규모로 배양되고, 이들의 배지와 여전히 혼합되어 있는 경우에도 활용될 수 있다. 유사하게, 미생물 대사산물은 또한 필요한 장소에서 대량으로 생산될 수 있다.
유리하게는, 미생물 기반 제품은 원격 위치에서 생산될 수 있다. 미생물 성장 시설은, 예를 들어, 태양열, 풍력 및/또는 수력 발전을 활용함으로써 공공시설을 사용하지 않고(off the grid) 작동할 수 있다.
효모 기반 제품(yeast-based Product)의 제조
본 발명의 하나의 효모 기반 제품은 단순히 효모 및/또는 효모에 의해 생산된 미생물 대사산물 및/또는 임의의 잔류 영양소를 함유하는 발효 브로스이다. 발효 생성물은 추출이나 정제 없이 직접 사용될 수 있다. 원하는 경우, 추출 및 정제는 문헌에 기술된 표준 추출 및/또는 정제 방법이나 기술을 사용하여 쉽게 이루어질 수 있다.
효모 기반 제품 내의 효모는 활성 또는 비활성 형태, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 효모 기반 제품은 추가 안정화, 보존 및 저장 없이 사용될 수 있다. 유리하게는, 이들 효모 기반 제품의 직접 사용은 미생물의 높은 생존력(viability)을 보존하고, 이물질 및 바람직하지 않은 미생물로부터 오염 가능성을 감소시키고, 미생물 성장 부산물의 활성을 유지한다.
일 실시예에서, "Star 3+"로 명명된 제1 효모 발효 생성물은 고체 상태 발효의 변형된 형태를 사용하여 효모, 예를 들어, 윅케르하모마이세스 아노말러스의 배양을 통해 얻어질 수 있다. 윅케르하모마이세스 아노말러스는 흔히 식품 및 곡물 생산과 관련이 있고, 다양한 용매, 효소, 독소, 트리글리세리드뿐만 아니라 생물계면활성제(예를 들어, 인지질)의 효과적인 생산자이다. 배양물은, 예를 들어, 쌀, 대두, 병아리콩, 파스타, 오트밀 또는 콩과 같이 효모가 부착 및 증식할 수 있는 충분한 표면적을 갖는 배양기 위에서 성장할 수 있다. 효모 세포가 내내 성장하는 전체 발효 배지 및 이의 임의의 성장 부산물(예를 들어, 효소, 용매 및/또는 생물계면활성제)은, 예를 들어, 25~30℃에서 3~5일 배양한 후에 수확될 수 있다. 배양물을 배양기와 혼합하고, 분쇄 및/또는 미분화하고, 선택적으로 건조시킬 수 있다. 이는 Star 3+ 제품을 포함한다. 예를 들어, 1 × 1010 내지 1012 세포/그램을 포함할 수 있는 조성물은 다른 성분과 혼합되기 전에, 예를 들어, 최대 10, 50, 100, 500, 또는 1,000배 희석될 수 있다.
일 실시예에서, 효모 발효 생성물은 윅케르하모마이세스 아노말러스의 침지 배양을 통해 얻어질 수 있다. 25~30℃에서 7일 배양한 후 발효 브로스는 효모 세포 현탁액과, 예를 들어, 적어도 1 내지 100 g/L, 2 내지 80 g/L, 3 내지 60 g/L, 4 내지 40 g/L, 5 내지 20 g/L 또는 6 내지 10 g/L의 생물계면활성제를 함유할 수 있다.
일 실시예에서, 효모 발효 생성물은 또한 생물계면활성제 생산 효모인 스타르메렐라 봄비콜라의 배양을 통해 얻어질 수 있다. 이 종은 SLP와 같은 당지질 생물계면활성제의 효과적인 생산자이다. 25℃에서 5일 배양한 후 발효 브로스는 효모 세포 현탁액과, 예를 들어, 적어도 1 내지 150 g/L, 2 내지 120 g/L, 3 내지 100 g/L, 4 내지 80 g/L, 5 내지 60 g/L 또는 6 내지 50 g/L의 당지질 생물계면활성제를 함유할 수 있다.
특정 실시예에서, 본 조성물의 생물계면활성제는 하나 이상의 당지질 생물계면활성제를 포함한다. 바람직한 특정 실시예에서, 당지질은 소포로지질이다.
소포로지질은, 예를 들어, 스타르메렐라 계통군과 일부 실시예에서 윅케르하모마이세스 아노말러스의 효모에 의해 생산되는 당지질 생물계면활성제이다. SLP는 긴 사슬 히드록시 지방산에 연결된 이당류 소포로스(sophorose)로 이루어진다. 이들은 17-L-히드록시옥타데칸산 또는 17-L-히드록시-△9-옥타데센산에 β-글리코시드에 의해 부착된 부분적으로 아세틸화된 2-O-β-D-글루코피라노실-D-글루코피라노오스 단위를 포함할 수 있다. 히드록시 지방산은 일반적으로 16 또는 18개의 탄소 원자이고, 하나 이상의 불포화 결합을 함유할 수 있다. 또한, 소포로스 잔기는 6- 및/또는 6'-위치(들)에 아세틸화될 수 있다. 지방산 카르복실기는 유리(산성 또는 선형 형태(일반식 1))이거나 4"-위치에 내부적으로 에스테르화될 수 있다(락톤계 형태(일반식 2)). 스타르메렐라 봄비콜라는 스타르메렐라 봄비콜라 락톤 에스테라아제(esterase)라고 하는 특정 효소를 생산하고, 이는 선형 SLP의 에스테르화를 촉매하여 락톤계 SLP(lactonic SLP)를 생산한다.
Figure pct00001
Figure pct00002
상기 식에서 R1　및 R1'은 독립적으로 포화 탄화수소 사슬을 나타내거나, 선형 또는 분지형일 수 있고 하나 이상의 히드록시기를 포함할 수 있는 8 내지 20개, 특히 12 내지 18개의 탄소 원자, 더 바람직하게는 14 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 단일 또는 다중, 특히 단일 불포화 탄화수소 사슬을 나타내고, R2　및 R2'는 독립적으로 수소 원자 또는 포화 알킬 작용기를 나타내거나, 선형 또는 분지형일 수 있고 하나 이상의 히드록시기를 포함할 수 있는 1 내지 9개의 탄소 원자, 더 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 단일 또는 다중, 특히 단일 불포화 알킬 작용기를 나타내고, R3, R3', R4　및 R4'은 독립적으로 수소 원자 또는 아세틸기를 나타낸다.
소포로지질은 정제된 형태 또는 발효 생성물의 혼합물로 존재할 수 있다. 소포로지질은 0.001 내지 90 중량%(wt %), 바람직하게는 0.01 내지 50 중량%, 더 바람직하게는 0.1 내지 20 중량%의 농도로 콘크리트 조성물에 첨가될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 정제된 SLP는, SLP가 0.001 내지 50%(v/v), 바람직하게는 0.01 내지 20%(v/v), 더 바람직하게는 0.02 내지 5%(v/v)의 농도로 존재할 수 있다는 점에서, 허용 가능한 담체와 조합될 수 있다.
효모 성장으로 생긴 효모 및/또는 브로스는 성장 용기로부터 제거될 수 있고, 예를 들어, 즉시 사용을 위해 배관을 통해 운반될 수 있다.
효모 발효 생성물은 효모 세포와 발효 브로스를 포함할 수 있거나, 효모 세포로부터 분리된 발효 브로스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 브로스 내의 생물계면활성제 또는 다른 성장 부산물은 브로스로부터 추가로 분리되고 정제된다.
다른 실시예에서, 조성물(효모, 브로스, 또는 효모와 브로스)은, 예를 들어, 의도한 용도, 고려한 적용 방법, 발효 탱크의 크기, 및 미생물 성장 시설에서 사용 위치까지의 모든 운송 방식을 고려하여 적절한 크기의 용기에 넣을 수 있다. 따라서, 효모 기반 조성물을 넣는 용기는, 예를 들어, 1 갤런 내지 2,000 갤런 또는 그 이상일 수 있다. 다른 실시예에서, 용기는 2 갤런, 5 갤런, 25 갤런, 250 갤런 또는 그 이상이다.
특정 실시예에서, 본 발명의 조성물은, 예를 들어, 효모 세포벽의 외부 표면의 일부로서 고농도의 만노단백질(만노단백질은 매우 효과적인 생물유화제임); 효모 세포벽에서 생체고분자 베타-글루칸(유화제)의 존재; 및 배양물에서 생물계면활성제, 대사산물 및 용매(예를 들어, 락트산, 에탄올, 아세트산에틸 등)의 존재 중 하나 이상을 포함하는 생물계면활성제 단독에 비해 이점을 갖는다.
본 발명에 따라 유용한 다른 화학 물질은 만노단백질, 베타-글루칸, 에탄올, 락트산 및 예를 들어, 생물유화 및 표면/계면 장력 감소 특성을 갖는 기타 대사산물을 포함한다.
특정 실시예에서, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물은 콘크리트에 첨가될 수 있다. 이들 조성물은 콘크리트 성분의 초기 혼합 동안 첨가될 수 있거나, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물은 초기 콘크리트 적용 후, 즉 양생 공정 동안 또는 양생 공정 후에 첨가될 수 있다.
콘크리트는 물, 시멘트 및 골재의 세 가지 기본 성분을 갖는다. 예를 들어, 모래, 돌, 암석, 자갈, 재생 콘크리트, 유리 또는 고로 슬래그와 같은 골재가 콘크리트의 대부분을 구성하고, 이것이 콘크리트의 기본 구조를 제공한다. 특정 실시예에서, 골재는 모래와 같은 한 가지 유형이거나, 예를 들어, 모래, 재생 콘크리트 및 유리와 같은 상이한 골재의 조합일 수 있다. 시멘트가 접착제로 사용되어 골재를 서로 결합한다. 혼합물이 균질하고 작업 가능한 조성물로 만들어질 수 있도록 물이 첨가된다. 이 콘크리트 혼합물은 응용 분야에 따라 다양한 형상과 조성물로 생성될 수 있다.
콘크리트 혼합물에 다양한 유형의 혼화제가 첨가되었다. 이들은, 예를 들어, 촉진제, 결합제, 부식 억제제, 공기 연행제, 결정성 혼화제, 안료, 가소제, 고유동화제, 펌핑 보조제, 지연제, 감수 혼화제, 수축 저감제, 수화 조절 혼화제, 알칼리-실리카 반응성 억제제, 방습 혼화제, 투과성 감소 혼화제, 기체 발생 혼화제, 불분리 혼화제, 발포 혼화제 및/또는 작업성 혼화제를 포함한다.
특정 실시예에서, 촉진제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 사용되거나, 이와 함께 사용된다. 염화칼슘, 질산칼슘, 아질산칼슘, 포름산칼슘, 염화칼슘, 트리에탄올아민 및 티오시안산나트륨이 콘크리트 조성물에 사용될 수 있지만, 종종 부식 문제가 발생하여 부식 억제제의 사용을 필요로 한다.
특정 실시예에서, 부식 억제제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 사용되거나, 이와 함께 사용된다. 부식 억제제의 몇 가지 예는 2-아미노메틸 프로판올과 같은 아미노알코올; 디에틸에탄올아민 벤조트라이졸 및 메틸 벤조트리아졸과 같은 벤조트리아졸; 아질산칼슘; 및 모노플루오로인산나트륨을 포함한다.
미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 제품은 처리될 표면에 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 제품의 부착을 촉진하는 조성물과 함께 적용될 수 있다. 부착 촉진 물질은 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 제품의 성분일 수 있거나, 효모 기반 제품과 순차적으로 적용될 수 있다. 결합제, 접착제, 수지 및 에폭시는 기존 구조물에 콘크리트를 결합하거나 콘크리트의 표면에 추가 화학 물질을 결합할 수 있는 콘크리트에 사용되는 성분이다. 결합제는 새로운 콘크리트가 양생된 콘크리트 구조물에 부착되도록 돕는다. 본 개시내용에서 사용될 수 있는 결합제의 몇 가지 예는 폴리염화비닐, 폴리아세트산비닐, 아크릴, 및 부타디엔-스티렌 공중합체이다.
특정 실시예에서, 공기 연행제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 사용되거나, 이와 함께 사용될 수 있다. 공기 연행제는 목재 수지의 염, 합성 세제, 설폰화된 리그닌의 염, 석유산의 염, 단백질성 재료의 염, 지방산과 수지산 및 이들의 염, 알킬벤젠 설포네이트, 및 설폰화된 탄화수소의 염을 포함한다.
특정 실시예에서, 예를 들어, 라텍스 및 스테아르산칼슘을 포함하는 결정성 혼화제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 사용되거나, 이와 함께 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명의 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물은 안료 또는 염료를 포함하고, 이는 페인트 또는 다른 코팅의 색을 제공할 수 있지만 추가로 표면 또는 물체를, 예를 들어, UV 광으로부터 보호할 수 있다. 안료 또는 염료는 천연, 합성, 무기 또는 유기일 수 있다. 안료 또는 염료는, 예를 들어, 이산화티타늄, 산화아연, 아연 황(zinc yellow), 황색 염료(yellow dye), 벤지딘 옐로우(benzidine yellow), 산화크롬 그린(chrome oxide green), 프탈로시아닌 그린(phthalocyanine green), 프탈로시아닌 블루(phthalocyanine blue), 울트라마린 블루(ultramarine blue), 주홍(vermillion), 안료 갈색 6, 적색 170, 디옥사진 바이올렛(dioxazine violet), 카본 블랙(carbon black), 산화철(II), 석영사(SiO2), 활석(talc), 중정석(BaSO4), 카올린 점토 및 석회암(CaCO3)으로부터 선택될 수 있다.
특정 실시예에서, 가소제, 고유동화제, 작업성 혼화제, 및 감수 혼화제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 첨가되거나, 이와 함께 사용될 수 있다. 화학 가소제의 몇 가지 예는 리그노 황산염, 폴리글루코 에스테르, 탄수화물 및 히드록실화 카르복시산을 포함한다. 예를 들어, 변성 리그노 황산염, 설폰화된 나프탈렌 포름알데히드를 포함하는 고유동화제가 또한 존재하고, 이는 콘크리트의 작업성을 허용하는 이들의 능력에서 가소제보다 뛰어나다.
특정 실시예에서, 펌핑 보조제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 첨가되거나, 이와 함께 사용될 수 있다. 펌핑 보조제의 몇 가지 예는 유기 및 합성 중합체, 유기 응집제, 파라핀의 유기 에멀션, 콜타르 아스팔트, 아크릴, 벤토나이트와 발열성 실리카, 및 수화 석회를 포함한다.
특정 실시예에서, 지연제 및 수화 조절 혼화제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 첨가되거나, 이와 함께 사용될 수 있다. 지연제의 몇 가지 예는 리그닌, 붕사, 당류, 및 타르타르산과 염을 포함한다.
특정 실시예에서, 예를 들어, 폴리옥시알킬렌 알킬 에테르와 프로필렌 글리콜을 포함하는 수축 저감제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 첨가되거나, 이와 함께 사용될 수 있다.
알칼리-실리카 반응성 억제제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 사용되거나, 이와 함께 사용될 수 있다. 알칼리-실리카 반응성 억제제의 몇 가지 예는 바륨 염, 질산리튬, 탄산리튬 및 수산화리튬을 포함한다.
방습 또는 방수 혼화제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 사용되거나, 이와 함께 사용될 수 있다. 콘크리트를 방습하는 데 사용될 수 있는 일부 화학 물질은, 예를 들어, 스테아르산칼슘 또는 스테아르산암모늄의 비누, 올레산칼슘 또는 올레산암모늄의 비누, 스테아르산부틸 및 다양한 석유 제품을 포함한다. 콘크리트의 외부 표면에 방수 재료가 또한 적용된다. 콘크리트를 방수하는 데 사용될 수 있는 일부 재료는 고무화된 아스팔트 코팅, 벤토나이트, 고무 기반 코팅, 및 우레탄 코팅을 포함한다.
특정 실시예에서, 기체 발생 혼화제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 첨가되거나, 이와 함께 사용될 수 있다. 가장 일반적인 기체 발생 혼화제는, 예를 들어, 알루미늄 분말, 활성탄 및 과산화수소이다.
특정 실시예에서, 불분리 혼화제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 첨가되거나, 이와 함께 사용될 수 있다. 셀룰로오스 및 아크릴 중합체가 불분리 혼화제에 사용될 수 있는 예시적인 물질이다.
특정 실시예에서, 계면활성제 및 가수분해된 단백질을 포함하는 발포 혼화제는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물에 첨가되거나, 이와 함께 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 콘크리트 조성물은 중량 또는 부피 기준 약 0.001% 내지 약 50%, 약 0.01% 내지 약 10%, 약 0.05% 내지 약 1%, 또는 약 0.1% 내지 약 0.5%의 농도로 미생물 성장 부산물을 함유한다.
특정 실시예에서, 콘크리트의 표면에 적용되는 조성물은 조성물의 중량 또는 부피 기준 약 0.001% 내지 약 50%, 약 0.01% 내지 약 10%, 약 0.01% 내지 약 1%, 또는 약 0.1% 내지 약 0.5%의 농도로 미생물 성장 부산물을 함유한다.
특정 실시예에서, 미생물 세포는, 예를 들어, 조성물 1 밀리리터당 적어도 1 × 104, 1 × 105, 1 × 106, 1 × 107, 1 × 108, 1 × 109, 1 × 1010, 또는 1 × 1011 이상의 세포의 농도로 존재할 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따르면, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 제품은 미생물이 성장한 브로스를 포함할 수 있다. 제품은, 예를 들어, 중량 기준으로 적어도 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, 또는 100% 브로스일 수 있다. 제품 내 바이오매스의 양은, 중량 기준으로, 예를 들어, 사이의 모든 백분율을 포함하여 대략 0% 내지 100%일 수 있다.
선택적으로는, 제품은 사용 전에 저장될 수 있다. 저장 시간은 짧은 것이 바람직하다. 따라서, 저장 시간은 60일, 45일, 30일, 20일, 15일, 10일, 7일, 5일, 3일, 2일, 1일 또는 12시간 미만일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 살아 있는 세포가 제품에 존재하는 경우, 제품은 예를 들어, 20℃, 15℃, 10℃ 또는 5℃ 미만과 같은 차가운 온도에서 저장된다. 다른 한편으로, 생물계면활성제 조성물은 일반적으로 주위 온도에서 저장될 수 있다.
본원에 제공된 임의의 조성물 또는 방법은 본원에 제공된 임의의 다른 조성물 및 방법 중 하나 이상과 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 특징과 이점은 본 발명의 바람직한 실시예의 다음 설명과 청구범위로부터 명백할 것이다. 본원에 인용된 모든 참고문헌은 본원에 참조로 포함된다.
콘크리트에서 미생물 및 이들의 성장 부산물의 사용
본 발명에 따른 조성물을 포함하는 콘크리트의 사용은 다양한 이점을 제공할 수 있다. 콘크리트의 혼합물에 사용될 수 있도록, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물은 물, 시멘트, 골재 및 선택적 혼화제를 포함하는 콘크리트의 다양한 성분의 초기 혼합 동안 첨가될 수 있다.
산성 및 락톤계 소포로지질 둘 모두가 사용될 수 있다. 두 가지 유형의 소포로지질 사이의 혼합물은 각 제품 응용 분야의 원하는 특징에 따라 조정될 수 있다. 소포로지질과 효모 세포를 포함하는 다른 성분 사이의 비율은 각 응용 분야에 대해 수정될 수 있다. 소포로지질은 화학 물질 및/또는 성장 배지를 생산한 유기체로부터 정제될 수 있다. 대안적으로, 소포로지질은 정제되지 않은 형태로 사용될 수 있다. 생물계면활성제를 생산하기 위해 사용된 유기체는 조성물로부터 제거될 수 있는 반면, 성장 배지의 다른 성분 및 유기체에 의해 생산되는 다른 부산물은 콘크리트 조성물에 첨가될 혼합물에 남아 있을 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 조성물 또는 제품을 "적용"하는 것은 조성물 또는 제품이 해당 표적, 장소 또는 재료에 영향을 미칠 수 있도록 이를 표적, 장소 또는 재료와 접촉시키는 것을 나타낸다. 이 효과는, 예를 들어, 미생물 성장 및/또는 생물계면활성제 또는 기타 성장 부산물의 작용으로 인한 것일 수 있다. 예를 들어, 미생물 기반 조성물 또는 제품은 콘크리트 배치 플랜트 및/또는 콘크리트 제품의 사용 장소에서 붓기, 분무, 혼합, 살포 및/또는 주입을 통해 콘크리트 혼합물에 액체 또는 건조된 형태로 첨가될 수 있다.
미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물이 양생 동안 또는 양생 후에 콘크리트에 적용되는 경우, 이는 예를 들어, 분무기(spray bottle) 또는 가압 분무 장치를 사용하여 분무함으로써 적용될 수 있다. 조성물은 또한 천이나 브러시를 사용하여 적용될 수 있고, 여기서 조성물이 표면 위에 문질러지거나, 펴지거나, 솔질된다. 또한, 조성물은, 조성물이 안에 들어 있는 용기 안에 표면을 담그거나(dipping) 적시거나(dunking) 또는 잠기게 하여(submerging) 표면에 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 재료 및/또는 표면은 그 위가 조성물로 적셔지게 된다. 예를 들어, 적심(soaking)은 필요에 따라 적어도 5초, 30초, 1분, 30분, 60분, 12시간, 24시간, 36시간, 48시간 또는 72시간 이상 동안 일어날 수 있다.
특정 실시예에서, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물은 콘크리트의 강도를 증가시키고, 콘크리트 조성물에 사용되는 물의 양을 줄이고, 콘크리트의 작업성을 증가시키고, 콘크리트의 다공성을 감소시키고, 콘크리트 응결 속도를 수정하고/하거나 생물적 및 비생물적 스트레스에 대한 콘크리트의 내성을 증가시켜 콘크리트를 개선할 수 있다.
콘크리트 조성물
미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물은, 예를 들어, 포틀랜드 시멘트(Portland cement)와 같이 건축에 사용되는 일반적인 유형의 콘크리트/시멘트에 사용될 수 있다. 또한, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물은 도로, 주차장, 공항 및 댐에 자주 사용되는 아스팔트 콘크리트에 사용될 수 있다. 투수 콘크리트(pervious concrete), 나노 콘크리트(nanoconcrete), 미생물 콘크리트(microbial concrete) 및 폴리머 콘크리트(polymer concrete)는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물을 혼합물의 성분으로 사용할 수 있는 모든 유형의 콘크리트이다.
또한, 생물계면활성제는 콘크리트에 적용된 코팅에 사용될 수 있다. 일반적으로, 콘크리트는 물, 염, 및/또는 공기에 의한 침투를 방지하여 표면 손상, 부식 및 얼룩으로부터 이를 밀봉하기 위해 코팅된다. 특정 실시예에서, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물은 표면만 코팅하는 반면, 다른 실시예에서 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물은 콘크리트 안으로 침투할 수 있을 뿐만 아니라 표면 위에 남아 있을 수 있다.
콘크리트의 향상된 강도
콘크리트의 강도는 일반적으로 콘크리트 혼합물에 있는 물의 양에 반비례한다. 콘크리트에서 물의 농도가 1% 감소하면 콘크리트의 강도는 약 5% 증가한다. 그러나 일부 경우에는 물 함량이 감소하면 콘크리트의 작업성뿐만 아니라 양생 시간이 감소한다.
본 발명에 따르면, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물, 바람직하게는 소포로지질과 윅케르하모마이세스 아노말러스는 강도를 손상시키지 않으면서 콘크리트의 작업성을 증가시킬 수 있다. 가소제와 고유동화제는 콘크리트 강도를 향상시키면서 콘크리트의 작업성을 유지하기 위해 현재 콘크리트 혼합물에 사용된다.
콘크리트의 강도는 조합되거나 개별적으로 다양한 방법을 통해 향상될 수 있다. 이 방법은 콘크리트 조성물에 있는 물의 양을 줄이는 단계와 콘크리트의 다공성을 감소시키는 단계를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 물이 응결 공정 동안 콘크리트에서 증발하기 때문에 콘크리트에 공극이 있으므로, 공극 부피가 작을수록 콘크리트는 더 강해진다. 남아 있는 이들 공극이 콘크리트의 다공성을 결정한다. 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물을 사용하여 초기 콘크리트 혼합물에 있는 물의 양을 줄이는 것도 콘크리트의 다공성을 감소시킬 수 있다. 콘크리트의 다공성은 콘크리트에 첨가된 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물의 농도에 의해 결정될 수 있고, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물이 없는 콘크리트 혼합물에 비해 강도를 증가시키면서 콘크리트가 그 작업성을 유지할 수 있도록 한다.
특정 실시예에서, 콘크리트 혼합물에 약 0.01% 내지 약 0.5%의 농도로 소포로지질을 첨가하고 약 0.1% 내지 약 0.5%의 농도로 효모 세포 발효 폐기물을 첨가하면 콘크리트의 강도를 현저히 증가시킬 수 있다. 효모 세포 발효 폐기물은 살아 있거나 죽은 효모 세포의 결과일 수 있으므로, 효모 세포는 약 0.1 g/l 내지 약 100 g/l의 농도로 첨가될 수 있다. 효모 세포, 소포로지질, 및/또는 기타 성장 부산물의 첨가로, 물 소비는 또한 약 1% 내지 약 50%, 약 10% 내지 약 25%, 또는 약 15% 내지 약 20% 감소할 수 있다. 이러한 선택적인 물 감소는 또한 콘크리트의 양생 시간을 수정할 수 있다.
콘크리트의 양생 시간 수정
미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물을 콘크리트 혼합물에 첨가하여 양생 시간이 수정될 수 있다. 콘크리트에 있는 물의 농도가 양생 기간을 결정한다(증발에 영향을 미치는 다른 모든 변수는 동일함). 물 농도가 더 낮아지면 증발은 더 빨라지고 양생 시간은 더 줄어드는 반면, 물 농도가 더 커지면 물 증발은 더 느려지고 양생 시간은 증가한다. 유리하게는, 특정 실시예에서, 본 발명의 조성물을 콘크리트 혼합물에 첨가하여 콘크리트가 작업 가능한 상태로 남아 있는 데 필요한 물의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서 콘크리트의 양생 시간은 줄어들 수 있다.
대안적으로, 특정 실시예에서, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물을 콘크리트 혼합물에 첨가하여, 콘크리트 강도를 유지하거나 심지어 증가시키면서 양생 시간이 연장될 수 있다. 콘크리트는 더 오랜 기간 동안 더 가단성(malleable)이 있다.
생물적 및 비생물적 스트레스에 대한 콘크리트의 내성 증가
특정 실시예에서, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물은 환경 스트레스에 대한 내성을 증가시키기 위해 콘크리트 혼합물에 첨가되거나 응결된 또는 응결 콘크리트의 표면에 적용될 수 있다. 스트레스는 박테리아 및 따개비류와 같은 생물적 스트레스와, 고온과 저온, 동결 해동 순환, 염, 고압 또는 저압, 바람, 강수, 파도, 물, 자외선, 콘크리트 혼합물 또는 콘크리트 코팅 내의 불순물, 정수압(hydrostatic pressure), 연마제(모래 폭풍과 같은), 및 콘크리트의 움직임, 예를 들어, 트럭으로 응결된 콘크리트 슬래브를 운송하는 것을 포함하는 비생물적 스트레스를 포함한다.
특정 실시예에서, 콘크리트는 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물의 첨가로 서리에 견딜 수 있다. 내상성(frost resistance)은 콘크리트가 0℃ 이하의 온도 동안 또는 온도 후에 그것의 의도한 용도를 유지하는 능력을 나타낸다. 내상성은 콘크리트의 물이나 수분 침투를 방지하여, 콘크리트 내에 얼음이 형성되어 잠재적으로 콘크리트가 부서지는 것을 방지함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물은, 조성물 내의 더 낮은 물 농도 및/또는 콘크리트 내에 연행된 증가된 공기량 때문에, 콘크리트가 약 -30℃, 약 -15℃, 또는 약 -5℃까지를 포함하는 동결 이하의 온도로 인해 발생하는 콘크리트 파괴(concrete fracture)에 저항하도록 할 수 있다.
특정 실시예에서, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물은 살아 있는 유기체 또는 무생물 물질에 의한 오염을 방지함으로써 콘크리트의 수명을 증가시킨다. 본 발명은 침전(deposition)이 발생하는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물은 물, 염, 및/또는 공기에 의한 침투로부터 콘크리트를 밀봉한다. 생물계면활성제 조성물은 콘크리트의 표면 위에 남아 있거나, 조성물은 콘크리트에 침투할 수 있다. 침투는 콘크리트의 전체 깊이의 약 0.1% 내지 약 1%, 약 0.5% 내지 약 5%, 약 1% 내지 약 10%, 약 5% 내지 약 50%, 또는 100%의 깊이에 도달할 수 있다.
특정 실시예에서, 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물 조성물은 파도 및 바람과 같은 연마 요소에 콘크리트가 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
콘크리트 평가
콘크리트 조성물 또는 콘크리트 코팅의 다양한 특성을 확인하고 평가하기 위해 다양한 시험이 수행될 수 있다. 이들 시험은 콘크리트가 구조적인 요건을 충족시키는지 확인하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 이들 시험은 콘크리트의 원하는 특성을 생성하기 위해 다양한 혼화제의 최적 농도를 결정하는 데 사용될 수 있다.
흡수 시험
콘크리트 내의 수분 수준(moisture level)을 시험하는 것은 콘크리트 샘플의 내수성 특징을 결정하는 일반적인 방법이다. BS 1881-122:2011에서 사용될 수 있는 한 가지 일반적인 흡수 시험.
영국 표준(British Standard, BS) 1881-122:2011 및 BS 1881-122:1983 시험은 잠겼을 때 콘크리트 샘플 안으로 침투하는 물의 양을 측정한다. 이들 시험은 시험 변형과 함께 당업계의 실무자에 의해 알려져 있다. 이들 두 가지 시험에서 다음을 포함하는 다양한 항목이 필요할 수 있다: 시편을 칭량하는 데 저울이 사용되고; 약 75 mm 직경의 코어(core)를 절단하는 데 코어링 머신(coring machine)이 사용되고; 약 105℃의 온도에서 건조 오븐이 사용되고; 약 20℃의 온도에서 유지되는 정수를 함유하는 깊이가 적어도 125 mm인 탱크; 및 시험할 3개의 샘플을 담기에 충분한 부피의 건조기(desiccator)로 사용될 수 있는 건조 밀폐 용기. 각 샘플은 투수성(water permeability)에 대한 이들 기술 공인 시험(art-recognized test)에 따라 처리된다.
빠른 염화물 투과성 시험(Rapid Chloride Permeability Test)
빠른 염화물 투과성 시험은 원통형 샘플을 통과한 전하의 양을 모니터링하여 염화물 이온 침투에 저항하는 콘크리트의 능력을 평가한다. 이 시험의 한 가지 예는 활성 표준 시험 방법(ASTM) C1202이다. 이 시험에서, 전하는 6시간 동안 콘크리트를 통과한다. 콘크리트를 통과한 총 전하는 염화물 이온 침투에 저항하는 시편의 능력과 관련이 있다. 통과된 전하의 수준이 더 낮은 것은 높은 저항을 나타낸다. 염화물 투과성 시험은 당업계의 실무자에 의해 잘 이해된다.
투수성 시험
투수성 시험은 정수압을 받을 때 콘크리트 샘플 안으로 물이 침투하는 깊이를 확인한다. 물 침투 시험의 두 가지 예인 BS(유럽 표준) EN 12390-8 및 DIN 1048 파트 5는 콘크리트 샘플이 3일 동안 0.5 MPa의 정수압을 받을 때 물 침투 깊이를 시험한다. 콘크리트 샘플을 28일 동안 타설(cast)하고 양생한 다음, 시험 장치에 넣는다. 샘플 홀더(sample holder)는 양쪽 끝이 개방되어 있고, 한쪽 끝이 정수압을 받는다. 3일 후 시험 장치에서 샘플을 꺼내어 수직으로 반으로 갈라서 물이 침투한 최대 깊이를 측정한다.
이 시험은 물이 정수압을 받을 때 콘크리트 안으로 물이 침투하는 것을 측정하기 때문에, 이 시험은 지하실, 터널, 댐, 및 저수기(water reservoir)와 같은 구조물에 사용될 콘크리트를 시험하는 데 유용하다. 콘크리트 구조물이 그 수명 동안 정수압을 받도록 의도되지 않은 경우, 이 투수성 시험은 흡수 시험과 결합될 수 있다.
압축 강도 시험
압축 강도 시험은 적용된 정적 또는 동적 하중에서 적절히 수행하는 콘크리트의 능력을 확인한다. 일부 표준 시험은 ASTM C31, ASTM C39, ASTM C192, AASHTO T-22, AASHTO T-23, AASHTO T-126, EN 1290-1, EN 12390-2, EN 12390-3, EN 12390-4, 및 EN 12504-1이다.
이 시험은 원하는 하중, 품질 관리, 설계 혼합물 승인 및 허용 가능성을 제공하는 데 필요한 크기 또는 구조 성분을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이 시험은 콘크리트 적용 장소에서 실행되거나, 이 시험은 생산 장소에서 수행될 수 있다.
압축 강도를 측정하기 위해, 원통형이나 정육면체 콘크리트 시편을 압축 시험기에 일정한 하중 속도로 넣고, 콘크리트가 파괴되는 하중인 파단 하중(breaking load)을 측정한다. 강도는 파단 하중을 하중 방향에 수직인 시편의 단면적으로 나누어서 계산한다. 강도의 단위는 다른 압력 단위 중에서 psi, kg/cm2, 또는 MPa일 수 있다.
최종 시험 결과는 동일한 샘플로 타설되고 동일한 양생 연령에서 시험된 여러 시편의 평균 강도에서 얻고, 일반적으로, 28일에 완전히 설계된 용량(fully designed capacity)(28일 강도)을 갖는 것으로 명시된다. 세 번의 연속적인 시험 결과가 명시된 강도를 충족시키거나 초과해야 하고, 시험은 명시된 강도의 특정 백분율 아래로 떨어지지 않아야 한다.
압축 시험기 외에 필요한 장비는 몰드(mold), 믹서, 시험 장비, 및 샘플 양생 장비이다.
인장 강도 시험
인장 강도 시험은 인장력이 가해질 때 콘크리트의 파괴 저항을 결정한다. 이 시험에 대한 일부 표준은 ASTM C31, ASTM C78, ASTM C192, AASHTO T-23, AASHTO T-97, AASHTO T-126, EN 12390-5, EN 1339, EN 1340, 및 EN 1521이다.
콘크리트의 인장 강도는 압축 강도의 10 내지 15%일 수 있기 때문에 콘크리트는 일반적으로 직접적인 인장 하중에 대한 저항이 필요한 응용 분야에 대해서는 설계되지 않는다. 직접 인장력 적용, 굴곡, 간접 분할 실린더 시험, 및 드물게는 단축 인장을 포함하는, 콘크리트의 특징을 확인하는 데 사용될 수 있는 여러 가지 유형의 인장 강도 시험이 있다.
굴곡 시험(flexure test)은 대칭적인 두 점 또는 세 점 하중을 사용하여 보강되지 않은 콘크리트 프리즘 또는 빔에 굽힘 하중(bending load)을 가하는 단계를 포함하는 일반적인 시험이다. 콘크리트 빔은 하중을 받으면 구부러질 것이고, 빔이 파괴되면, 해당 파괴점(failure point)에서의 하중을 사용하여 인장 강도 및/또는 파괴 계수(modulus of rupture)를 계산한다. 분할 실린더 시험에서, 원통형 시편을 압축기의 플래튼(platen) 사이에 그 긴 축이 수평하도록 놓고, 실린더가 그 축을 따라 분할되도록 함으로써 파괴될 때까지 시편의 측면에 점진적으로 하중을 가한다.
필요한 장비는 몰드, 믹서, 시험 장비, 및 샘플 양생 장비이다. 굴곡 시험을 위해, 굴곡 빔 프레임이나 굴곡 플래튼을 압축기에 설치한다. 분할 실린더 시험을 위해서는, 분할 하중을 가하기 위해 시험 지그(testing jig)와 목재 스트립이 필요하다.
밀도 시험
주로, 알려진 부피가 건조 조건과 잠긴 조건 둘 모두에서 칭량되는 부력 저울 방법(buoyancy balance method)과, 새로운 콘크리트 샘플을 알려진 부피의 금속 용기 안에 넣는 항복 버킷 방법(yield buckets method)에 의해, 콘크리트의 밀도를 결정하기 위한 다양한 시험이 있다. 새로운 콘크리트를 용기 안에 압축하여 상단까지 채우고, 상단을 평평하게 긁어낸 다음 칭량한다. 밀도는 단순한 중량/부피 계산에 의해 결정된다. 사용될 수 있는 표준 시험 중 일부는 ASTM C29, ASTM C138, AASHTO T-19, AASHTO T-121, EN 12390-7, 및 EN 1097-3이다.
필요한 장비는 몰드, 믹서, 부력 저울 및 프레임, 자(scale), 다짐대(tamping rod), 스트라이크 오프 플레이트(strike-off plate) 및 샘플 양생 장비이다.
인장 케이블이나 보강 바(reinforcement bar)와 같은 프리텐션 보강 요소(pretensioned reinforcing element)를 타설하는 데 고밀도 콘크리트를 사용할 수 있다. 보강 바와 콘크리트 사이에 추가 결합 강도를 제공하기 위해 프리텐션 케이블(pretensioned cable) 위에 콘크리트를 붓는다. 콘크리트가 경화되면 보강 바를 해제하여 콘크리트 요소를 압축시킨다. 이것은 교량 거더(bridge girder) 및 프리텐션 바닥 슬래브(pretensioned floor slab)와 같은 고강도 요소에 사용된다. 악천후 조건에서 성능을 향상시키기 위해 온-그레이드(on-grade) 바닥 슬래브에 저밀도 콘크리트 및 공기 연행 콘크리트가 사용된다. 콘크리트 밀도는 생물계면활성제, 골재 및 시멘트의 존재를 포함하는 그 성분의 밀도뿐만 아니라, 그것의 공기 함량에 따라 달라진다.
슬럼프 시험(Slump Test)
콘크리트 슬럼프 시험은 새로 만들어진 콘크리트의 반죽 질기(consistency)와 작업성뿐만 아니라, 이것이 흐르는 용이성을 측정하는 데 사용된다. 일반적으로, 이 시험은 물 대 시멘트 비율을 보여주고, 물 함량이 더 높으면 더 높은 슬럼프 값(slump value)을 보여준다. 슬럼프는 경화된 콘크리트의 압축 강도를 나타내는 지표이다. 일반적으로, 표준 검량 콘크리트(standard weigh concrete)에 대해서는 물 함량이 더 높으면 강도가 더 낮아진다. 그러나 생물계면활성제를 포함할 수 있는 혼화제는 필요한 유동성에 필요한 물 대 시멘트 비율을 변경하여 슬럼프 값에 영향을 줄 수 있다. 사용될 수 있는 표준 시험 중 일부는 ASTM C143, AASHTO T-119, 및 EN 12350-2이다.
이 시험은 새로운 콘크리트로 채워진 표준화된 치수의 슬럼프 콘(Slump Cone) 또는 아브람스 콘(Abrams Cone)이라고 하는 원추 형상 몰드로 실행된다. 콘이 제거되면 새로운 콘크리트가 수직으로 침하하고, 슬럼프 값은 원래 높이에서의 수직 침하(vertical settlement) 또는 슬럼프의 측정이다. 필요한 장비는 금속 슬럼프 콘, 다짐대, 슬럼프 콘 베이스, 줄자, 몰드, 믹서, 시험 장비, 및 샘플 양생 장비이다.
고유동 콘크리트는 보강 콘크리트 요소 전체에 적절하고 균질한 혼합물이 분포되어 있도록 하기 위해 크게 보강된 형태 내부에 콘크리트를 타설하는 데 사용된다. 따라서, 슬럼프를 측정하는 주요 목적은 허용 가능한 작업성을 이루는 것이다.
공기 함량 시험
공기 함량 시험은 콘크리트 내 공기의 양을 결정하는 데 사용된다. 이 시험은 일반적으로 압력 방법을 사용한다. 콘크리트를 알려진 부피의 용기 내부에 넣고, 상단에서 플러싱(flushing)하였다. 이 방법은 공극 내 공기 기둥이 적용 압력에 비례한다는 보일의 법칙(Boyle's Law)을 기초로 한다. 펌프가 장착된 별도 공기 챔버를 연결함으로써 함유된 밀봉 시험물(sealed test)에 압력이 가해진다. 밸브가 닫힌 상태에서는 챔버가 보정 작동 압력으로 가압되고 압력계는 중량을 측정한다. 밸브가 열린 상태에서는 콘크리트 내의 공기가 시험 챔버 안으로 팽창하고 압력계는 공기 함량의 단위로 판독값을 제공한다. 필요한 장비는 공기 연행 계량기, 스트라이크 오프 바, 고무 망치, 믹서, 시험 장비, 및 샘플 양생 장비이다. 사용될 수 있는 표준 시험 중 일부는 ASTM C231, AASHTO T-152, 및 EN 12350-7이다.
콘크리트가 동결과 해동의 순환에 노출되는 영역에서는 콘크리트 내의 높은 수준의 공기 연행이 종종 필요하다. 동결 시 물이 팽창하고, 이는 콘크리트 요소의 결합 또는 인장 강도를 초과할 수 있는 내력을 생성하여 갈라짐(cracking)을 일으킬 수 있다. 매우 작은 기포 형태의 공기는 콘크리트 내에 빈 공간을 제공하고, 이는 물이 침전 및 팽창할 수 있는 저장소 역할을 하여 동결 순환에서 내부 압력을 완화하고 콘크리트를 보호한다. 공기는 혼합 블레이드(mixing blade)를 사용하여 콘크리트 혼합물에 균일하게 분포되어 있다. 연행된 공기의 기포를 안정화시키기 위해 혼합 공정 동안 첨가제가 사용되어 콘크리트가 경화된 후에도 남아 있다.
콘크리트 시험 해머(Concrete test hammer)
시험 해머는 현장 콘크리트(in-situ concrete)의 강도를 결정하는 데 사용된다. 콘크리트 시험 해머는 리바운드 해머(Rebound Hammer) 또는 슈미트 해머(Schmidt Hammer)로도 알려져 있다. 시험 해머는 설계된 양의 에너지로 콘크리트 샘플의 표면에 충격을 가하기 위해 해제되는 스프링 작동 질량을 사용한다. 그 다음, 충격 후 반발 거리를 측정한다. 해머는 시험 중인 표면에 수직으로 유지되고, 반발은 샘플 지점의 경도에 따라 달라진다. 그 다음, 이러한 반발 측정은 변환 차트에 의해 압축 강도로 변환된다. 기기 배향을 보상하기 위해 다양한 변환 차트가 생성되었다. 이들 차트는 압축을 받아 분쇄되기 전에 콘크리트 샘플에 반발 시험을 실행하여 개발되었다. 압축 시험기 외에 필요한 장비는 몰드, 믹서, 시험 장비, 및 샘플 양생 장비이다.
이것은 앞에서 개략된 바와 같이 압축 강도를 결정하기 위한 표준 시험이 아니다. 그러나 압축 시험되는 콘크리트 시편의 수는 종종 무작위 시험 이상으로 간주하기에는 너무 적다. 많은 경우에는 구조 개장, 모델링 및 해석을 위해 노후 콘크리트 요소의 압축 강도를 결정하는 것이 또한 중요하다.
초음파 펄스 속도 시험
초음파 콘크리트 시험기는 콘크리트 균일성의 측정, 공극, 균열 및 기타 결함의 유무 결정, 노후로 인해 발생하거나 불, 서리 또는 화학 공격의 작용을 통해 발생할 수 있는 콘크리트의 열화, 층 두께 및 탄성 계수의 측정, 및 콘크리트 강도의 결정을 포함할 수 있다. 이들 매개변수를 시험하기 위해 초음파 펄스가 콘크리트를 통과하고; 이동 시간을 측정한다.
이 시험은 완성된 콘크리트에서 수행하여 해당 콘크리트의 품질을 평가할 수 있다. 고속의 초음파 펄스가 관찰되면, 밀도 또는 결함의 존재와 관련하여 콘크리트는 전체적으로 균일하고 균질하다. 표면 및 표면 아래에서의 문제는 이 방법으로 탐지할 수 있다.
예
본 발명 및 이것의 많은 이점에 대해 더 잘 이해하는 것은 예시로 주어진 다음의 예로부터 얻을 수 있다. 다음 예는 본 발명의 방법, 적용, 실시예 및 변형 중 일부를 예시한다. 예는 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
예 1 - 소포로지질 및 윅케르하모마이세스 아노말러스를 사용한 콘크리트 압축 강도의 증가
생물계면활성제와 효모 배양물의 조합은 콘크리트의 강도를 향상시킨다. 압축 강도 시험은 샘플의 강도를 평가하는 데 사용되었다. 각각의 샘플은 포틀랜드 시멘트, 모래 및 물을 포함하였다. 일부 샘플은 윅케르하모마이세스 아노말러스 및 락톤계 또는 산성 소포로지질을 추가로 포함하였다.
윅케르하모마이세스 아노말러스와 소포로지질을 물과 QUIKRETE®를 포함하는 통상적인 콘크리트 혼합물에 첨가하고, 다음 시험 조건에서 어떠한 혼화제도 없이 QUIKRETE® 1 kg당 150 ml의 물을 첨가한다:
1. 대조군: 0 g/l의 윅케르하모마이세스 아노말러스와 0 ml/l의 소포로지질
2. 그룹 2: 10 g/l의 윅케르하모마이세스 아노말러스와 0.05 ml/l의 락톤계 소포로지질
3. 그룹 3: 10 g/l의 윅케르하모마이세스 아노말러스와 0.1 ml/l의 락톤계 소포로지질
4. 그룹 4: 10 g/l의 윅케르하모마이세스 아노말러스와 0.3 ml/l의 산성 소포로지질
5. 그룹 5: 10 g/l의 윅케르하모마이세스 아노말러스와 0.1 ml/l의 산성 소포로지질
6. 그룹 6: 10 g/l의 윅케르하모마이세스 아노말러스와 0.05 ml/l의 산성 소포로지질
효모 및 생물계면활성제를 함유하거나 함유하지 않는 콘크리트 혼합물을 일정 직경이 50 mm이고 높이가 100 mm인 실린더에 붓는다. 콘크리트 샘플을 실온(22℃)에서 27일 동안 건조시킨다.
각 콘크리트 샘플의 압축 강도를 결정하기 위해, TORBAL FB 고해상도 고정밀 역계(High Resolution Precision Force Gauge)를 사용하였다. 각 콘크리트 샘플 실린더를 게이지가 수평을 이루어 중량을 측정하는 스탠드(stand)에 수직으로 놓았다. 실린더가 완전히 갈라져서 더 이상 힘을 측정할 수 없을 때까지 압축을 가하였다. 결과적인 최대 힘을 표 1에 기록하였다. 각 시험 조건은 세 번 수행되었다. 결과적인 평균 최대 압축력은 각 시험 조건에 대해 결정되었다.
표 1
Figure pct00003
표 1에 예시된 결과를 바탕으로, 10 g/l의 윅케르하모마이세스 아노말러스와 0.05 ml/l의 락톤계 소포로지질을 함유한 콘크리트 혼합물은 효모 세포나 소포로지질을 갖지 않는 대조 콘크리트보다 압축 강도가 21.4% 더 높았다.

Claims (32)

  1. 콘크리트를 개선하기 위한 조성물에 있어서,
    상기 조성물은 미생물 배양물 및/또는 이의 성장 부산물과 콘크리트 혼합물(concrete mixture)을 포함하는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 혼합물은 물, 골재(aggregate), 및 시멘트를 포함하는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 골재는 모래, 자갈, 돌, 암석, 고로 슬래그(blast furnace slag), 유리, 및 재생 콘크리트 중 하나 또는 이들의 조합으로부터 선택되는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 성장 부산물은 약 0.001% 내지 약 5%의 농도로 상기 조성물에 존재하는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미생물 배양물은 약 0.1 g/l 내지 약 100 g/l의 농도로 상기 조성물에 존재하는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성장 부산물은 생물계면활성제(biosurfactant)인, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 생물계면활성제는 소포로지질(sophorolipid)인, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 소포로지질은 락톤계 소포로지질(lactonic sophorolipid)인, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 성장 부산물은 탄수화물, 폴리올, 지질, 당지질, 에스테르 또는 단백질 중 하나 또는 이들의 조합을 포함하는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 미생물 배양물은 윅케르하모마이세스 종(Wickerhamomyces spp.) 및/또는 스타르메렐라 종(Starmerella spp.)을 포함하는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 생장 상태(vegetative state)로 존재하는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 포자 형태(spore form)로 존재하는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    콘크리트 혼화제(concrete admixture)를 추가로 포함하는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 콘크리트 혼화제는,
    a) 촉진제;
    b) 결합제;
    c) 부식 억제제;
    d) 공기 연행제(air entraining agent);
    e) 결정성 혼화제(crystalline admixture);
    f) 안료;
    g) 가소제;
    h) 고유동화제(superplasticizer);
    i) 펌핑 보조제(pumping aids);
    j) 지연제(retarder);
    k) 감수 혼화제(water-reducing admixture);
    l) 수축 저감제(shrinkage reducer);
    m) 수화 조절 혼화제(hydration-control admixture);
    n) 알칼리-실리카 반응성 억제제;
    o) 방습 혼화제(damp-proofing admixture);
    p) 투과성 감소 혼화제(permeability reducing admixture);
    q) 기체 발생 혼화제(gas-forming admixture);
    r) 불분리 혼화제(anti-washout admixture);
    s) 발포 혼화제(foaming admixture); 및
    t) 작업성 혼화제(workability admixture) 중
    적어도 하나를 포함하는, 콘크리트를 개선하기 위한 조성물.
  15. 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법은 미생물 배양물 및/또는 이의 성장 부산물을 콘크리트에 첨가하는 단계를 포함하는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 콘크리트는 물, 골재 및 시멘트를 포함하는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 콘크리트는 콘크리트 혼화제를 추가로 포함하는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 콘크리트 혼화제는,
    a) 촉진제;
    b) 결합제;
    c) 부식 억제제;
    d) 공기 연행제;
    e) 결정성 혼화제;
    f) 안료;
    g) 가소제;
    h) 고유동화제;
    i) 펌핑 보조제;
    j) 지연제;
    k) 감수 혼화제;
    l) 수축 저감제;
    m) 수화 조절 혼화제;
    n) 알칼리-실리카 반응성 억제제;
    o) 방습 혼화제;
    p) 투과성 감소 혼화제;
    q) 기체 발생 혼화제;
    r) 불분리 혼화제;
    s) 발포 혼화제; 및
    t) 작업성 혼화제 중
    하나 또는 이들의 조합으로부터 선택되는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 골재는 모래, 자갈, 돌, 암석, 고로 슬래그, 유리, 및 재생 콘크리트 중 하나 또는 이들의 조합으로부터 선택되는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 성장 부산물은 생물계면활성제인, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 생물계면활성제는 소포로지질인, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 소포로지질은 락톤계 소포로지질인, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 성장 부산물은 탄수화물, 폴리올, 지질, 당지질, 에스테르 및 단백질 중 하나 또는 이들의 조합을 포함하는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 성장 부산물은 약 0.001% 내지 약 50%의 농도로 존재하는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  25. 제15항에 있어서,
    상기 미생물 배양물은 약 0.1 g/l 내지 약 100 g/l의 농도로 상기 조성물에 존재하는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  26. 제15항에 있어서,
    상기 미생물 배양물은 윅케르하모마이세스 종 및/또는 스타르메렐라 종을 포함하는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  27. 제15항에 있어서,
    상기 미생물은 생장 상태로 존재하는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  28. 제15항에 있어서,
    상기 미생물은 포자 형태로 존재하는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  29. 제15항에 있어서,
    상기 콘크리트는,
    a) 콘크리트의 강도를 증가시키는 단계;
    b) 콘크리트 조성물에 사용되는 물의 양을 줄이는 단계;
    c) 콘크리트의 작업성을 증가시키는 단계;
    d) 콘크리트의 다공성을 감소시키는 단계;
    e) 콘크리트의 양생 시간을 수정하는 단계; 및
    f) 하나 이상의 환경 스트레스에 대한 콘크리트의 내성을 증가시키는 단계로서, 상기 하나 이상의 환경 스트레스는 생물적 스트레스(biotic stress)와 비생물적 스트레스(abiotic stress)로부터 선택되는, 단계 중
    하나 또는 이들의 조합에 의해 개선되는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  30. 제15항에 있어서,
    상기 콘크리트, 성장 부산물 및/또는 미생물 배양물은 상기 콘크리트를 적용하기 전에 함께 혼합되는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  31. 제15항에 있어서,
    상기 콘크리트는 상기 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물이 상기 콘크리트에 적용될 때 양생되는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
  32. 제15항에 있어서,
    상기 콘크리트는 상기 미생물 배양물 및/또는 성장 부산물이 상기 콘크리트에 적용될 때 완전히 양생되는, 콘크리트의 하나 이상의 특성을 개선하기 위한 방법.
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