Самовосстанавливающийся бетон заделывает трещины спящими бактериями
Бетон кажется прочным и долговечным строительным материалом, но он может быть на удивление уязвимым для непогоды.
Теперь исследователи из Университета Дрекселя (Drexel University) продемонстрировали тип самовосстанавливающегося бетона с «биоволокнами», которые используют бактерии для заделывания трещин по мере их образования.
Бетон не зря получил звание самого используемого строительного материала в мире: он прост в изготовлении, он прочен и в идеальных условиях долговечен.
Но, конечно, реальный мир редко соответствует идеалу, поэтому бетон постоянно подвергается атмосферным воздействиям, которые могут привести к появлению трещин. Именно тогда начинаются настоящие проблемы: колебания температуры приводят к расширению трещин, а влага запускает различные процессы, которые могут разъедать бетон.
Таким образом, бетонные конструкции нуждаются в постоянном обслуживании, что может быть дорогостоящим и неудобным, а также увеличивать (и без того большое) воздействие на окружающую среду при их изготовлении. Поиск способов замедлить это ухудшение может избавить от многих головных болей.
Именно здесь на помощь приходит BioFiber от Drexel. Эти полимерные волокна не только действуют как физическое усиление, но и выполняют важную двойную функцию в качестве механизма самовосстановления.
Волокна покрыты слоем гидрогеля, который содержит эндоспоры – спящие формы бактерий, способные выдерживать экстремальные условия, а затем возрождаться, когда ситуация становится более комфортной. Затем слой гидрогеля покрывают тонкой полимерной оболочкой.
Бетон BioFiber можно использовать, как и любой другой, но его секретная суперсила становится очевидной только позже, когда и если он треснет. Когда вода достигает BioFiber, гидрогель расширяется и вырывается из оболочки, направляясь к поверхности.
При этом дремлющие бактерии пробуждаются и начинают питаться углеродом и кальцием из окружающего их бетона. Из-за этого образуется карбонат кальция, цементирующий материал, который заполняет и латает трещину.
Хотя время заживления может варьироваться, команда исследователей утверждает, что BioFiber, похоже, способен залатать трещины всего за день или два.
Предыдущие исследования показали, что самовосстанавливающийся бетон наполнен бактериями, но одна из главных проблем заключалась в том, как сохранить микробы живыми в течение длительного времени, сохраняя при этом бетон неповрежденным. Решением может стать использование спящих эндоспор, заключенных в гидрогель под защитной полимерной оболочкой.
Еще предстоит много работы, но ученые говорят, что бетон BioFiber может в конечном итоге помочь снизить требования к техническому обслуживанию зданий, а также выбросы CO2 при производстве бетона.
Исследование опубликовано в журнале Construction and Building Materials.