Исследователи протестировали самовосстанавливающийся бетон — трещины в нем заполняют живые бактерии
Бетон сделали прозрачным и предлагали использовать для хранения электроэнергии. Но кто позаботится о самом бетоне? В недавнем исследовании, опубликованном журналом Sustainability, исследователи рассмотрели различные способы создания цементных материалов, способных самовосстанавливаться в течение длительного времени (теперь бы еще асфальт, который сам латает дыры).
Бетон наиболее используемый строительный материал в мире благодаря высокой прочности, легкодоступному и недорогому сырью, доступности и долговечности. Однако пористая структура делает его склонным к образованию трещин. Главные факторы — сухая усадка, внешняя нагрузка, пластическая усадка, коррозия арматуры и тепловое напряжение. Маленькие трещины со временем стремительно распространяются дальше. А была бы возможность устранить микротрещины на начальной стадии, срок службы бетонной конструкции удалось бы продлить. Но большинству мелких трещин невозможно добраться, так как они образуются внутри, либо устранение требует слишком большого количества сил и денег. Именно поэтому ученые пытаются сделать самовосстанавливающийся бетон.
Согласно одному из методов, применяются экспансивные агенты. Они способствуют гидратированному расширению цементной сетчатой матрицы или закупоривают трещины осаждением водорастворимых примесей. Для этого используют CaCO3 и силиката магния. А, например, уреолитические бактерии (Bacillus sphaericus) ускоряют осаждение карбоната кальция (CaCO3) внутри микротрещин посредством разложения мочевины. Их можно распылять непосредственно на поверхность бетона, содержащую микротрещины. Они также значительно уменьшают водопроницаемость трещин. А бактерии Sporoscarcina Pasteurii улучшают проницаемость и пористость бетонов на основе летучей золы. Но высокая щелочность среды губительна для этих микроорганизмов, пишет AZoM.
Классические механизмы восстановления трещин в бетоне с помощью иммобилизованных бактерий. Фото: Huseien, G.F et al., Sustainability
Самозатвердевающие сверхвпитывающие полимеры демонстрируют превосходную стабильность в суровых условиях окружающей среды, особенно при высокой влажности. Их эффективность зависит от типа цемента, соотношения к воде и содержания полимера. Термоусадочные полимеры вызывают постоянное напряжение внутри бетона, которое может немного компенсировать недостаточную прочность конструкций к растяжению или изгибанию.
Процесс затегивания микротрещин в бетонном покрытии с путем гидратации. Фото: Huseien, G.F et al., Sustainability
Поэтому исследователи предложили инкапсулировать уреолитические бактерий с помощью полиуретана для достижения стабильности их «работы» и продления срока жизни.
Гидрофильность. Исследователи протестировали самовосстанавливающийся бетон — трещины в нем заполняют живые бактерии кристаллических добавок снижает водопроницаемость структуры бетона, что улучшает его механические свойства. Это увеличивает щелочность и жесткость бетона, что препятствует коррозии стали внутри. Добавление гидрата сульфата кальция и кальцита повышает устойчивость бетона к сжатию и растяжение на 13,98 и 35% соответственно.
В случае с самовосстанавливающимися бактериями, их микроинкапсуляция и капиллярное движение улучшили результат самовосстановления сильнее, чем прямое применение. А подпитка микроорганизмов питательными веществами — формиатом кальция, лактатом кальция и нитратом кальция — улучшила время схватывания (загустевания) цемента.
Кстати. Ранее бактерии сенной палочки (Bacillus subtilis) генетически модифицировали для заполнения крошечных трещин. А еще вырастили кишечную палочку, которая в ответ на давление светится. Чем сильнее — тем ярче. Отвечающий за это ген планировали заменить на другой, способный помочь создать «биоцемент», укрепляющий фундамент.
Источник: itc.ua