Przyszłością budownictwa są „żywe” materiały, w tym beton i żelbet.
Bakterie-śpiochy regenerują popękany beton
Istotnego odkrycia dokonali naukowcy z Instytutu Politechnicznego Dalekowschodniego Uniwersytetu Federalnego (FEFU) przy współpracy ze specjalistami z Rosji, Indii i Arabii Saudyjskiej. Ich wspólnym dziełem jest swoisty „beton 2.0”, który ma niezwykłą zdolność do samoczynnego usuwania pęknięć i ubytków. Zjawisko polega na wykorzystaniu podczas produkcji wodnego koncentratu zawierającego bakterie Bacillus cohnii. Powoduje on, że powstałe w betonie pęknięcia i rysy uzupełniane są węglanem wapnia (CaCO3). Ma to szczególne znaczenie dla budownictwa w krajach, gdzie warunki sejsmiczne lub atmosferyczne powodują częste pękanie konstrukcji betonowych.
Eksperyment rozpoczął się od wywołania pęknięć w betonie dzięki zastosowaniu prasy hydraulicznej. Beton ten zawierał już dodane w procesie wytwarzania bakterie Bacillus cohnii, które w wyniku pęknięcia uzyskały dostęp do wilgoci i tlenu, co spowodowało ich wybudzenie z czegoś w rodzaju letargu. Następnie przez cztery tygodnie bakterie te uwalniały węglan wapnia, a ten skutecznie wypełnił pęknięcia o szerokości od 0,2 do 0,6 mm. Jak się potem okazało, materiał betonowy odzyskał tym samym swoją pierwotną wytrzymałość na ściskanie. Bakterie po wykonaniu zadania znów „usnęły”.
Hodowla bakterii odbyła się w warunkach laboratoryjnych. Wykorzystano do tego celu prostą podkładkę agarową oraz specjalną pożywkę. Mikroorganizmy zostały zmuszone do przetrwania w porach bryły cementu oraz do uwolnienia chemicznej substancji wypełniającej. Proces samonaprawiania pęknięć był obserwowany pod mikroskopem. Mikroskop elektronowy i zdjęcia rentgenowskie służyły z kolei do kontroli środka naprawczego wytwarzanego przez bakterie.
Zdaniem naukowców żywotność Bacillus cohnii w betonie wynosi nawet 200 lat. O tyle samo może być przedłużana żywotność konstrukcji betonowych. Zwykły beton obliczony jest na 50-70 lat eksploatacji.
Z ulgą odetchnie Azja i nie tylko ona
Na temat znaczenia opisywanego odkrycia wypowiedział się profesor FEFU Roman Fiediuk. Według niego odkrycie wpisuje się w aktualne światowe trendy w budownictwie, zmierzające do produkowania „żywych” materiałów mających zdolność do autodiagnozy i samoczynnego naprawiania usterek. Konwencjonalne procedury naprawcze są skomplikowane i kosztowne.
Beton z bakteriami znajdzie zastosowanie przede wszystkim na Dalekim Wschodzie, bo tam właśnie ryzyko powstawania pęknięć jest największe. Wynika to z jednej strony z warunków sejsmicznych, a więc stosunkowo częstych trzęsień ziemi w różnej skali, a z drugiej z powtarzających się cykli zamarzania i rozmrażania. Na rosyjskim Dalekim Wschodzie normą są też częste opady zacinającego, a więc ukośnie padającego deszczu, który powoduje zawilgocenie pionowych powierzchni budynków.
Na pękanie narażony jest jednak każdy rodzaj betonu i to niezależnie od miejsca, w którym zostanie użyty jako materiał budowlany.
Na betonie się nie skończy
Na tym jednak nie koniec, ponieważ naukowcy z FEFU planują kolejne prace. Na pierwszy ogień ma pójść „żywy” żelbet: także jego właściwości zostaną w przyszłości ulepszone za pomocą kultur bakterii. W FEFU działa zresztą szkoła geoniki – nauki znanej też jako geomimetyka. Badania koncentrują się na opracowaniu kompozytów mających zastosowanie w inżynierii lądowej i konstrukcjach specjalnych, a charakteryzujących się podobieństwem do surowców naturalnych. Na przykład beton ma osiągnąć wytrzymałość i właściwości naturalnego kamienia.
Artykuł powstał we współpracy z magazynem Zobacz!
