Бетон может показаться прочным и долговечным, но он может быть на удивление уязвимым для непогоды. Теперь исследователи из Университета Дрекселя продемонстрировали тип самовосстанавливающегося бетона с добавлением «биоволокон» BioFibers, которые используют бактерии для заделывания трещин по мере их образования.
Вы не сможете получить звание самого используемого строительного материала в мире, если не сделаете несколько правильных вещей: бетон легко изготавливать, он прочен и, в идеальных условиях, долговечен. Но, конечно, реальный мир редко соответствует идеалам, поэтому бетон постоянно подвергается атмосферным воздействиям, которые могут привести к появлению трещин. Вот тогда и начинаются настоящие проблемы: поскольку колебания температуры расширяют трещины, 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 производства этого материала на окружающую среду. Поиск способов замедлить это ухудшение может избавить от многих головных болей.
Вот тут-то и приходит на помощь BioFiber от Дрексельского университета. Эти полимерные волокна не только действуют как физическое армирование, 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, выталкиваясь к поверхности. При этом дремлющие бактерии пробуждаются и начинают питаться углеродом и кальцием из окружающего их бетона. При этом образуется карбонат кальция, цементирующий материал, который заполняет и латает трещину.
«Это захватывающее развитие в продолжающихся усилиях по улучшению строительных материалов, используя вдохновение природы», — сказал Амир Фарнам (Amir Farnam), ведущий исследователь команды. «Каждый день мы видим, что наши стареющие бетонные конструкции получают повреждения, которые снижают их функциональный срок службы и требуют дорогостоящего серьезного ремонта. Представляете, они могут исцелить себя? В нашей коже наши ткани делают это естественным путем через многослойную волокнистую структуру, наполненную нашей самовосстанавливающейся жидкостью – кровью. Эти биоволокна имитируют эту концепцию и используют камнеобразующие бактерии для создания устойчивого к повреждениям живого самовосстанавливающегося бетона».
Хотя время заживления может варьироваться, команда утверждает, что BioFiber, похоже, способен залатать трещины всего за день или два. Предыдущие исследования показали, что самовосстанавливающийся бетон может быть наполнен бактериями, но одна из основных 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 исследователи говорят, что бетон BioFiber может в конечном итоге помочь снизить требования к техническому обслуживанию зданий, а также снизить выбросы диоксида углерода при производстве бетона.
Исследование опубликовано в журнале Construction and Building Materials.
Источник: Drexel University.
