Биофибри, създадени в университета Дрексел, Филаделфия (САЩ), ще може фа стабилизират и регенерират повреден бетон.
С надеждата да произведат бетонни конструкции, които могат да поправят пукнатините си, изследователи от инженерния колеж на университета Drexel въвеждат нов обрат на стар трик за подобряване на издръжливостта на бетона.
Армирането с влакна съществува откакто първите зидари са смесвали конски косми в калта си. Но изследователският екип на Drexel извежда този метод на следващото ниво, като превръща армиращите влакна в система от жива тъкан, която насочва бактериите за заздравяване на бетона към мястото на пукнатините, за да поправи щетите.
Биофибри възстановяват повреден бетон
Биофибрите на Drexel са полимерни влакна, обвити в хидрогел съдържащ бактери и защитна обвивка, реагираща на повреди. Екипът съобщава, че решетката от биофибри, вградена в бетонна конструкция, може да подобри нейната издръжливост, да предотврати нарастването на пукнатини и да даде възможност за самовъзстановяване.
„Това е вълнуващо развитие за продължаващите усилия за подобряване на строителните материали, използвайки вдъхновение от природата, биофибрите биха могли да стабилизират и „лекуват“ повреден бетон“, споделя Амир Фарнам, който е ръководител на изследователския екип.
„Всеки ден виждаме, че нашите остарели бетонни конструкции претърпяват повреди, които намаляват функционалния им живот и изискват критични ремонти, които са скъпи. Представете си, те могат да се излекуват? В нашата кожа, нашата тъкан го прави естествено чрез многослойна фиброзна структура, напоена с нашата самовъзстановяваща се течност – кръвта. Тези биофибри имитират тази концепция и използват бактерии, за да създадат чувствителен към повреди жив самовъзстановяващ се бетон.“
Удължаването на живота на бетона не е само полза за строителния сектор, то се превърна в приоритет за страните по света, които работят за намаляване на парниковите газове. Процесът на производство на съставките на бетона – изгаряне на смес от минерали, като варовик, глина или шисти при температури над 1100 градуса по целзий представлява 8% от глобалните емисии на парникови газове.
Бетонните конструкции могат да се разградят само за 50 години в зависимост от околната среда. Между замените и нарастващото търсене на нови сгради, бетонът е най-употребяваният и най-търсен строителен материал в света.
Производството на бетон, който може да издържи по-дълго, би било голяма стъпка за намаляване на приноса му към глобалното затопляне, да не говорим за намаляване на дългосрочните разходи за ремонт на инфраструктурата, поради което Министерството на енергетиката на САЩ наскоро положи усилия, насочени към подобряването му.
„В продължение на няколко години концепцията за био-самовъзстановяващи се циментови композити се подхранва в рамките на лабораторията за напреднали инфраструктурни материали“, споделя Мохамад Хушманд, докторант в лабораторията на Farnam, който помогна за провеждането на изследването. Проектът „BioFiber“ представлява съвместно начинание, интегриращо опит от областта на гражданското инженерство, биологията, химията и материалознанието. Основната цел е да бъдем пионери в разработването на мултифункционална самовъзстановяваща се технология BioFiber, поставяйки нови стандарти в пресечната точка на тези различни дисциплини.“
Бактерията Lysinibacillus sphaericus
В сътрудничество с изследователски екипи, ръководени от Професор Caroline Schauer, групата идентифицира щам на бактерия Lysinibacillus sphaericus като биолечебен агент за влакното. Дълготрайните бактерии, които обикновено се намират в почвата, имат способността да управляват биологичен процес, наречен индуцирано от микробите утаяване на калциев карбонат, за да създадат подобен на камък материал, който може да се стабилизира и втвърди в пластир на открити пукнатини в бетона.
За да сглоби BioFiber, екипът започва със сърцевина от полимерни влакна, способна да стабилизира и поддържа бетонни конструкции. Той покрива влакното със слой хидрогел, натоварен с ендоспори и обвива целия комплект с реагираща на повреди полимерна обвивка, подобно на кожните тъкани. Целият монтаж е с дебелина малко над половин милиметър.
Поставен в решетка в бетона, докато се излива, BioFiber действа като подсилващ поддържащ агент. Но истинските му таланти се разкриват едва когато пукнатина проникне в бетона достатъчно, за да пробие външната полимерна обвивка на влакното.
Тъй като водата си проправя път в пукнатината, в крайна сметка достигайки BioFiber, тя кара хидрогела да се разшири. Докато това се случва, бактериите се активират от тяхната ендоспорна форма в присъствието на въглерод и източник на хранителни вещества в бетона. Реагирайки с калция в бетона, бактериите произвеждат калциев карбонат, който действа като циментиращ материал за запълване на пукнатината до повърхността.
Времето за заздравяване в крайна сметка зависи от размера на пукнатината и активността на бактериите – механизъм, който екипът в момента изучава – но ранните индикации показват, че бактериите могат да свършат работата си само за един до два дни.
