Vreme čitanja: oko 3 min.
Bakterije bi mogle formirati samopopravljajući sistem za betonsku infrastrukturu
Vreme čitanja: oko 3 min.
U cilju stvaranja betonskih struktura koje mogu da poprave svoje pukotine, inženjeri sa Univerziteta Dreksel u Filadelfiji dodaju novi momenat starom triku za povećanje dugovečnosti betona.
Ojačavanje pomoću vlakana se upotrebljava otkako su prvi zidari mešali konjsku dlaku sa blatom. Međutim, istraživači sad podižu taj metod na viši nivo pretvarajući ojačavajuća vlakna u sistem živog tkiva koji dovodi bakterije za popravljanje batona do mesta pukotina da bi popravile oštećenje.
„Biovlakno“ je polimersko vlakno u hidrogelu punom bakterija i zaštitnom omotaču osetljivom na oštećenja. Istraživači kažu da mreža biovlakana ugrađena u betonsku strukturu može povećati postojanost, sprečiti širenje pukotina i omogućiti samopopravljanje, piše TechXplore.
„Ovo je uzbudljiv razvoj događaja u tekućim nastojanjima da se unaprede građevinski materijali putem inspitacije iz prirode“, kaže profesor Amir Farnam.
„Tkivo naše kože prirodnim putem leči samo sebe pomoću višeslojne vlaknaste strukture natopljene našom samoisceljujućom tečnošću – krvlju. Biovlakna imitiraju taj koncept i koriste bakterije koje proizvode kamen radi stvaranja živog samopopravljajućeg betona osetljivog na oštećenja“.
Produžavanje životnog veka betona je korisno ne samo za građevinski sektor, već i za zemlje širom sveta koje pokušavaju da smanje emisije štetnih gasova. Proces proizvodnje sastojaka betona – zagrevanje mešavine minerala, poput krečnjaka, gline ili škriljca na temperaturama iznad 1.000 stepeni – odgovoran je za 8% globalne emisije gasova koji izazivaju efekat staklene bašte.
Betonske strukture mogu da propadnu za samo 50 godina, zavisno od okruženja. Između njihove zamene i porasta potražnje za novim zgradama, beton je najkorišćeniji i najtraženiji građevinski materijal na svetu.
Proizvodnja dugovečnijeg betona bila bi veliki korak u smanjivanju njegovog doprinosa globalnom zagrevanju, da ne govorimo o smanjivanju dugoročnih troškova za popravke infrastrukture.
„Dreksel“ već deset godina predvodi rad na unapređenju održivosti i dugovečnosti betona, a Farnamova laboratorija učestvuje u naporima Ministarstva odbrane SAD da ojača svoje stare strukture.
A team of Drexel researchers have developed “BioFiber,” a polymer fiber encased in a bacteria-laden hydrogel that can be embedded within a concrete structure to improve its durability, prevent cracks from growing and enable self-healing. Read more: https://t.co/vf6EwdYNyT pic.twitter.com/OlXWJPF3kB— Drexel Engineering (@DrexelEngr) December 11, 2023
Glavni cilj projekta je razvoj multifunkcionalne samoobnavljajuće tehnologije biovlakana. Pristup naučnog tima je inspirisan sposobnošću kožnog tkiva za samoisceljenje i ulogom vaskularnog sistema u pomoći organizmu da isceli sopstvene rane. Naučnici koriste biološku tehniku koju su razvili radi omogućavanja samopopravke betonske infrastrukture uz pomoć biomineralizujućih bakterija.
Istraživači su identifikovali soj bakterija Lysinibacillus sphaericus kao bioisceljujući agens za vlakna. Ta izdržljiva bakterija, koje se obično nalazi u tlu, ima sposobnost da pokreće biološki proces poznat kao mikrobiološki indukovana precipitacija kalcijum-karbonata radi stvaranja kamenastog materijala koji može da se stabilizuje i stvrdne u zakrpu za pukotine u betonu. Kad se dovede u oblik spore, bakterija može da preživi teške uslove unutar betona, neaktivna dok ne bude vreme za akciju.
Izbor prave kombinacije bakterija, hidrogela i polimerskog omotača bio je ključan za ovo istraživanje i za funkcionalnost biovlakana. Inspirisanost prirodom je jedna stvar, ali sastavljanje bioloških elemenata koji mogu da koegzistiraju u nekoj funkcionalonoj strukturi je veliki uspeh multidisciplinarnog tima stručnjaka.
Radi sastavljanja biovlakna, počelo se od jezgra polimerskog vlakna sposobnog za stabilizaciju i podržavanje betonskih struktura. Vlakno je obloženo slojem hidrogela sa bakterijskim sporama i stavljeno u polimerski omotač osetljiv na oštećenje, poput tkiva kože. Čitav sklop je malo deblji od pola milimetra.
Postavljena kao mreža širom betona dok se naliva, biovlakna funkcionišu kao armatura. Međutim, istinske sposobnosti se pokazuju tek kad pukotina prodre dovoljno duboko u beton da probije spoljni polimerski omotač.
Voda ulazi u pukotinu i na kraju dolazi do biovlakna, hidrogel se širi i probija iz omotača prema površini pukotine. Istovremeno su bakterije aktivirane u prisustvu ugljenika i nutritivnog izvora u betonu. Reagujući sa kalcijumom u betonu, bakterije proizvode kalcijum-karbonat, koji deluje kao cementirajući materijal za popunjavanje pukotine sve do površine.
Trajanje popravke zavisi od veličine pukotine i aktivnosti bakterija. Stručnjaci sad proučavaju taj mehanizam, ali rana predviđanja govore da bi bakterije mogle obaviti taj posao za samo dan-dva.
(Telegraf Nauka/TechXplore)
Nauka Telegraf zadržava sva prava nad sadržajem. Za preuzimanje sadržaja pogledajte uputstva na stranici Uslovi korišćenja.
