Ученые Политехнического института Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из России, Индии и Саудовской Аравии разработали бетон, способный самостоятельно заделывать трещины, восстанавливая прочность. Для этого при изготовлении смеси добавляется водный концентрат, содержащий бактерии Bacillus cohnii, которые заполняют образующиеся повреждения карбонатом кальция (CaCO3). О результатах представители научной группы рассказали в журнале Sustainability.
В ходе проведенного эксперимента бактерии активировались после того, как бетон треснул под давлением пресса и микроорганизмы внутри получили доступ к кислороду и влаге. «Разбуженные» бактерии ликвидировали трещины шириной от 0,2 до 0,6 мм в течение 28 дней, выделяя карбонат кальция, который кристаллизовался под действием воды. К экспериментальным бетонным плитам вернулась первоначальная прочность на сжатие. В обновленном бетоне бактерии вновь «уснули».
«Бетон остается конструкционным материалом номер один в мировом строительстве, поскольку он дешевый, прочный и универсальный. Однако любой бетон со временем может давать трещины в результате различных внешних факторов, в том числе из-за влаги и многократно повторяющихся циклов замораживания/размораживания, которых на Дальнем Востоке, к примеру, более ста за год. Когда бетон дал трещину — это практически необратимый процесс, который может поставить под угрозу всю конструкцию, — рассказывает профессор ДВФУ, инженер Роман Федюк. — То, что мы сделали в рамках нашего эксперимента, соответствует международным трендам в строительстве, где существует запрос на подобные «живые» материалы, имеющие способность к самодиагностике и самовосстановлению. Благодаря им можно избежать или сократить технически сложные и дорогостоящие ремонтные процедуры».
Споры бактерий Bacillus cohnii могут жить в бетоне до двухсот лет и, теоретически, способны продлить срок службы сооружений на этот же срок. Это почти в 4 раза больше, чем 50-70 лет службы обычного бетона.
Самовосстанавливающийся бетон особенно актуален для строительства в сейсмически опасных районах, где в конструкциях появляются мелкие трещины, и на территориях с повышенной влажностью и большим количеством осадков — например, на юге Дальнего Востока России, где много косых дождей выпадает на вертикальные поверхности зданий. Бактерии в бетоне заполняют поры цементного камня, и в него попадает меньше воды.
Ученые вырастили бактерии Bacillus cohnii в лабораторных условиях, используя простую агаровую подложку и питательную среду, заставив их выживать в условиях пор цементного камня и выделять нужный химический «ремонтный» состав. Восстановление трещин оценивали с помощью микроскопа. Химический состав ремонтного агента, который выделяли бактерии, изучили с помощью электронной микроскопии и рентгеновских снимков.
На следующих этапах ученые планируют разработать армированный бетон, дополнительно усилив его свойства с помощью разных видов бактерий, что позволит ускорить процессы восстановления материала.
В Дальневосточном федеральном университете создана научная школа геоники (геомиметики), в которой следуют принципу природоподобия создаваемых композитов для специальных сооружений и гражданского строительства. Бетон, по задумке разработчиков, должен обладать прочностью и свойствами природного камня. Основы геоники заложены профессором Валерием Лесовиком из БГТУ им. В.Г. Шухова, членом-корреспондентом Российской академии архитектуры и строительных наук.
Источник: www.dvfu.ru