Вопрос прочности бетона волновал исследователя давно. Его пытливый ум озадачился следующим фактом: с течением времени бетон становится более твердым, однако в нем возникают и распространяются микротрещины. Из-за них в структуру материала попадает вода, что, в свою очередь, приводит к серьезным негативным последствиям, таким как:
Снижение прочности из-за водной эрозии.
Повреждение армирующих элементов за счет коррозии.
Распространение зловредных микроорганизмов.
Нарушение герметичности конструкций.
Лавинообразное падение характеристик бетонной конструкции.
До работы Джонкерса проблему микротрещин пытались решить различными методами. Наибольшее распространение получили различные пропитки, наносимые на готовые конструкции. К несчастью, технология их использования не всегда отличалась простотой, да и сами они не были полностью безопасными для человека.
На разработку бетона нового класса исследователю понадобилось около 3-х лет, однако, время было потрачено не напрасно. В результате появился материал, способный самостоятельно ликвидировать микротрещины.
Полезные бактерии
Вряд ли у кого-то возникнет мысль, что бетон является подходящей средой для жизни микроорганизмов. В нем слишком мало питательных веществ и не очень комфортные условия (конечно, до тех пор, пока не появляются трещины). Потребовалось немало времени, чтобы найти организмы, способные жить и размножаться в условиях бетона.
Наибольший потенциал был замечен у специфического типа бактерий. В процессе жизнедеятельности они выделяют известняк, что и планировали использовать ученые.
Для начала необходимо было подумать о питании микроорганизмов. Попытки ввести в состав бетонного раствора сахар ни к чему не привели. Точнее привели: параметры бетона значительно ухудшились.
Альтернатива сахару в качестве источника питания была найдена в виде лактата кальция. Бактерии его с энтузиазмом употребляли, а на свойствах бетона он никак не сказывался или сказывался минимально.
Далее, необходимо было продумать систему регуляции численности в колонии бактерий. При бесконтрольном размножении микроорганизмов проблемы бетонной конструкции будут только расти. Кроме того, крупная колония требует относительно больших объемов воды, добавлять которые нецелесообразно.
Решение подсказала способность бактерий впадать в аналог спячки при неблагоприятных условиях, что позволяет им пережидать даже экстремальные ситуации. Итоговая технология стала выглядеть так:
Бактерии упаковываются в растворимые капсулы с лактатом кальция.
Капсулы добавляются в бетонный раствор, не причиняя вреда ни микроорганизмам, ни раствору.
В сухом бетоне, бактерии находятся в «спячке», никак себя не проявляя.
Когда в материале появляются микротрещины, сквозь которые просачивается вода, бактерии активизируются.
Потребляя пищевой ресурс, микроорганизмы вырабатывают известняк.
Слой известняка постепенно накапливается, заполняя трещину.
Во время тестовых испытаний технология сработала так, как и было задумано: микротрещины бетона действительно затягивались без всякого участия со стороны человека. Бетон снова становился надежной преградой на пути воды и восстанавливал свою прочность.
Будущее материала
Данное изобретение позволяет по-новому взглянуть на технологии возведения бетонных конструкций. Объекты на базе самовосстанавливающегося бетона можно эксплуатировать годами, не проводя никакого обслуживания и ремонта.
Микрокапсулы спроектированы таким образом, что они не требуют особого отношения во время введения в раствор. Их просто добавляют так же, как и любой другой компонент смеси.
Бактерии могут находиться в «спящем» состоянии годами, не будучи при этом чувствительными к особенностям среды, включая температуру воздуха. В отличие от пропиток, для человека они совершенно безвредны. В активную фазу организмы переходят только тогда, когда созданы соответствующие условия, то есть если нарушена внутренняя структура бетона.
Технология пока не получила широкого распространения в строительстве, однако, она еще слишком молода. Возможно, уже в ближайшем будущем мы увидим активное строительство на базе нового вида биологического бетонного раствора.
20.10.2017