تصور کنید بتن ترک های خود را بهبود می بخشد، مانند پوست انسان که پس از بریدگی بهبود می یابد. این چشم‌اندازی است که در پس آخرین تحقیق دکتر Congrue Grace Ginn منتشر شده است مواد امروز ارتباطات.
جین، استادیار دپارتمان فناوری مهندسی و توزیع صنعتی، با پرداختن به یکی از سرسخت‌ترین و پرهزینه‌ترین مشکلات ساخت‌وساز، از طبیعت الهام گرفت تا سیستم گلسنگ مصنوعی ایجاد کند که به بتن اجازه می‌دهد خود را التیام بخشد.
بتن پرمصرف ترین مصالح ساختمانی روی زمین است، با این حال از ضرر خطرناک ترک خوردن به راحتی رنج می برد. این ترک‌ها، بزرگ یا کوچک، می‌توانند منجر به شکست ساختاری فاجعه‌بار شوند، همانطور که در فروریختن یک ساختمان، پل یا بزرگراه مشاهده می‌شود.
کلید غلبه بر این چالش حیاتی در درک چگونگی شکل گیری بتن و نحوه استفاده از این فرآیند نهفته است. بتن از مخلوط کردن سنگ خرد شده و ماسه با خاک رس پودری و سنگ آهک به دست می آید. هنگامی که آب اضافه می شود، این ترکیب از طریق یک واکنش شیمیایی به نام هیدراتاسیون سخت می شود. پس از تنظیم، آنقدر قوی می شود که بتواند همه چیز را پشتیبانی کند، از عبور از پل ها توسط 18 چرخ تا افرادی که در آسمان خراش های بلند زندگی می کنند. با این حال، نیروهای طبیعی مانند چرخه های انجماد و ذوب، انقباض خشک شدن، و بارهای زیاد باعث ایجاد ترک می شوند. حتی آنهایی که به سختی با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند می توانند به مایعات و گازها اجازه دهند تا به آرماتورهای فولادی تعبیه شده برسند و باعث خوردگی و تضعیف سازه ها شوند.
شناسایی ترک‌ها قبل از اینکه جان انسان را تهدید کند، چالشی پرمخاطره و پرهزینه است و ایالات متحده سالانه ده‌ها میلیارد دلار برای تعمیر زیرساخت‌های بتنی هزینه می‌کند. یافتن ترک در پل‌ها و بزرگراه‌هایی که دائماً مورد استفاده قرار می‌گیرند به‌ویژه دشوار است.
جین می گوید: «بتن خود ترمیم شونده با واسطه میکروبی بیش از سه دهه است که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است، اما هنوز از یک محدودیت مهم رنج می برد – هیچ یک از رویکردهای خود ترمیمی فعلی کاملاً مستقل نیستند، زیرا برای تولید مداوم مواد ترمیم کننده به یک منبع خارجی مواد مغذی برای عوامل شفابخش نیاز دارند.» به عنوان مثال، پس از اینکه بازرسان فرآیند پر زحمت یافتن یک ترک را طی کردند، ممکن است نیاز به تزریق یا اسپری مواد مغذی به داخل ترک داشته باشند که عملی نیست.
راه حل جن؟ از قدرت سیستم های گلسنگ استفاده کنید تا به بتن اجازه دهید بدون مداخله خارجی خود را ترمیم کند.
گلسنگ یک حضور دست کم گرفته شده در دنیای روزمره ما است که اغلب به درختان و صخره ها چسبیده است. زیبایی واقعی آن در سیستم همزیستی منحصر به فردش از قارچ ها و جلبک ها یا سیانوباکتری ها نهفته است که یک مشارکت خودپایه را تشکیل می دهند که به آن اجازه می دهد حتی در سخت ترین شرایط نیز رشد کند.
با این الهام، جین و محققانش، دکتر ریچارد ویلسون، نیشا روکایا و ارین کار از دانشگاه نبراسکا-لینکلن، با بودجه برنامه جوایز مربی جوان دارپا، یک سیستم گلسنگ مصنوعی ایجاد کردند که مانند گلسنگ طبیعی با هم همکاری می کند.
سیستم آنها از سیانوباکتری هایی استفاده می کند که هوا و نور خورشید را به غذا تبدیل می کنند و قارچ های رشته ای که مواد معدنی تولید می کنند که شکاف ها را می بندند. این میکروب‌ها با هم کار می‌کنند و تنها در هوا، نور و آب زنده نمی‌مانند. استقلال این سیستم آن را از تلاش‌های قبلی خود درمانی متمایز می‌کند.
در آزمایشات آزمایشگاهی، این جفت میکروب ها قادر به رشد و تولید مواد معدنی پرکننده ترک حتی در محیط های چالش برانگیز مانند بتن بودند.
ژان کار خود را فراتر از آزمایشگاه می برد تا مفاهیم گسترده تری را در نظر بگیرد. او با اساتید دپارتمان‌های علوم اجتماعی دانشگاه A&M تگزاس همکاری می‌کند تا درک بهتری از درک عمومی از استفاده از موجودات زنده در ساخت‌وساز و مسائل اخلاقی، اجتماعی، زیست‌محیطی و حقوقی مرتبط ایجاد کند.
این تحقیق پیشگامانه دارای پتانسیل و کاربردهای گسترده ای است.
بتن خود ترمیم شونده می تواند هزینه های نگهداری را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، دوام آن را افزایش دهد و حتی از طریق افزایش ایمنی از جان انسان ها محافظت کند. علاوه بر این، می تواند تأثیر شگرفی در تمام زمینه های ساخت و ساز پایدار از جمله زیرساخت های فضایی داشته باشد.
