Система использует цианобактерии для преобразования солнечного света и воздуха в энергию, в то время как нитчатые грибы производят минералы, которые заполняют и герметизируют трещины без участия человека.
На иллюстрации изображена бетонная поверхность с участками зеленого лишайника и мха, растущими в трещинах.
FS/iStock
Исследователи из США использовали синтетический лишайник для разработки новаторской системы самовосстановления бетона, которая самостоятельно ремонтирует собственные трещины с помощью солнечного света, воздуха и воды, предлагая устойчивое решение, не требующее особого ухода, которое может произвести революцию в инфраструктуре и предотвратить катастрофические аварии.
Под руководством Конгруи Грейс Джин, доктора философии, доцента Техасского университета A&M, группа разработала инновационную систему, которая имитирует естественный симбиоз, обнаруженный в лишайниках, с использованием нитчатых грибов и цианобактерий — одних из древнейших фотосинтезирующих прокариот на планете, также известных как сине-зеленые водоросли.
В то время как цианобактерии получают энергию от солнечного света и поглощают углекислый газ из воздуха, нитчатые грибы вырабатывают минералы, герметизирующие трещины, которые укрепляют бетон изнутри, создавая таким образом замкнутую систему ремонта, работающую исключительно на свете, воздухе и воде.
Дорогой ремонт
Джин подчеркнул, что, хотя бетон, традиционно изготавливаемый путем смешивания щебня и песка с порошкообразной глиной и известняком, является одним из наиболее широко используемых строительных материалов в мире, уступая только воде, его склонность к растрескиванию остается серьезным недостатком.
На первый взгляд безобидные, эти трещины могут перерасти в катастрофические разрушения, вызывая обрушение мостов, автомагистралей или целых зданий. Независимо от того, маленькие они или большие, трещины возникают из-за химической реакции, которая происходит при добавлении воды.
Этот процесс, называемый гидратацией, превращает смесь в твердый материал, достаточно прочный, чтобы выдерживать любые конструкции — от огромных грузовиков до возвышающихся небоскребов. Однако со временем под воздействием факторов окружающей среды, таких как циклы замораживания-оттаивания, усадка при высыхании и большие нагрузки, материал начинает трескаться.
Даже микроскопические трещины могут пропускать воду и газы, вызывая коррозию стальной арматуры и нарушая целостность конструкции, поэтому крайне важно обнаруживать и устранять эти трещины до того, как они начнут представлять опасность.
Однако поддержание поврежденного бетона в рабочем состоянии имеет свою цену: ежегодные расходы на ремонт в США достигают десятков миллиардов. «Бетон с самовосстановлением под воздействием микробов широко исследовался более трех десятилетий», — сказал Джин в пресс-релизе.
Однако, несмотря на годы исследований, современный самовосстанавливающийся бетон по-прежнему зависит от внешних источников питательных веществ, что не позволяет ему функционировать полностью автономно.
Другой подход
Чтобы справиться с этой проблемой, команда придумала инновационное решение, черпающее вдохновение из лишайника. Часто упускаемый из виду, поскольку он тихо цепляется за деревья и камни, лишайник — это устойчивый организм, созданный на основе уникального симбиоза между грибами и водорослями или цианобактериями, что позволяет ему выживать в самых экстремальных условиях.
Джин и ее коллеги Ричард Уилсон, доктор философии, Ниша Рокайя, доктор философии, и Эрин Карр, доктор философии, из Университета Небраски в Линкольне, Джин разработали синтетическую версию биологического партнерства, которая имитирует совместную функцию естественного лишайника.
Опираясь только на воздух, свет и воду, микробы работают полностью автономно, что является инновацией, которая отличает их от более ранних технологий самовосстановления бетона, которые зависят от внешних факторов. Лабораторные испытания показали, что микробы могут расти и образовывать минералы, герметизирующие трещины, даже в жестких бетонных условиях.
Однако теперь Джин расширяет свои исследования за пределы лаборатории, сотрудничая с социологами университета, чтобы изучить общественное восприятие и решить этические, экологические и правовые проблемы использования живых организмов в строительстве.
Она считает, что эта инновация может сократить расходы на техническое обслуживание, увеличить долговечность инфраструктуры и повысить безопасность, а также открыть путь к устойчивому строительству в экстремальных условиях, включая будущие здания в космосе.
Исследование опубликовано в журнале Materials Today Communications.
Sourse: interestingengineering.com
