Строительный бетон часто растрескивается в процессе усадки, под воздействием морозной агрессии и от превышения расчетной нагрузки. Мелкие трещины на балках и плитах не столько опасны сами по себе, сколько вредны для внутренней стальной арматуры, которая выполняет в материале основную несущую функцию. При просачивании в трещины воды и воздуха, сталь начинает ржаветь, что приводит к постепенному разрушению всей железобетонной конструкции. Способ самовосстановления бетона при помощи биоминеральной добавки предложили ученые Южно-Уральского государственного университета.
«В состав бетона мы вводим специальные бактерии, которые в процессе своей жизнедеятельности питаются специально размещенной для них в бетонной системе органической пищей – лактатом кальция, – рассказывает профессор кафедры строительных материалов и изделий ЮУрГУ Тамара Черных. – Они его съедают и формируют из него уже не органическое, а минеральное вещество – кальцит. Бактерии откладывают кальцит в трещине, трещина "залечивается", и поступление внутрь воды и воздуха блокируется. Это предотвращает ржавление арматуры в железобетоне и восстанавливает его сплошность».
.png)
Научный коллектив кафедры «Строительные материалы и изделия» при взаимодействии с НИЛ системной патологии и перспективных лекарственных средств ЮУрГУ в качестве «лекарства» для бетона используют бактерию Bacillus subtilis (сенная палочка). Эту бациллу разработчики поместили в специальные гранулы в составе бетона, рядом с которыми расположили съедобный лактат кальция. Размещенный вокруг них пуццолановый компонент (микрокремнезем или зола-уноса) снижает pH бетона, обеспечивая микроорганизмам благоприятные условия для существования и размножения.
До поры до времени споры аэробных бактерий спят. Как только возникшая в бетоне трещина дошла до гранулы и нарушила ее целостность, бактерии с поступлением к ним влаги и кислорода просыпаются, начиная свою «заживляющую» деятельность. В процессе поедания растворенного лактата кальция сенная палочка, выделяя кальцит, постепенно перекрывает доступ воды и воздуха как к арматуре (главная цель), так и к себе, из-за чего снова засыпает. При возникновении новой трещины активизируются другие населенные капсулы, которых в бетоне тысячи. Так, бетон способен к бесконечному «самозалечиванию».
Преимущество предложенного способа в том, что достигается такая регенерация строительного материала в пять раз быстрее, чем в обычных условиях (без биодобавки). Если без бактерий бетон заращивает свои трещины спустя 50 циклов естественного намокания и высушивания, то при добавлении в его состав бактериального бульона полное самовосстановление бетона происходит уже через 10 циклов. Кстати, бацилла довольно жизнеспособна: сенная палочка комфортно себя чувствует при температурах до –40 градусов и способна жить без пищи в состоянии спор более двухсот лет.
Сейчас в лаборатории ЮУрГУ бактерии успешно заращивают трещины шириной до 0,5 миллиметра. Однако челябинские ученые уже работают над тем, чтобы микроорганизмы были способны «заживлять» и более широкие повреждения в бетоне, обеспечивая не только герметичность, но и прочность реабилитированного участка.
Самовосстанавливающийся бетон может применяться при возведении мостов, тоннелей, прибрежных и иных построек, где имеется доступ к воде – триггеру для жизни сенной палочки в составе стройматериала. Также разработка челябинских ученых оправдает себя при строительстве бетонных дорог и ремонте наружных поверхностей, к примеру, при реставрации старых зданий.