غالبًا ما تتشقق خرسانة البناء أثناء الانكماش، تحت تأثير عدوان الصقيع ومن تجاوز الحمل التصميمي. الشقوق الصغيرة في العوارض والألواح ليست خطيرة في حد ذاتها بقدر ما تكون ضارة بتعزيزات الفولاذ الداخلية، التي تؤدي وظيفة الحمل الرئيسية في المادة. عندما يتسرب الماء والهواء إلى الشقوق، يبدأ الفولاذ بالصدأ، مما يؤدي إلى التدمير التدريجي للهيكل الخرساني المسلح بالكامل. تم اقتراح طريقة للشفاء الذاتي للخرسانة باستخدام مادة مضافة معدنية حيوية من قبل علماء من جامعة جنوب الأورال الحكومية.
«نحن نقوم بإدخال بكتيريا خاصة في الخرسانة، والتي تتغذى خلال عملياتها الحيوية على الأغذية العضوية الموضوعة خصيصًا لها في النظام الخرساني - لاكتات الكالسيوم, - تقول تمارا تشيرنيخ، أستاذة قسم مواد ومنتجات البناء بجامعة جنوب الأورال الحكومية:- إنهم يأكلونه ولا يشكلون منه مادة عضوية بل مادة معدنية - الكالسيت. تقوم البكتيريا بترسيب الكالسيت في الشق، ويتم «معالجة الشق»، حيث يتم حظر دخول الماء والهواء. وهذا يمنع التسليح في الخرسانة المسلحة من الصدأ ويعيد لها استمراريتها.
.png)
يستخدم الفريق العلمي لقسم «مواد ومنتجات البناء» بالتعاون مع مختبر أبحاث علم الأمراض الجهازية والأدوية المتقدمة بجامعة جنوب الأورال الحكومية، بكتيريا Bacillus subtilis (عصية القش) كـ «دواء» للخرسانة. وضع المطورون هذه العصية في حبيبات خاصة في الخرسانة، ووضعوا بجانبها لاكتات الكالسيوم الصالحة للأكل. إن المكون البوزولاني (ميكروسيليكا أو الرماد المتطاير) الموجود حولها يقلل من الرقم الهيدروجيني للخرسانة، مما يوفر للكائنات الحية الدقيقة ظروفًا مناسبة للوجود والتكاثر.
في الوقت الحاضر، تنام جراثيم البكتيريا الهوائية. بمجرد وصول التشقق في الخرسانة إلى الحبيبات وانتهاك سلامتها، تستيقظ البكتيريا، المزودة بالرطوبة والأكسجين، وتبدأ نشاطها «العلاجي». في عملية تناول لاكتات الكالسيوم المذاب، تقوم بكتيريا Bacillus subtilis، التي تفرز الكالسيت، بمنع وصول الماء والهواء تدريجيًا إلى التركيبات (الهدف الرئيسي) وإلى نفسها، ولهذا السبب تغفو مرة أخرى. وعندما يظهر شق جديد، يتم تنشيط كبسولات أخرى مأهولة بالسكان، والتي يوجد منها الآلاف في الخرسانة. وبالتالي، فإن الخرسانة قادرة على «الشفاء الذاتي» الذي لا نهاية له.
تتمثل ميزة الطريقة المقترحة في أن تجديد مواد البناء يتم بشكل أسرع بخمس مرات من الظروف العادية (بدون إضافات حيوية). إذا كانت الخرسانة تشفي شقوقها بدون بكتيريا بعد 50 دورة من الترطيب والتجفيف الطبيعي، فعند إضافة مرق بكتيري إلى تركيبتها، يحدث الشفاء الذاتي الكامل للخرسانة بعد 10 دورات. بالمناسبة، العصية قابلة للحياة تمامًا: تشعر Bacillus subtilis بالراحة عند درجات حرارة تصل إلى -40 درجة ويمكنها العيش بدون طعام في حالة جراثيم لأكثر من مائتي عام.
الآن في مختبر جامعة جنوب الأورال الحكومية، نجحت البكتيريا في معالجة الشقوق التي يصل عرضها إلى 0.5 ملم. ومع ذلك، يعمل علماء تشيليابينسك بالفعل على التأكد من أن الكائنات الحية الدقيقة قادرة على «علاج» الضرر الأوسع في الخرسانة، مما يضمن ليس فقط ضيق المنطقة المعاد تأهيلها، ولكن أيضًا قوتها.
يمكن استخدام الخرسانة ذاتية الشفاء في بناء الجسور والأنفاق والمباني الساحلية وغيرها من المباني التي تتوفر فيها المياه - وهو ما يحفز حياة عصية القش في مواد البناء. كما أن تطوير علماء تشيليابينسك سيؤتي ثماره في بناء الطرق الخرسانية وإصلاح الأسطح الخارجية، على سبيل المثال، في ترميم المباني القديمة.