Onderzoekers van Drexel University experimenteren met het doordrenken van beton met levende organismen om de levensduur van het bouwmateriaal te verlengen. En hoewel de nieuwe aanpak gebaseerd is op de allernieuwste technologie, komt de onderliggende engineeringstrategie voort uit het menselijk lichaam.
Beton komt na water op de tweede plaats als het meest geconsumeerde materiaal op aarde – een bijzonder verontrustende statistiek, gezien de enorme koolstofuitstoot van het productieproces. Een aantal veelbelovende, groene updates voor het millennia-oude structurele materiaal zijn al in de maak, maar een andere manier om de impact van beton op het milieu te verminderen is door de levensduur ervan te verlengen. Afhankelijk van de omgeving kan beton amper 50 jaar na het uitharden beginnen te verzwakken en instorten. Het uitstellen van deze degradatie met behulp van real-time aangeboren reparatiemechanismen zou een solide manier kunnen zijn om meer uit het materiaal te halen.
[Related: Dirty diapers could be recycled into cheap, sturdy concrete.]
Zoals beschreven in een nieuw artikel dat onlangs is gepubliceerd in Bouw- en constructiematerialen, ontwikkelde een team van technische onderzoekers van de Drexel Universiteit een nieuw polymeer “BioFiber”, gecoat met een met bacteriën doordrenkte hydrogel, allemaal in een schadegevoelige behuizing van een halve millimeter dik. BioFiber wordt vervolgens verdeeld in lagen van maaspatronen terwijl het beton wordt gestort, en dient als versterkend additief op de manier waarop bouwers al duizenden jaren stro of paardenhaar gebruiken om stenen te versterken. Natuurlijk kunnen deze power-ups maar een bepaalde hoeveelheid doen, maar als de BioFibers van het team beginnen te haperen, gaan ze echt schitteren.
“In onze huid, ons weefsel [repairs] op natuurlijke wijze door een meerlaagse vezelstructuur doordrenkt met onze zelfherstellende vloeistof: bloed”, zegt Amir Farnam, universitair hoofddocent aan het Drexel’s College of Engineering en onderzoeksmedewerker, in een universitair profiel van 8 december. “Deze biovezels bootsen dit concept na en gebruiken steenvormende bacteriën om schadegevoelig, levend, zelfherstellend beton te creëren.
In elke BioFiber bevindt zich een cachegeheugen Lysinibacillus sphaericus in hun slapende endosporevorm. De bacteriën, die vaak in de bodem worden aangetroffen, ondergaan een proces dat bekend staat als microbieel geïnduceerde calciumcarbonaatafzetting. In feite creëert het een steenachtige substantie terwijl het zijn voedingsstoffen opgebruikt.
Dit kan vooral handig zijn als de bacteriën kunnen worden aangetroffen in de buurt van bijvoorbeeld een nieuw gevormde scheur in een bepaald, populair bouwmateriaal. Nadat de BioFibers van het team onder druk breken, vindt water uit de buitenomgeving uiteindelijk zijn weg naar het beton, waar het in contact komt met endoscopische bacteriën. Deze wordt vervolgens geactiveerd Lysinibacillus sphaericus, dat naar beneden begint te duwen en naar de oppervlakte stijgt – wat allemaal tegelijkertijd de afzetting van calciumcarbonaat initieert, veroorzaakt door microben. Dat calciumcarbonaat vult vervolgens de betreffende scheuren, waar het uithardt tot een schijnbaar cementkorst, net zoals het opgedroogde bloed de snee bedekt en beschermt. Bij recente tests ‘genezen’ het beton zichzelf in twee dagen.
Hoewel onderzoekers de reparatietijd van met BioFiber geïnfuseerde materialen nog steeds beter moeten begrijpen en controleren, kunnen de zelfherstellende materialen op een dag de behoefte aan extra, klimaatduur beton helpen verminderen.