Сам себе бетон. Биологические микроорганизмы способны заживлять треснувшие конструкции

Могут ли биологические микроорганизмы помогать строителям заживлять треснувший бетон и лечить арматуру от коррозии?

Этим вопросом задаются авторы популярного журнала nature.com.
Оказывается, могут — эти технологии изучают европейские университеты. Биологические стратегии ингибирования коррозии могут стать достойной альтернативой современным компонентам в эпоху биоэкономики, поэтому вызывают интерес исследователей по всему миру. Об этой технологии рассказала на страницах Scientific Reports команда ученых Гентского университета (Бельгия): Юсуф Эршан, Ким Ван Титтельбум, Нико Бун и Нель Де Бели.
Для поддержания хорошего состояния стальной арматуры в крекинг–бетоне (угроза термического крекинга возникает при различии температур материала и внешней среды. — Ред.) на сегодня существуют самовосстанавливающиеся цементные композиты, которые медленно заполняют трещины путем биоминерализации. Медленное заживление способствует тому, что в процессе заживления бетона арматура может успеть подвергнуться коррозии.
Поэтому бельгийские ученые разработали способ повысить защиту арматуры, комбинируя цементные композиции с микроорганизмами, которые захватывают коррозию. Командой были изучены восстановительные возможности нитрата NO3. Этот нитрат получается после действия азотной кислоты HNО3 на металлы и соли. Он хорошо растворим в воде и практически не обладает окислительными свойствами в растворе, зато позволяет ингибировать коррозию арматуры, растворяясь в воде и трансформируясь в анодный игибитор NO2. Подобные анодные ингибиторы формируют на металле тонкие защитные пленки, которые тормозят переход металла в раствор и замедляют электродные реакции.
Это одна операция, необходимая для лечения коррозий. Вторая задача — введение среды для микробного индуцирования, это происходит после осаждения кальция, который позволяет выработать самовосстанавливающиеся цементные композиты. Такой бетон уже в автономном режиме способен исцелять микротрещины в материале.
На сегодняшний день активно применяются химические покрытия, которые ингибируют коррозию. Но у них есть существенный недостаток — они дорогостоящие, могут содержать токсичные и неэкологичные летучие растворители. Полученные учеными результаты в исследовании нитрата NO3 сопоставимы с защитой арматуры с применением химического ингибитора, однако эта технология дешевле и экологичнее.
Новизна этого исследования в том, что раньше на основе внедрения микроорганизмов решалась только задача защиты арматуры, сегодня же ученые предлагают лечить старую арматуру от уже существующей коррозии. Используя NO3, бельгийские ученые разработали усовершенствованный композит, который может защищать арматуру в треснувшем растворе до 4 месяцев, хотя сам процесс заживления биохимических трещин в бетоне оценивается в сроки до 70 дней.
Новоразработанный материал обещает защитить арматуру от коррозии в морской среде и увеличить срок службы конструкций. Ожидается, что такие композиты в будущем будут применяться в широком диапазоне сфер строительства, включая мостостроение, возведение подводных туннелей и многое другое.
> Перевод Марии Шевлягиной