بتن پرکاربردترین مصالح ساختمانی است که در ساخت اجزای سازه، کفسازیها، روسازی‌ها و پل‌ها کاربرد دارد، اما این ماده یک نقطه ضعف هم دارد و آن، عدم تحمل تنش‌های کششی و استعداد بروز ترک است که سالانه سبب ایجاد خساراتی بالغ بر ده‌ها میلیارد دلار می‌شود. در این مقاله از بلاگ رامکا، با بتن خود ترمیم شونده آشنا خواهید شد که توانایی ترمیم ترک‌های خود را دارد. تا انتها همراه ما باشید.
بتن خود ترمیم شونده چیست؟
همان‌طور که می‌دانید، بتن طی فرایند سخت شدن و هیدراتاسیون سیمان و همچنین پس از آن، به خاطر تغییرات دمایی دچار ترک‌های ریزی می‌شود. البته بیشتر این ترک‌ها طی زمان با تماس بتن با آب و هیدارته شدن برخی مولکول‌های سیمان که هنوز دست نخورده باقی مانده‌اند، ترمیم می‌شود.
اما این موضوع در مورد ترک‌هایی با عرض کمتر از ۰٫۲ میلی‌متر صدق می‌کند و ترک‌های بزرگ‌تر معمولاً پر نمی‌شوند و این اصلاً خوب نیست! چرا که در صورت بارش باران و ورود آب به ترک‌ها، عرض آن‌ها بزرگ‌تر می‌شود و یکپارچگی ساختار بتن را تهدید می‌کنند. ترک‌های ناشی از عواملی مانند جمع‌شدگی، چرخه‌های ذوب و یخ متوالی، از آن دسته ترک‌هایی هستند که عرضشان معمولاً بیشتر از ۰٫۲ میلی‌متر است. برای جلوگیری از ترکخوردگی بیشتر بتن و نفوذ آب و یون‌های مضر به آرماتورها، نگهداری و ترمیم بتن امری اجتناب‌ناپذیر است.
سؤالی که ذهن محققین تکنولوژی بتن را به خود مشغول کرده، آن است که آیا می‌توان در جاهایی که بتن مستعد ترکخوردگی است، از بتن‌هایی استفاده کرد که قابلیت ترمیم خود به خود ترک‌هایشان را داشته باشند؟ این ایده برخلاف تصور، آن‌‌قدرها هم دور از ذهن نیست. برای حل مشکل فوق، نیاز به بتنی است که توانایی ترمیم به مراتب بالاتری حتی در برابر ترک‌های بزرگ‌تر از ۰٫۲ میلی‌متر داشته باشد. دانشمندان راه‌حل این مشکل را در استفاده از موجودات زنده در بتن یافتند. در واقع در این‌جا علم زیست‌شناسی به کمک علم مهندسی آمده است.
ابر روان کننده بتن تایتان TITAN
حفظ اسلامپ طولانی، ویژه بچینگ و بتن‌ریزی در هوای گرم
ابر روان کننده بتن
ابر روان کننده بتن فیوژن پلاس +FUSION
افزاینده مقاومت بتن و کاهنده آب قوی در مدت کم
ابر روان کننده بتن
ابر روان کننده بتن نئون پلاس +NEON
افزایش اسلامپ بتن با نسبت آب به سیمان پایین در کوتاه‌مدت
تحقیقات دانشمندان در این باره به کشف نوعی باکتری به نام باسیلوس انجامید که توانایی تولید مواد معدنی مانند کربنات کلسیم را داشت. استفاده از این باکتری در بتن، سبب ایجاد خاصیت خود ترمیم شوندگی می‌شود. از این رو به این نوع بتن‌ها، بتن‌های خود ترمیم شونده یاSelf-healing Concrete می‌گویند.
ویژگی‌های بتن خود ترمیم شونده
در بتن‌های خود ترمیم شونده به محض رسیدن رطوبت به ترک‌ها، بتن شروع به بازسازی و ترمیم ترک‌های خود می‌کند و بدین‌ترتیب، مانع از گسترش ترک‌ها و عمیق شدن آن‌ها می‌شود. در واقع، هنگامی که ترک در بتن ایجاد می‌شود، مواد سیمانی که در ترک‌ها خشک شده‌اند، با دی اکسید کربن و آب واکنش داده و لایه نازکی از کربنات کلسیم تولید می‌کنند و در نتیجه، مانع از گسترش ترک‌ها می‌شوند.
در بتن‌های خود ترمیم شونده با اضافه شدن باکتری باسیلوس، توانایی تولید کربنات کلسیم در بتن افزایش می‌یابد. این نوع بتن‌ها با استفاده از باکتری باسیلوس قادر به ترمیم ترک‌های خود هستند. این باکتری و مواد مغذی مناسب آن – یعنی کلسیم لاکتات Ca(C3H5O2)2 – به صورت کپسول‌های ریز به بتن اضافه می‌شوند.
باسیلوس تا زمانی که ترکی در بتن ایجاد شود، در حالت خواب و غیرفعال قرار دارد. هنگامی که ترک‌ها ظاهر می‌شوند و آب در بتن نفوذ می‌کند، باکتری باسیلوس فعال شده و با مصرف اکسیژن از کلسیم لاکتات تغذیه می‌کند. نتیجه این واکنش، تولید رسوب سخت کلسیم کربنات است. بلورهای کلسیم کربنات به وجود آمده به تدریج شکاف‌ها را پر می‌کنند و پس از حدود سه هفته، این میکروب پرتلاش می‌تواند ترک‌هایی تا عرض ۱ میلی‌متر را به صورت کامل پُر کند.
پس از بسته شدن ترک‌ها و خروج آب، باکتری باسیلوس دوباره به خواب می‌رود تا برای چرخه‌های بعدی خود ترمیمی آماده شود. این باکتری و مواد مغذی آن، یعنی کلسیم لاکتات درون گلوله‌های کوچک رسی قرار داده شده و به بتن اضافه می‌شود تا جلوی واکنش‌دهی با آب اولیه بتن گرفته شود. بدین‌ترتیب هرگاه در بتن ترکی ایجاد شد، این کپسول‌های ریز باز می‌شود و آب به داخل آن‌ها راه یافته و عمل ترمیم ترک‌ها با تولید کلسیم کربنات آغاز می‌گردد.
باید توجه داشت این خود باکتری‌ها نیستند که سبب پُر شدن ترک‌ها می‌شوند، بلکه ترمیم ترک‌های حاصل عملیات متابولیسم (سوخت و ساز) آن‌ها و تولید کلسیم کربنات است که باعث پر شدن ترک‌ها می‌شود. در روش دیگر، باکتری‌ها و مواد مغذی به صورت مستقیم به بتن اضافه می‌شوند که این روش کاربرد کمتری دارد.
با این کار، تهدید باران و نفوذ رطوبت به ترک‌های بتن، تبدیل به یک فرصت می‌شود، چرا که واکنش این باکتری با ماده مغذی در صورت وجود آب امکان‌پذیر است و این یعنی در صورت بارش باران، این باکتری شروع به واکنش می‌کند و ترک‌های بتن را پر خواهد کرد. دانشمندان ادعا می‌کنند این باکتری‌ها قادرند حدود ۲۰۰ سال بعد از سخت شدن بتن، ترک‌های ناشی از ضربه، دما و… را به مرور ترمیم کنند. با مسدود کردن این ترک‌ها هر چند مقاومت بتن به مقدار اولیه و پیش از ترکخوردگی نمی‌رسد، اما این امر موجب افزایش عمر و دوام بتن می‌شود.
بیشتر بخوانید: بتن خود تراکم چیست؟
واکنش شیمیایی بتن خودترمیم
هنگامی که آب و کلسیم هیدراته موجود در آن در مجاورت هم قرار می‌گیرند، با کمک باکتری‌ها، هیدروکسید کلسیم تولید می‌شود. هیدروکسید کلسیم تولید شده با دی اکسید کربن جو واکنش داده و سنگ تولید می‌کند. پس از سخت شدن سنگ آهک ( کلسیم کربنات)، ترک‌ها به تدریج بسته می‌شوند.
Cao + H2O = Ca(OH)2
Ca(OH)2 + Ca2 = CaCo3 + H2
مزایای بتن خود ترمیم شونده
بتن خود ترمیم شونده مزایای زیادی دارد که از جمله آن می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:
- دوام بالا در شرایط مختلف جوی و مقاومت در برابر سرما و گرما
- قابلیت شکل‌پذیری
- طول عمر بالا
- افزایش دوام و پایداری سازه
- کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
- جلوگیری از هدر رفتن آب در کانال‌های انتقال آب
- جلوگیری از آسیب‌دیدگی سازه اصلی ساختمان
- جلوگیری از زنگ‌زدگی و خوردگی فولاد و آرماتورهای داخلی بتن
معایب بتن خود ترمیم شونده
از معایب این بتن می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- هزینه بالای تولید
- کپسول‌های رسی حاوی باکتری و کلسیم لاکتات، ۲۰% از حجم بتن را اشغال می‌کنند و ممکن است این کپسول‌ها سبب ایجاد یک منطقه ضعیف برشی در بتن شوند.
- برای ساخت و تولید این نوع بتن، آیین‌نامه خاصی وجود ندارد.
تفاوت بتن خود ترمیم با بتن معمولی
مهم‌ترین تفاوتی که بتن خود ترمیم شونده و بتن معمولی با یکدیگر دارند آن است که در یکی خاصیت خود ترمیم‌شدگی وجود دارد و دیگری چنین خاصیتی ندارد. علاوه بر این به دلیل خاصیت خود ترمیمی، مقاومت فشاری و خمشی این بتن نسبت به بتن‌های معمولی بیشتر است.
کاربرد بتن خودترمیم شونده
از بتن خود ترمیم شونده در مناطقی که به دلیل وقوع سیل، باد، باران و شرایط جوی ویژه، بتن باید دوام بالایی داشته باشد یا مناطق بسیار خشکی که احتمال دارد بتن ترک بخورد، استفاده می‌شود. این نوع بتن در سازه‌های آبی، جاده‌ها، پل‌ها و… قابل استفاده است. اما باید توجه داشت استفاده از این بتن، سبب افزایش چشمگیر هزینه‌های ساخت و ساز می‌گردد.
در این مقاله به معرفی و بررسی بتن خود ترمیم شونده پرداختیم. همان‌گونه که گفته شد، این بتن با وجود مزایای بسیار زیادی که دارد، به دلیل هزینه بالای اجرا، امکان استفاده انبوه ندارد. دانشمندان حوزه تکنولوژی بتن معتقدند در آینده بتن‌های بیولوژیکی و زنده همانند بتن خود ترمیم شونده توسعه خواهند یافت. خوشحال می‌شویم با ارائه نظرات خود در پایین همین صفحه، ما را در ارتقای کیفیت مقالات یاری رسانید.
سلام و خداقوت بخاطر مقاله ساده و همه چیز تمومی که قرار دادین. مهندس سیستم های شبه مهندسی زیستی دیگه ای هم وجود دارند که شبیه این باکتری ها عمل کنند؟ مثلا برای نواحی از بتن که نشت آب وجود داره؟
خیر در حال حاضر چنین روشی وجود ندارد.
🌹🌹🌸🌸
🌷
در این بتن تنها از باکتری باسیلوس استفاده میشه یا اینکه باکتری های دیگه هم به کار گرفته میشه؟ مثل پروتئوس، کربوکسیلا؟!
خیر! فقط از باکتری باسیلوس استفاده می‌شود.