الخرسانة هي المادة الأكثر استخداماً في البناء على مستوى العالم. يمكن العثور على هذه الخرسانة المستدامة في الأرصفة الحضرية والجسور التي تغطي الأنهار الكبيرة وأطول ناطحات السحاب في العالم. لكن هذه الخرسانة المقاومة تعاني من عيب واحد: فهي تتعرض لشقوق كارثية تتطلب تكاليف صيانة سنوية بمليارات الدولارات. لكن ماذا لو استطعنا حل هذه المشكلة وصنع خرسانة ذاتية الإصلاح تقوم بعملية الإصلاح الذاتي؟
ما هي الخرسانة ذاتية الإصلاح وكيف تعمل؟
هذه الفكرة ليست بعيدة المنال كما تبدو. يمكن تحقيق ذلك من خلال فهم كيفية تكوين الخرسانة المتقدمة واستخدام هذه العملية لصالحنا. الخرسانة عبارة عن مزيج من الصخور الخشنة وجسيمات الرمل، تُعرف بالركام، تُخلط مع إضافات الخرسانة والأسمنت، وهو خليط مسحوق من الطين والحجر الجيري. عند إضافة الماء إلى هذا الخليط، يتحول الأسمنت إلى عجينة تغطي الركام وتتصلب بسرعة من خلال تفاعل كيميائي يُعرف بالترطيب. في النهاية، يصبح هذا المادة قوية بما يكفي لتحمل الهياكل الخرسانية بارتفاع مئات الأمتار.
دور الميكروبات وكربونات الكالسيوم في إصلاح شقوق الخرسانة
لحسن الحظ، نحن نجري تجارب على طرق يمكن أن تجعل الخرسانة المتقدمة قادرة على الإصلاح الذاتي. بعض هذه الحلول مستوحاة من آليات طبيعية في الإصلاح الذاتي للخرسانة. عندما يدخل الماء في الشقوق الصغيرة، يقوم أكسيد الكالسيوم بترطيب الخرسانة. تتفاعل كربونات الكالسيوم الناتجة مع ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء، مما يبدأ عملية الإصلاح الذاتي، حيث تتكون بلورات كربونات الكالسيوم المجهرية التي تملأ الشقوق تدريجياً. لسوء الحظ، يمكن لهذه البلورات إصلاح الشقوق التي يبلغ عرضها أقل من 0.3 ملم فقط.
فوائد استخدام الإضافات في الخرسانة المتقدمة
تمكن العلماء من إصلاح شقوق بعرض ضعف هذا الحجم عن طريق إضافة إضافات الخرسانة والمواد اللاصقة الخفية إلى الخليط الخرساني. إذا أضفنا الألياف والأنابيب المملوءة باللاصق إلى الخليط، فإنها تنكسر عند حدوث الشقوق، وتطلق محتوياتها اللزجة لسد الفراغ. لكن المواد الكيميائية اللاصقة غالباً ما تتصرف بشكل مختلف عن الخرسانة وقد تؤدي إلى المزيد من الشقوق بمرور الوقت.
التكنولوجيا الخضراء في صناعة الخرسانة وتأثيرها على متانة الهياكل
ربما تكون أفضل طريقة لإصلاح الشقوق الكبيرة هي أن تكون الخرسانة مزودة بالأدوات اللازمة للمساعدة في الإصلاح الذاتي. اكتشف العلماء أن بعض البكتيريا والفطريات يمكنها إنتاج معادن مثل كربونات الكالسيوم، والتي تكون أيضاً جزءاً من الإصلاح الذاتي. تحتوي الخلطات التجريبية من الخرسانة على هذه الأبواغ البكتيرية أو الفطرية مع المغذيات في الخليط الخرساني، ويمكن أن تبقى في حالة خمول لمئات السنين. عندما تظهر الشقوق ويدخل الماء إلى الخرسانة، تبدأ الأبواغ في الإنبات وتنمو في البيئة المغذية المحيطة بها، مما يخلق الظروف المناسبة لتكوين بلورات كربونات الكالسيوم. تملأ هذه البلورات الشقوق تدريجياً، وبعد حوالي ثلاثة أسابيع، يمكن للميكروبات النشطة أن تقوم بإصلاح الشقوق الخرسانية بعرض يصل إلى حوالي 1 ملم بشكل كامل.
على الرغم من أن هذه التقنية قد تم دراستها بشكل واسع، إلا أننا ما زلنا بعيدين عن استخدامها عالمياً في إنتاج الخرسانة. ولكن هذه الميكروبات الإصلاحية لديها إمكانات هائلة لجعل الخرسانة أقوى وأكثر استدامة – مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من التكاليف المالية والبيئية لإنتاج الخرسانة. في النهاية، قد تجعلنا هذه الكائنات الدقيقة نعيد التفكير في المدن الخرسانية ونتصور هذه الغابات الخرسانية الصديقة للبيئة كأنها نابضة بالحياة.
