بتن پرکاربردترین ماده ساخت و ساز در جهان است. این بتن پایدار را می‌توان در پیاده‌روهای شهری، پل‌هایی که رودخانه‌های وسیع را پوشش می‌دهند و بلندترین آسمان‌خراش‌های جهان مشاهده کرد. اما این بتن مقاوم یک ضعف دارد: به ترک‌های فاجعه‌بار دچار می‌شود که سالانه ده‌ها میلیارد دلار هزینه تعمیرات به بار می‌آورد. اما اگر بتوانیم این مشکل را حل کنیم و بتنی خودترمیم‌شونده بسازیم که خودترمیمی انجام دهد، چه خواهد شد؟
بتن خودترمیم‌شونده چیست و چگونه عمل می‌کند؟
این ایده به آن اندازه که به نظر می‌رسد دور از دسترس نیست. این کار با درک چگونگی تشکیل بتن‌های پیشرفته و استفاده از این فرآیند به نفع خودمان امکان‌پذیر است. بتن ترکیبی از سنگ‌های درشت و ذرات ماسه، به نام سنگ‌دانه‌ها، است که با مواد افزودنی بتن و سیمان، یک مخلوط پودری از خاک رس و سنگ آهک، ترکیب می‌شود. هنگامی که آب به این مخلوط اضافه می‌شود، سیمان به‌صورت یک خمیر درمی‌آید و سنگ‌دانه‌ها را می‌پوشاند و از طریق واکنش شیمیایی به نام هیدراتاسیون به سرعت سخت می‌شود. سرانجام، این ماده به‌اندازه‌ای قوی می‌شود که بتواند سازه‌های بتنی با ارتفاع صدها متر را نگه دارد.
نقش میکروب‌ها و کربنات کلسیم در ترمیم ترک‌های بتن
خوشبختانه، ما در حال آزمایش روش‌هایی هستیم که می‌تواند بتن‌های پیشرفته را وادار به ترمیم خودبخودی کند. برخی از این راهکارها از مکانیسم طبیعی خودترمیمی بتن الهام گرفته شده‌اند. هنگامی که آب وارد ترک‌های کوچک می‌شود، اکسید کلسیم بتن را هیدراته می‌کند. کربنات کلسیم تولیدشده با دی‌اکسید کربن هوا واکنش می‌دهد و فرآیندی به نام ترمیم خودبخودی را آغاز می‌کند، که در آن بلورهای کربنات کلسیم میکروسکوپی شکل می‌گیرند و به تدریج شکاف‌ها را پر می‌کنند. متأسفانه این بلورها تنها می‌توانند ترک‌هایی به عرض کمتر از ۰.۳ میلی‌متر را ترمیم کنند.
مزایای استفاده از مواد افزودنی در بتن‌های پیشرفته
دانشمندان مواد موفق شده‌اند با افزودن مواد افزودنی بتن و چسب‌های مخفی به مخلوط بتن، ترک‌هایی به عرض دو برابر این اندازه را ترمیم کنند. اگر الیاف و لوله‌های پر از چسب را به مخلوط اضافه کنیم، آنها زمانی که ترک ایجاد شود، شکسته و محتویات چسبناک خود را آزاد کرده و شکاف را می‌بندند. اما مواد شیمیایی چسب‌دار اغلب رفتار متفاوتی از بتن دارند و در طول زمان ممکن است به ترک‌های بیشتری منجر شوند.
فناوری سبز در صنعت بتن و تاثیر آن بر دوام سازه‌ها
شاید بهترین راه برای ترمیم ترک‌های بزرگ این باشد که بتن ابزارهای لازم برای کمک به خود را داشته باشد. دانشمندان کشف کرده‌اند که برخی باکتری‌ها و قارچ‌ها می‌توانند مواد معدنی مانند کربنات کلسیم تولید کنند که در ترمیم خودبخودی نیز وجود دارد. مخلوط‌های آزمایشی بتن شامل این اسپورهای باکتریایی یا قارچی به همراه مواد مغذی در مخلوط بتن قرار می‌گیرند و می‌توانند صدها سال در حالت خفته بمانند. هنگامی که ترک‌ها ظاهر شده و آب وارد بتن می‌شود، اسپورها جوانه زده و در محیط مغذی اطراف خود رشد می‌کنند و شرایط مناسبی برای تشکیل بلورهای کربنات کلسیم ایجاد می‌کنند. این بلورها به تدریج شکاف‌ها را پر می‌کنند و پس از حدود سه هفته، میکروب‌های فعال می‌توانند ترمیم ترک بتن را تا عرض تقریباً ۱ میلی‌متر به طور کامل انجام دهند.
اگرچه این تکنیک به طور گسترده‌ای مورد مطالعه قرار گرفته، اما هنوز تا مرحله استفاده جهانی از آن در تولید بتن راه زیادی در پیش داریم. اما این میکروب‌های ترمیم‌کننده پتانسیل عظیمی برای مقاوم‌تر و پایدارتر کردن بتن دارند – که می‌تواند هزینه‌های مالی و زیست‌محیطی تولید بتن را به‌طور چشمگیری کاهش دهد. در نهایت، این میکروارگانیسم‌ها ممکن است باعث شوند نگاهی جدید به شهرهای بتنی داشته باشیم و این جنگل‌های بتنی زیست‌سازگار را زنده تصور کنیم.
