Samoiscjeljujući beton

Pronađene su bakterije koje proizvode minerale, koje bi mogle pomoći u sanaciji mikro prslina u betonu

Prslineu betonu su uobičajena pojava zbog relativno niskog otpora na istezanje. Trajnost betona je narušena ovim pukotinama jer one pružaju lak put za transport tečnosti i gasova koji potencijalno sadrže štetne materije. Ako mikro pukotine rastu i dođu do armature, može biti napadnut ne samo sam beton,  nego također može doći do pojave korozije na armaturi. Zbog toga je važno kontrolisati širinu pukotine i što brže sanirati pukotine. S obzirom da su troškovi održavanja i popravke betonskih konstrukcija obično visoki, ovo istraživanje se fokusira na razvoj samoobnavljaućeg betona. Obnavljanje pukotina u betonu doprinijelo bi dužem vijeku trajanja betonskih konstrukcija i učinilo materijal ne samo trajnijim nego i više održivim.

Beton ima autogeni kapacitet zacjeljivanja jer je u matrici prisutan nehidratizirani cement. Kada voda dođe u dodir sa nehidratizovanim cementom, dolazi do dalje hidratacije. Osim toga, rastvoreni CO2 reagira sa Ca2 + da formira CaCO3 kristale. Ova dva mehanizma, međutim, mogu popraviti samo male pukotine. Autogeno iscjeljenje

Da bi se poboljšao mehanizam iscjeljenja, mikrovlakna se dodaju u mješavinu. Miješanjem mikrovlakana u betonu dolazi do višestrukog pucanja. Dakle, nije stvorena jedna široka pukotina, već nekoliko malih pukotina, koje se lakše zatvaraju zbog autogenog zacjeljenja.

Višestruko pucanje

Superapsorbirajući polimeri (SAP), ili hidrogelovi, mogu da upiju veliku količinu fluida (do 500 puta sopstvene težine) i da ga zadrže u svojoj strukturi bez otapanja. Kada se pojave pukotine, SAP se izlaže vlažnoj okolini i bubri. Ova reakcija oticanja djelimično zapečati pukotinu od upada potencijalno štetnih tvari. Nakon bubrenja, SAP čestice desorbiraju i puštaju tekućinu u okolni matriks za unutrašnje sušenje, dalju hidrataciju i taloženje CaCO3. Na taj način se pukotine mogu potpuno zatvoriti. Zbog činjenice da pH vrijednost u betonu pada sa 12.8 na 9-10 kada se pojavi pukotina, korisno je istražiti pH osjetljive hidrogelove. Ovakvi gelovi će nabreknuti samo kada se pojavi pukotina i prodre svježa voda.

Pukotine se mogu iscijeliti korištenjem mikroorganizama koji talože kalcijev karbonat. Ovi organizmi su ugrađeni u betonsku matricu nakon imobilizacije na dijatomejskoj zemlji u mikrokapsulama ili u SAP-u, i započet će taloženje CaCO3 kada dođe do pucanja. Kroz ovaj proces bakterijska ćelija će biti obložena slojem kalcijum karbonata, što će rezultirati punjenjem pukotina. CaCO3 taloženje pomoću bakterija imobiliziranih na diatomejskoj zemlji – PU pjena – silika gel

Razlilita istraživanja razmatrju upotrebu inkapsuliranih polimera u cilju dobijanja samozacjeljenja betonskih pukotina. Kada se pojavi pukotina, kapsule se razbijaju i sadržaj se oslobađa. Zbog kapilarnog djelovanja, sredstvo će ući u pukotinu. Nakon reakcije, površine pukotina su spojene zajedno i na taj način se pukotina popravi. U zavisnosti od potrebnih povratnih osobina, različita sredstva su inkapsulirana. Da bi se smanjila vodopropusnost puknutog betona, unutar kapsula se nalazi poliuretan. Kada je vraćanje snage važnije pitanje, metil metakrilat je inkapsuliran. Za strukture u kojima je estetski aspekt važan, sredstva za nepropusnost vode mogu se inkapsulirati.

Kao materijal za inkapsulaciju korištene su staklene ili keramičke cijevi. Međutim, budući da kapsule moraju preživjeti proces miješanja u betonu, istraživanja se trenutno fokusiraju na razvoj kapsula s odgovarajućim svojstvima za preživljavanje procesa miješanja i oslobađanje potrebnog sredstva kada se pukotine pojave u očvrsnutoj matrici. U slučaju dinamičkih pukotina u strukturama pod cikličkim opterećenjem (npr. zbog saobraćaja ili temperaturnih varijacija), mogu se koristiti zatvoreni elastični polimeri. Dok bi se pukotine koje su zarasle sa CaCO3 ponovo otvorile i nastale bi nove pukotine u slučaju krutih polimera, elastični polimeri bi trebali biti u stanju premostiti pukotine sve veće širine. Stoga, za ovu konkretnu primjenu, regeneracija čvrstoće nije toliko važna kao učinkovito zacjeljenje pukotina. Procjenjuju se adhezivna svojstva i kapacitet naprezanja elastičnih polimernih zacjeljujućih sredstava u upotrebi.

Dok su lebdeći pepeo i  zgura slabiji u odnosu na ranu starosnu mikrostrukturu i razvoj čvrstoće, njihova sposobnost samozacjeljenja može biti mnogo veća, upravo zbog niskog stepena hidratacije zgure i čestica lebdećeg pepela. Nakon pucanja, nereagirane čestice mogu se ponovo aktivirati kako bi se zatvorila pukotina i povratila vodonepropusnost i čvrstoća. Ispitivana je pogodnost različitih tipova alkalijskih aktivatora (npr. NaOH, KOH ili silikatnog rastvora).

Vizualizacija zatvaranja pukotina pomoću optičke mikroskopije

Osim toga, predviđa se vijek trajanja za samozacjeljivi beton na osnovu trajnosti u agresivnim sredinama s visokim koncentracijama sulfata i hlorida ili u slučaju karbonacije.

Postupci testiranja za efikasnost samoiscjeljenja  

Razvijaju se standardne procedure kako bi se uporedila djelotvornost različitih pristupa samozacjeljenja jednih u odnosu na druge. Cilj ovih procedura je da se analizira ponovno stezanje tečnosti i mehanička osobina. Drugi postupak se fokusira na trajnost samozacjeljivog  betona u pogledu karbonacije i prodora hlorida.

 

m-Kvadrat

print