بتن خود ترمیم شونده و چالش های پیش رو

با استناد به گزارش منتشر شده توسط WBCSD (انجمن تجارت جهانی برای توسعه پایدار)، بتن پس از آب پر مصرف ترین ماده بر روی کره ی زمین است. رشد فزاینده ی جمعیت در کشورهای مختلف و از طرفی نیاز به احداث زیرساخت های حیاتی و تأمین سرپناه برای ساکنین کره ی زمین اقدامی اجتناب ناپذیر به شمار می رود. بتن به علت ویژگی ها و مزایایی فراوانی که دارد، به عنوان محبوب ترین مصالح ساختمانی در پروژه های عمرانی شناخته شده و استفاده از آن رو به افزایش است. ساخت انواع پل ها، جاده ها، تأسیسات تونلی و زیرگذرها، سدها و آب بند ها، مخازن تصفیه آب و نگهداری از مایعات، تأسیسات دفاعی و بسیاری دیگر، نیازمند استفاده از بتن می باشند. 

همچنین ساختمان ها و سازه های مختلف با کاربری های گوناگون نیز با بتن سر و کار دارند. طبق تحقیقات انجام شده، میزان مصرف سالانه ی بتن در جهان حدوداً یک تن به ازای هر نفر می باشد که با ضرب این عدد در تعداد جمعیت حاضر بر روی کره ی زمین (حدود 7/5 میلیارد)، به حجم قابل توجهی دست خواهیم یافت. از طرفی احداث سازه های زیربنایی مانند راه ها و جاده ها، هزینه های بسیار بالایی را بر صنعت ساخت و ساز یک کشور اعمال می کند. همچنین هزینه ی نگهداری، ترمیم و تعمیر سازه های ساخته شده نیز هزینه های گزافی به همراه خواهد داشت که معمولاً عمر مفید یا مدت زمان بهره برداری از یک سازه را تعیین می نماید. برای جلوگیری از هزینه های سرسام آور نگهداری و ترمیم سازه ها و همچنین افزایش طول عمر سازه ها، از روش های متعددی استفاده می کنند. از جدیدترین و بهترین روش های معرفی شده در این راستا، استفاده از بتن های خود ترمیم شونده در سازه های بتنی است که به دلیل مزایایی فراوان آن، طرفداران زیادی را در سراسر دنیا به خود اختصاص داده است.

هر آنچه باید بدانید : چگونه بتن را آب بند کنیم ؟

باید توجه داشت که هرچقدر هم در تهیه ی طرح اختلاط مناسب بتن و ساخت سازه های بتنی دقت به خرج دهیم، اما ایجاد ترک در سازه های بتنی امری اجتناب ناپذیر است. این ترک ها می توانند به دلایل مختلفی ایجاد شوند و عمر سرویس دهی سازه ها را به شدت کاهش دهند. به گفته ی پروفسور هنک جانکرز، استاد میکروبیولوژی و پژوهشگر برجسته ی دانشگاه دلفت هلند، مهمترین مشکلی که در نتیجه ی ترک بوجود می آید، نشت آب خواهد بود. او این طور توضیح می دهد که " در صورت نشت آب از ترک های ایجاد شده، آب به راحتی وارد محیط داخلی سازه شده و مشکلاتی را بوجود می آورد. همچنین تماس دائمی آب با فولادهای مدفون در سازه ی بتنی موجب خوردگی فولادها شده و ممکن است به فروپاشی سازه منجر شود." اما او برای ترمیم ترک های بتن، راهکار ویژه ای دارد.

تاریخچه بتن خود ترمیم شونده

در سال 2006 میلادی، دکتر جانکرز به همراه یک استاد تکنولوژی بتن، پروژه ی تحقیقاتی را آغاز می کند که در آن از باکتری ها برای تعمیر و ترمیم ترک های بتن استفاده می شود. این پروژه ی تحقیقاتی حدوداً سه سال به طول می انجامد و نتیجه ی آن شگفت انگیز است. ساخت بتنی با قابلیت خود ترمیم شوندگی که نام آن را بیوکانکریت (Bioconcrete) یا بتن زیستی نهاده است. طریقه ی ساخت این بتن تفاوتی با بتن های معمولی ندارد و فقط یک جزء مهم به آن اضافه می شود که به این جزء جدید، عامل ترمیم گر گفته می شود. این عامل ترمیم گر یا همان باکتری ها زمانی فعال می شوند که بتن ترک خورده و آب وارد آن شود. دکتر جانکرز معتقد است که باید به دنبال نوعی از باکتری بود که بتواند به خوبی در محیط خشن و ناملایم بتن دوام آورند. محیط بتن بسیار قلیایی است و احتمالاً باکتری ها نیز باید سال های طولانی غیر فعال بمانند تا زمانیکه آب به محیط وارد شود. او از باکتری های باسیل (bacillus bacteria) و نوع دیگری از باکتری موسوم به sporosarcina pasteurii  به عنوان عامل ترمیم گر در بتن استفاده کرد. دلیل آن نیز رشد فوق العاده ی این نوع باکتری ها در محیط های قلیایی همچون بتن بود که با تولید برخی هاگ ها در این محیط می توانستند تا ده ها سال بدون غذا یا اکسیژن زنده بمانند. اما این پایان ماجرا نبود و چالش بزرگ دیگری در مقابل جانکرز و تیم تحقیقاتی اش قرار داشت. او می گوید "علاوه بر زنده ماندن باکتری ها در محیط قلیایی بتن، آنها باید بتوانند مواد ترمیم کننده در بتن تولید کنند که در واقع همان تولید سنگ آهک است." برای تولید سنگ آهک در بتن، باکتری باسیل نیاز به منبع غذایی دارد. شکر یک منبع غذایی خوب برای این نوع از باکتری ها به شمار می رود اما نمی توان از شکر در تولید بتن استفاده کرد. زیرا شکر موجب کاهش مقاومت بتن و همچنین افزایش مدت زمان گیرش آن می شود. پس از انجام تحقیقات فراوان، جانکرز موفق به ساخت کپسولی جادویی شد. او از کلسیم لاکتات استفاده کرد. در واقع، او باکتری و کلسیم لاکتات را درون کپسولی پلاستیکی و قابل تجزیه قرار داد و کپسول را درون مخلوط بتن تازه انداخت. وقتی بتن سخت شد و بعد از مدتی ترک میخورد، آب وارد محیط شده و کپسول ها باز می شدند. در اثر باز شدن کپسول ها، باکتری های آزاد شده فعال می شوند و تکثیر پیدا می کنند. آنها از لاکتات ها تغذیه کرده و به سرعت رشد می کنند. در نهایت، باکتری ها موجب می شوند کربنات ها و کلسیم با یکدیگر ترکیب شده و کلسیت یا سنگ آهک را تولید کنند. رشد بلورهای کلسیت در بتن نیز موجب انسداد ترک ها و در نهایت ترمیم ترک در بتن می شوند. این فرآیند شبیه به رشد سلول های استئوبلاست (osteoblast) در بدن انسان است مکه منجر به تولید استخوان ها می شود.

برای مطالعه بیشتر : فرق روان کننده و فوق روان کننده در چیست ؟

با توجه داشت که استفاده از این روش برای ترمیم ترک های بتن به عرض ماکزیمم 0/8 میلیمتر کاربرد دارد و نمی توان از آن برای ترمیم ترک های بزرگتر و یا شکاف های عمیق استفاده کرد. ضمناً باید دقت کرد که در حال حاضر هزینه ی ساخت این نوع بتن در مقایسه با بتن معمولی کمی بیشتر خواهد بود. طبق برآوردی که توسط دکتر جانکرز صورت گرفته است، هزینه ی تولید بتن خود ترمیم شونده حدوداً 40 درصد بیشتر از بتن معمولی خواهد بود و بنابراین استفاده از آن در سطح بسیار وسیع با مشکلاتی همراه خواهد بود. یکی از پروژه هایی که به طور موفقیت آمیزی از بتن های خودترمیم شونده استفاده کرده است، احداث سیستم آبیاری و کانال بتنی در کشور اکوادور می باشد. علی رغم هزینه ی اولیه ی بیشتری که برای ساخت این سازه صورت گرفته است، اما طبق محاسبات و برآوردهای انجام شده به دلیل کاهش هزینه های مربوط به نگهداری و ترمیم خطوط لوله، این پروژه صرفه ی مالی خوبی را نصیب کارفرمایان نموده است.

استفاده از بتن خود ترمیم شونده

از بتن خود ترمیم شونده می توان به سه شکل استفاده کرد. به عنوان اولین روش می توان کپسول حاوی باکتری را بر روی سطح ترک خورده اسپری کرد. دومین راه، به کارگیری کپسول در ملات های ترمیمی است که بر روی خرابی های با عمق و عرض بیشتر مالیده می شوند. سومین روش که متداول ترین روش نیز به حساب می آید، اضافه کردن کپسول به داخل مخلوط بتن آماده است. خبر خوش آن است که هم اکنون اسپری های خود ترمیم گر به صورت تجاری تولید می شوند و در دسترس می باشند.

پروفسور جانکرز – استاد و پژوهشگر دانشگاه دلفت هلند

محصولاتی که در ساخت بتن کاربرد دارند : چسب بتن