يمكن للفطريات أن تساعد الخرسانة على التئام التشققات
يمكن للفطريات أن تساعد الخرسانة على التئام التشققات
فيديو: يمكن للفطريات أن تساعد الخرسانة على التئام التشققات
فيديو: حل مشكلة التشققات في الكونكريت بعد الصب 2023, شهر فبراير
Anonim

أحد المرشحين الواعدين صديق للبيئة ولا يشكل أي مخاطر معروفة على صحة الإنسان.

يمكن للفطريات أن تساعد الخرسانة على التئام التشققات
يمكن للفطريات أن تساعد الخرسانة على التئام التشققات

تمت إعادة طباعة المقال التالي بإذن من The Conversation ، وهو منشور عبر الإنترنت يغطي أحدث الأبحاث.

المحادثة
المحادثة

.

تدعم البنية التحتية وتسهل حياتنا اليومية - فكر في الطرق التي نسير عليها ، والجسور والأنفاق التي تساعد في نقل الأشخاص والشحن ، ومباني المكاتب حيث نعمل والسدود التي توفر المياه التي نشربها. لكن ليس سرا أن البنية التحتية الأمريكية تتقدم في السن وفي حاجة ماسة إلى إعادة التأهيل.

الهياكل الخرسانية ، على وجه الخصوص ، تعاني من تدهور خطير. التشققات شائعة جدًا بسبب الظواهر الكيميائية والفيزيائية المختلفة التي تحدث أثناء الاستخدام اليومي. تتقلص الخرسانة أثناء جفافها مما قد يؤدي إلى حدوث تشققات. يمكن أن يتشقق عندما تكون هناك حركة تحتها أو بفضل دورات التجميد / الذوبان على مدار المواسم. ببساطة ، يمكن أن يؤدي وضع الكثير من الوزن عليها إلى حدوث كسور. والأسوأ من ذلك ، أن القضبان الفولاذية المضمنة في الخرسانة كتعزيز يمكن أن تتآكل بمرور الوقت.

يمكن أن تكون الشقوق الصغيرة جدًا ضارة جدًا لأنها توفر طريقًا سهلاً للسوائل والغازات والمواد الضارة التي قد تحتويها. على سبيل المثال ، يمكن للشقوق الدقيقة أن تسمح للماء والأكسجين بالتسلل ومن ثم تآكل الفولاذ ، مما يؤدي إلى فشل هيكلي. حتى الخرق النحيف بعرض الشعرة يمكن أن يسمح بدخول كمية كافية من الماء لتقويض سلامة الخرسانة.

لكن أعمال الصيانة والإصلاح المستمرة صعبة لأنها تتطلب عادةً قدرًا هائلاً من العمالة والاستثمار.

لذلك منذ عام 2013 ، وأنا أحاول اكتشاف كيف يمكن لهذه الشقوق الضارة أن تشفي نفسها دون تدخل بشري. الفكرة مستوحاة في الأصل من القدرة المذهلة لجسم الإنسان على التئام نفسه من الجروح والكدمات وكسور العظام. يأخذ الإنسان العناصر الغذائية التي يستخدمها الجسم لإنتاج بدائل جديدة لعلاج الأنسجة التالفة. وبنفس الطريقة هل يمكننا توفير المنتجات اللازمة للخرسانة لملء الشقوق عند حدوث الضرر؟.

لقد عثرت أنا وزملائي في جامعة بينغهامتون ، جوانجوين زو وديفيد ديفيز ، ونينج زانج من جامعة روتجرز ، على مرشح غير معتاد لمساعدة الخرسانة على التئام نفسها: فطر يسمى Trichoderma reesei.

صورة
صورة

فحصنا في البداية حوالي 20 نوعًا مختلفًا من الفطريات من أجل العثور على نوع يمكنه تحمل الظروف القاسية في الخرسانة. عزلنا البعض من جذور النباتات التي نمت في تربة فقيرة بالمغذيات ، بما في ذلك من نيو جيرسي باين بارينز وجبال روكي الكندية في ألبرتا.

وجدنا أنه مع هيدروكسيد الكالسيوم من الخرسانة المذابة في الماء ، زاد الرقم الهيدروجيني لوسط النمو الفطري لدينا من قيمة أصلية قريبة من الحيادية تبلغ 6.5 على طول الطريق إلى 13.0 قلوية للغاية. من بين جميع الفطريات التي اختبرناها ، فقط T. reesei يمكنه البقاء على قيد الحياة في هذه البيئة. على الرغم من الزيادة الهائلة في درجة الحموضة ، فقد نبتت جراثيمها إلى فطريات خيطية شبيهة بالخيوط ونمت بشكل جيد مع الخرسانة أو بدونها.

صورة
صورة

نقترح تضمين الجراثيم الفطرية ، جنبًا إلى جنب مع العناصر الغذائية ، أثناء عملية الخلط الأولية عند بناء هيكل خرساني جديد. عندما يحدث التصدع المحتوم ووجد الماء طريقه إلى الداخل ، ستنبت الجراثيم الفطرية الخاملة.

أثناء نموها ، ستعمل كعامل مساعد في الظروف الغنية بالكالسيوم للخرسانة لتعزيز ترسيب بلورات كربونات الكالسيوم. يمكن لهذه الرواسب المعدنية أن تملأ الشقوق. عندما يتم سد الشقوق تمامًا ولا يمكن دخول المزيد من الماء ، فإن الفطريات ستشكل جراثيم مرة أخرى. إذا تشكلت الشقوق مرة أخرى وأصبحت الظروف البيئية مواتية ، فقد تستيقظ الجراثيم وتكرر العملية.

T. reesei صديق للبيئة وغير مُمْرِض ، ولا يشكل أي خطر معروف على صحة الإنسان. على الرغم من انتشاره في التربة الاستوائية ، لا توجد تقارير عن آثار ضارة في النباتات أو الحيوانات المائية أو البرية. في الواقع ، لدى T. reesei تاريخ طويل من الاستخدام الآمن في الإنتاج الصناعي لأنزيمات الكربوهيدراز ، مثل السليولاز ، والتي تلعب دورًا مهمًا في عمليات التخمير أثناء صناعة النبيذ. بالطبع ، سيحتاج الباحثون إلى إجراء تقييم شامل للتحقيق في أي آثار فورية وطويلة الأجل محتملة على البيئة وصحة الإنسان قبل استخدامها كعامل شفاء في البنية التحتية الخرسانية.

صورة
صورة

ما زلنا لا نفهم تمامًا هذه التقنية الصغيرة جدًا ولكنها واعدة للإصلاح البيولوجي. تعتبر الخرسانة بيئة قاسية للفطر: قيم عالية جدًا لدرجة الحموضة ، وحجم مسام صغير نسبيًا ، ونقص حاد في الرطوبة ، ودرجات حرارة عالية في الصيف ودرجات حرارة منخفضة في الشتاء ، ومحدودية توافر المغذيات والتعرض المحتمل للأشعة فوق البنفسجية من أشعة الشمس. تؤثر كل هذه العوامل بشكل كبير على أنشطة التمثيل الغذائي للفطريات وتجعلها عرضة للموت.

لا يزال بحثنا في مرحلته الأولية وهناك طريق طويل لنقطعه لجعل عملية الإصلاح الذاتي ملموسة عملية وفعالة من حيث التكلفة. لكن نطاق تحديات البنية التحتية الأمريكية يجعل استكشاف حلول إبداعية مثل هذا أمرًا يستحق العناء.

شعبية حسب الموضوع