بعد از آب، بتن پرمصرف‌ترین ماده روی کره زمین است. با کاربردهایی از مسکن و صنعت گرفته تا سد ساحلی و زیرساخت‌ها، بتن و سیمان به‌معنای واقعی کلمه، سنگ بنای زندگی محسوب می‌شوند.
با این حال، متأسفانه صنعت ساختمان تأثیرات زیست محیطی زیادی دارد. بر اساس یک گزارش، تولید سیمان به تنهایی تا 8 درصد از انتشار کربن جهانی را ایجاد می‌کند که اگرچه کمتر از بخش کشاورزی (12 درصد) است، اما بیشتر از هوانوردی (2.5 درصد) است. برای حل این معضلات، تفکر نوآورانه‌ای برای پایدارتر‌کردن مصالح ساختمانی و در عین حال مقرون‌به‌صرفه و همه‌کاره کردن آنها مورد نیاز است. یکی از این فناوری‌ها بتن خود ترمیم شونده است.
بتن خود ترمیم شونده چیست؟
اصطلاح «خود ترمیم شونده» برای بتنی به‌کار می‌رود که پس از ترک‌خوردن می‌تواند استحکام خود را به‌دست آورده و دوباره ترک‌ها را ببندد. ترمیم خود‌به‌خود بتن می‌تواند کمک زیادی به جلوگیری از تعویض بتن و کاهش انتشار کربن جهانی بکند.
خود ترمیمی در واقع یک پدیده قدیمی و شناخته‌شده برای بتن است، زیرا بر خلاف آن‌چه که به نظر می‌رسد، خودترمیمی به‌طور طبیعی در بتن رخ می‌دهد. به‌دلیل هیدراتاسیون مداوم مواد معدنی کلینکر (clinker) یا کربناته‌شدن هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)2)، ترک‌های داخل بتن ممکن است پس از مدتی به‌طور طبیعی بهبود پیدا کنند. با این حال، این بهبود خود‌به‌خود، به ترک‌های کوچک محدود می‌شود و تنها زمانی مؤثر است که آب در دسترس باشد، بنابراین کنترل آن دشوار است.
همین‌موضوع سبب شده است که دانشمندان به‌فکر تولید بتن خود ترمیم شونده‌ای بیفتند که بتواند ترک‌های بزرگ را در زمان کم از بین ببرد و کنترل آن هم آسان باشد. به این معنا، بتن خود ترمیم شونده نوع جدیدی از بتن است که هنوز در مرحله تحقیق است و هر موسسه‌ای روشی را برای آن پیشنهاد داده است. این خود ترمیم‌شوندگی می‌تواند توسط مکانیزم‌های مختلفی انجام شود که عمدتاً شامل روش‌های خودترمیمی خودکار، روش خود ترمیمی مبتنی بر کپسول، روش خود ترمیم عروقی، روش خود ترمیمی با رسوب الکتریکی، روش خود ترمیمی میکروبی و روش خود ترمیمی از طریق تعبیه آلیاژهای حافظه شکل (SMAs) می‌باشند.
در این‌جا چند مکانیزم تولید بتن خود ترمیم شونده را بررسی می‌کنیم.
راهنمای نصب سقف فوم لس با قیمت مناسب
روش مبتنی بر کپسول
در برخی از روش‌های ساخت بتن خود ترمیم شونده، برخی مواد خاص (مانند الیاف یا کپسول) که حاوی مقداری مایعات چسبنده هستند، در مخلوط بتن پخش می‌شوند. هنگامی که بتن ترک می‌خورد، الیاف یا کپسول‌ها شکسته می‌شوند و مایع موجود در آنها بلافاصله ترک را ترمیم می‌کند.
روش مبتنی بر باکتری
باکتری‌های مختلفی از جمله باکتری Bacillus Pasteurii، که یک باکتری غیربیماری‌زا است که معمولا در خاک یافت می‌شود، برای این منظور استفاده می‌شوند. باکتری‌ها در ماتریکس سخت‌شده مبتنی بر سیمان تا زمانی که یک ترک ایجاد شود، نهفته هستند. هنگامی که ترک تشکیل شد، اکسیژن، آب و سایر مولکول‌ها در دسترس باکتری‌ها قرار می‌گیرند. برخی موارد به‌کار رفته در بتن حاوی مواد غذایی برای رشد این باکتری‌ها هستند که سبب می‌شود باکتری‌ها به دنبال رشد، کربنات کلسیم تولید کنند. این کربنات کلسیم برای پر‌کردن شکاف‌های ماتریس خمیر سیمان به‌کار می‌رود. هنگامی که ترک‌ها با کربنات کلسیم پر می‌شوند، بسته شده و بتن ترمیم می‌شود.
استفاده از آنزیم کربنیک انیدراز
همان‌طور که ذکر شد برخی از بتن‌های خود ترمیم شونده، از باکتری برای تعمیر خود استفاده می‌کنند، اما این روند کند است. به معنای دیگر، اصلاح ترک‌ها با این روش، در یک بازه زمانی معقول واقعاً عملی نیست. باکتری‌ها نیز گران هستند و می‌توانند مشکلات ایمنی ایجاد کنند. روش‌های جدید، بر آنزیم‌هایی که از گلبول‌های قرمز مشتق شده‌اند متمرکز هستند.
برای پیدا کردن جایگزین باکتری، متخصصان از چگونگی پردازش CO2 توسط بدن انسان الهام گرفته‌اند. ما اکسیژن را استنشاق می‌کنیم و CO2 را در بازدم بیرون می‌دهیم. بنابراین فرآیند انتقال CO2 از سلول‌ها به گلبول‌های قرمز موجود در رگ‌های خونی باید خیلی سریع انجام شود. در این میان، «کربنیک انیدراز» آنزیمی در گلبول‌های قرمز است که CO2 را از سلول‌ها به جریان خون منتقل می‌کند. این آنزیم می‌تواند منشاء تحول عظیمی برای تولید بتن خود ترمیم شونده باشد.
هنگامی که آنزیم به پودر بتن اضافه می‌شود، به ماده کمک می‌کند تا CO2 موجود در جو را به کریستال‌های «کربنات کلسیم» تبدیل کند. هر زمان که یک ترک کوچک ایجاد شود، کربنات کلسیم آن را پر می‌کند. با این آنزیم، یک ترک در مقیاس میلی‌متری را می‌توان در عرض یک روز پر کرد و از ایجاد ترک‌های بزرگ‌تر هم جلوگیری کرد. فرآیند مشابهی را می‌توان برای اصلاح ترک‌های بتن سنتی نیز به‌کار برد. برای این‌کار، محلولی را روی بتن اسپری می‌کنند که از این آنزیم، آب و کلسیم تشکیل شده است. با اضافه کردن CO2، شکاف‌ها در عرض چند دقیقه پر می‌شوند. با این حال اگر از CO2 محیط استفاده کنیم، برای بهبود ترک‌ها زمان بیشتری نیاز است.
چرا استفاده از بتن خود ترمیم شونده مهم است؟
همه آژانس‌ها، مهندسان و پیمانکاران می‌دانند که بتن ترک می‌خورد؛ این اجتناب‌ناپذیر است. ترک‌ها ممکن است از اندازه کوچک و حتی میکروسکوپی شروع شوند، اما با گذشت زمان، به تدریج بزرگ و بزرگ‌تر می‌شوند. شکاف گسترده در بتن، نه تنها مقاومت آن را کاهش می‌دهد، بلکه نفوذپذیری آن را نیز افزایش می‌دهد. افزایش نفوذپذیری می‌تواند اثرات مخربی بر آرماتورهای فولادی (میلگرد) تعبیه‌شده در بتن داشته باشد. با افزایش نفوذپذیری در بتن، مولکول‌های بیرونی می‌توانند وارد ماتریس شوند و در نهایت به میلگرد برسند. سپس ماتریس آسیب‌دیده به میلگرد اجازه می‌دهد تا خورده شود. همان‌طور که میلگرد فولادی خورده می‌شود، منبسط شده و باعث ترک‌خوردن و ریزش بیشتر بتن می‌شود. این روند تخریبی ادامه پیدا می‌کند تا به تخریب کامل منتهی شود.
بتن تخریب شد باید عوض شود و این نیازمند صرف هزینه زیادی است. از این گذشته، همان‌طور که در ابتدای مقاله ذکر کردیم این تعویض با اثرات زیست محیطی زیادی (مانند تولید آلاینده‌ها) همراه است. بنابراین تولید بتن خود ترمیم شونده می‌تواند راه نجانی برای صنعت تولید بتن محسوب گردد.
سخن آخر
بتن خود ترمیم شونده نوعی از بتن است که می‌تواند ترک‌های ایجاد شده در خود را بهبود داده و پر کند. این بتن‌ها جدید هستند و هنوز در مرحله تحقیقات و توسعه قرار دارند.
https://www.fastcompany.com/90645903/this-self-healing-concrete-automatically-fills-in-cracks
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/self-healing-concrete
How Self-Healing Concrete Works and How It Can Help the Construction Industry
