Никаких трещин: защитить дороги и тротуары от разрушения поможет «бактериальное укрепление»

0
17

За помощью в укреплении дорог учёные предлагают обратиться к бактериям.

Фото Global Look Press.

Зимой дороги часто обрабатывают специальными солями, которые препятствуют обледенению. Эта мера помогает повысить безопасность, однако используемые химические вещества негативно влияют на состояние дорожного покрытия.

Дело в том, что в качестве антиобледенителя, как правило, выступает хлорид кальция. Попадая на дороги и тротуары, он вступает в реакцию с водой и химическими соединениями в составе бетона. В результате реакции с гидроксидом кальция образуется оксихлорид кальция – соединение, также известное как CAOXY. Оно вызывает внутренние расширения и деградацию материала, способствует образованию на дорогах выбоин и трещин.

Однако учёные из Дрексельского университета в США придумали, как защитить дороги от ежегодной деградации. Способ довольно оригинальный: за помощью исследователи предлагают обратиться к бактериям.

План по спасению дорог от трещин сформировался у команды в ходе изучения штамма бактерий под названием Sporosarcina pasteurii. Эти микроорганизмы запускают химическую реакцию, в результате которой образуется карбонат кальция – неорганическое соединение, которое часто называют природным цементом.

Существует не так много бактерий, которые могут провернуть такой трюк, известный как микробно-индуцированное осаждение карбоната кальция (также процесс известен как биоминерализация). Результатом жизнедеятельности таких микробов становятся породы вроде известняка или мрамора, приводят пример специалисты.

В последние годы многие химики и биологи внимательно изучают потенциал подобных микроорганизмов: считается, что они могут быть полезны для устранения трещин в бетонных строениях. (К слову, бактерии S. pasteurii даже хотят использовать для создания стройматериалов на Марсе).

Но авторы новой работы решили использовать талант микробов для предотвращения образования трещин на дорогах.

"[Изначально] мы рассматривали конечный продукт химической реакции с участием этих бактерий – кальцит. Но мы поняли, что сам способ его производства может быть весьма полезным, когда нужно "подавить" реакцию, превращающую дорожную соль в соединение, разрушающее дорогу", – рассказывает ведущий автор работы Ягхоб Фарнам (Yaghoob Farnam).

Учёные знали, что бактерии нуждаются в хлориде кальция для производства кальцита. Поэтому они предположили, что если обеспечить присутствие бактерий в том месте, где дорожная соль попадает в бетон, то бактерии используют хлорид кальция для своих целей и не дадут ему вступить в реакцию, которая пагубно отразится на покрытии дорог.

Чтобы проверить свою теорию, команда изготовила серию экспериментальных бетонных образцов. Исследователи добавили в цемент, который обычно применяется для производства дорожного покрытия, смесь S. pasteurii и питательных веществ, необходимых для выживания микроорганизмов.

В течение 28 дней образцы покрывали раствором хлорида кальция (таким образом имитируя зимний месяц, когда дороги обрабатываются антиобледенителем). Затем специалисты провели серию тестов.

Они проанализировали структурную целостность образцов и измерили количество CAOXY. Также учёные проверили, как бетон реагировал на акустические вибрации (имитация проезжающих машин) и какое количество микропор в нём содержалось. Эти тесты позволяют количественно оценить прочность материала, поясняют эксперты.

В результате они заключили, что бетон с примесью бактерий не показал практически никаких признаков деградации. Уровни CAOXY в нём были намного ниже по сравнению с контрольными образцами, поскольку микробы запустили образование карбоната кальция.

Последний является "природным цементом", а значит, не исключено, что его присутствие может ещё и повысить прочность дорог в долгосрочной перспективе. Это предположение учёные хотят проверить в последующих испытаниях.

Также стоит отметить, что вид S. pasteurii распространён в природе и не является патогенным, поэтому метод "бактериального укрепления" дорог будет простым, безопасным и, вероятно, недорогим.

Сейчас команда планирует провести дополнительное тестирование своей методики в сотрудничестве с местными и национальными транспортными службами.

Научная статья по итогам этой работы вышла в журнале Construction and Building Materials.

Напомним, что авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о гибком бетоне, который не может треснуть или надломиться, а также о новой графеновой добавке, которая вдвое увеличит срок службы асфальта. Секрет создания высокопрочного цемента учёным ранее также подсказывали морские ежи.

Источник

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here