Инфраструктура подржава и олакшава наш свакодневни живот - размислите о путевима по којима возимо, мостовима и тунелима који помажу у транспорту људи и терета, канцеларијским зградама у којима радимо и бранама које обезбеђују воду коју пијемо. Али није тајна да је америчка инфраструктура стара и очајнички треба санацију.
Конкретне бетонске конструкције трпе озбиљно пропадање. Пукотине су веома честе због различитих хемијских и физикалних појава које се јављају током свакодневне употребе. Бетон се смањује како се суши, што може изазвати пукотине. Може пукнути када се креће испод или захваљујући циклусима смрзавања / одмрзавања током сезоне. Једноставно стављање превелике тежине на то може изазвати ломове. Још горе, челичне шипке уграђене у бетон као арматура могу временом да кородирају.
Врло ситне пукотине могу бити прилично штетне јер пружају лак пут за течности и гасове - и штетне материје које могу садржати. На пример, микро-пукотине могу дозволити да се вода и кисеоник инфилтрирају, а затим нагризају челик, што доводи до структуралног отказа. Чак и витко кршење само ширине косе може дозволити довољно воде да наруши интегритет бетона.
Али непрекидни радови на одржавању и оправкама су тешки јер обично захтевају огромну количину рада и улагања.
Тако од 2013. године покушавам да схватим како се ове штетне пукотине могу зацелити без људске интервенције. Идеја је првобитно инспирисана невероватном способношћу људског тела да излечи посекотине, модрице и сломљене кости. Особа узима храњиве материје које тело користи за производњу нових замјена за лијечење оштећених ткива. На исти начин, можемо ли обезбедити потребне производе за бетон да попунимо пукотине када настану оштећења?
Моји колеге са Универзитета Бингхамтон, Гуангвен Зхоу и Давид Давиес, Нинг Зханг са Универзитета Рутгерс, и ја смо нашли необичног кандидата који ће помоћи конкретном зацељењу: гљива која се зове Трицходерма реесеи .
Истраживачи су прегледали бројне гљивице тражећи кандидата који би могао да помогне у попуњавању пукотина бетона. (Цонгруи Јин, ЦЦ БИ-НД) У почетку смо прегледали око 20 различитих врста гљива да бисмо пронашли ону која би могла поднијети тешке услове бетона. Неке смо издвојили из коријена биљака које су расле у тлима сиромашним хранљивим материјама, укључујући из борова Нев Јерсеи Пине и Канадских стеновитих планина у Алберти.
Открили смо да се калцијум хидроксид из бетона раствореног у води, пХ нашег медијума за раст гљива повећавао са близу неутралне првобитне вредности од 6, 5 па све до врло алкалних 13, 0. Од свих гљива које смо тестирали, само Т. реесеи је могао да преживи ово окружење. Упркос драстичном порасту пХ, споре су клијале у мицелијум налик хифалном мицелијуму и растуле једнако добро са бетоном или без њега.
Једном када споре (лево) клијају са додатком воде, прерастају у мицелијум хифални мицелијум (десно). (Цонгруи Јин, ЦЦ БИ-НД) Предлажемо да се гљиве споре, заједно са хранљивим материјама, укључе у почетни процес мешања приликом изградње нове бетонске конструкције. Када се догоди неизбежно пуцање и вода нађе унутра, успаване гљивичне споре клијат ће.
Како расту, они ће радити као катализатор у бетону богатим калцијумом условима за поспешивање таложења кристала калцијум карбоната. Та лежишта минерала могу да попуне пукотине. Када се пукотине потпуно зачепе и више воде не може ући, гљивице ће поново формирати споре. Ако се пукотине поново формирају и околински услови постану повољни, споре би се могле пробудити и поновити поступак.
Т. реесеи је еколошки прихватљив и непатоген, не представља познати ризик за здравље људи. Упркос раширеној присутности у тропским тлима, нема извештаја о штетним утицајима на водене или копнене биљке или животиње. У ствари, Т. реесеи има дугу историју сигурне употребе у индустријској производњи ензима угљених хидрата, као што је целулаза, који игра важну улогу у ферментацијским процесима током производње вина. Наравно, истраживачи ће морати да изврше детаљну процену како би истражили све могуће непосредне и дугорочне ефекте на животну средину и здравље људи пре употребе као лековитог средства у конкретној инфраструктури.
Будући рецепти за цемент могу укључивати гљивице. (Мидтовн Цроссинг у Турнер Парку, ЦЦ БИ) Још увек не разумемо потпуно ову врло младу, али обећавајућу технику биолошког поправљања. Бетон је оштро окружење гљивица: веома високе пХ вредности, релативно мале величине пора, јак дефицит влаге, високе температуре љети и ниске температуре зими, ограничена доступност хранљивих састојака и могуће излагање ултраљубичастим зрацима од сунчеве свјетлости. Сви ови фактори драматично утичу на метаболичке активности гљивица и чине их рањивим на смрт.
Наше истраживање је још увек у почетној фази и предстоји дуг пут како би бетон за самоцељење био практичан и исплатив. Али, опсег изазова америчке инфраструктуре чини истраживање креативних решења попут овог вредним.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион.
Цонгруи Јин, доцент машинског инжењерства, Универзитет Бингхамтон, Државни универзитет у Њујорку
