Samoopravitelný beton je souhrnný název pro několik nových technologií výroby betonu. Spojuje je společný cíl – upravit stavební materiál a umožnit regeneraci. Takový beton má zvýšenou odolnost vůči vnějším vlivům, a když se objeví trhliny a deformace, sám se zotaví, bez lidského zásahu a nákladů na údržbu.
Princip činnosti
Samoopravný beton se od běžného betonu liší upraveným složením. Kromě standardních složek se do něj přidávají spory bakterií nebo plísní, které dobře přežívají v zásaditém i kyselém prostředí. Tyto spory jsou ukryty v biologicky odbouratelných kapslích a jsou ve „spícím“ stavu. Ale když se na betonové konstrukci objeví trhlina, v důsledku vystavení vlhkosti se kapsle zhroutí a uvolní spory, které se začnou regenerovat.
Konkrétní složení biologického betonu závisí na technologii výroby. Vědci po celém světě testují různé techniky. Ale princip materiálu je stejný pro všechny metody:
- Kapsle, vyrobená z biologicky rozložitelného plastu, je zničena kvůli vlhkosti, která se dostane do trhliny, která se otevřela;
- Bakterie uvolněné z granule začnou absorbovat okolní laktát vápenatý – živinu, která byla umístěna ve stejné skořápce;
- Dále mikroorganismy produkují vápenec, kterým se snaží nahradit zničenou kapsli;
- Minerál vyplňuje trhlinu v betonu a obnovuje jeho strukturu.
Byly provedeny laboratorní studie, během kterých se bakteriím a houbám podařilo vyplnit trhliny široké 0,5 mm. Samoopravný beton se tak pomocí bakterií rychle vrátí do původního stavu. Tím se prodlouží životnost konstrukce a zabrání se nákladným opravám.
Stavební firma z Nizozemska v rámci experimentu postavila na místním jezeře záchrannou stanici. Konstrukce je celá vyrobena z biobetonu. Materiál je neustále v kontaktu s vodou a vystaven silnému větru, ale i za takto namáhaných podmínek se prototyp úspěšně samoléčí a nevyžaduje opravu.
Účel materiálu
Regenerační beton by měl z dlouhodobého hlediska zcela nahradit konvenční výrobní technologii. Zpočátku se však plánuje použití materiálu ve stavebnictví v místech, kde je nemožné (nebo velmi obtížné) pravidelné sledování stavu a opravy konstrukce:
- podzemí;
- pod vodou;
- na dopravních mostech;
- v mrakodrapech a dalších výškových budovách.
Schopnost betonu regenerovat je dobrou příležitostí, jak ušetřit peníze pro stát i soukromé firmy. Ušetřené prostředky na opravy a údržbu betonových konstrukcí lze použít na rozvoj dalších ploch nebo navýšení počtu objektů. Takové projekty jsou již v různých zemích ve fázi plánování a připravují se k realizaci v blízké budoucnosti.
Způsoby, jak se dostat
Biologický beton je současně vyvíjen v mnoha výzkumných centrech. Proto existuje několik různých způsobů, jak jej získat. První a nejoblíbenější navrhl mikrobiolog Hank Yonkers z univerzity v nizozemském městě Delft. Do betonu přidal biologicky odbouratelné plastové pelety o velikosti 2-4 mm. Tyto granule obsahují bakterie rodu Bacillus subtilis a výše zmíněný laktát vápenatý. Když se vytvoří trhliny, vlhkost proniká do betonu a rozpouští plast. Bakterie „ožívají“, absorbují laktát, množí se a produkují uhličitan vápenatý (vápenec).
Později se objevily další způsoby, jak vyrobit samoopravný beton. Technologie jsou téměř totožné, ale složky řešení se liší. Dnes existuje několik možností:
- houba Trichoderma reesei, která při kontaktu s vodou vytváří vápenec;
- produkce téhož vápence určitými druhy mušlí;
- nanoprášky s bakteriálními kmeny;
- nitrifikační bakterie – přeměňují sloučeniny obsahující dusík na dusitany (nevýhodou je zvýšené riziko koroze);
- plastický kompozit na bázi cementu a polymeru.
Mezi způsoby, jak získat biobeton, stále vede technologie Hanka Yonkerse. Biolog uvádí bakterie do stavu pozastavené animace, kterou udržují až 200 let. Tím je zajištěna nejdelší životnost betonových konstrukcí.
Použité mikroorganismy jsou pro člověka bezpečné. Jsou zcela neškodné, i když se dostanou do trávicího systému.
Výhody biobetonu
Samoopravný beton má oproti běžnému betonu několik výhod:
- schopnost regenerace je hlavním důvodem pro vývoj nového materiálu;
- zvýšená odolnost proti atmosférickým srážkám a jiným destruktivním vlivům;
- vysoký stupeň ochrany proti chemikáliím a korozi;
- přirozená termoregulace způsobená mikroorganismy;
- prodloužení životnosti konstrukcí.
Významnou nevýhodou jednoduchého betonu je, že materiál během provozu praská. To vede k předčasnému opotřebení. Trhliny často způsobují, že se konstrukce stanou nepoužitelnými dlouho před koncem jejich očekávané životnosti. Živý beton ale tento problém řeší.
Nový materiál se bude prodávat ve 2 verzích. Kromě stavebního biobetonu bude k dispozici také vápenná malta pro vyplnění trhlin v již postavených konstrukcích.
Problémy a nevýhody
Hlavním problémem, kterému beton hojící bakterie čelí, jsou výrobní náklady. Tvorba podle současných technologií stojí 2x více než výroba standardní směsi. Hlavním úkolem výzkumníků je proto snižování výrobních nákladů. Za tímto účelem probíhají práce ve 3 směrech:
- snížení nákladů na získání laktátu vápenatého, bez kterého nebudou bakterie schopny obnovit beton;
- hledat levnou ekvivalentní náhradu za laktát vápenatý;
- hledat bakterie schopné získávat živiny ze vzduchu a prostředí.
Také v důsledku nadměrného růstu populace mikroorganismů se snižuje pevnost betonových konstrukcí. Vědci proto hledají způsoby, jak kontrolovat množení bakterií.
Další nevýhodou biobetonu je obtížnost přidávání kapslí do roztoku. Mikrogranule musí být dostatečně křehké, aby se rozlomily, když se trhliny otevřou, a zároveň dostatečně pevné, aby přežily míchání ve výrobě. Další prioritou vědců je nalezení levného materiálu pro takové kapsle.
