بتن خودترمیمی؛ تحولی در صنعت ساختمان

تاسیسات نیوز/ مجید پیرخوان: با توجه به پیشرفت روز افزون در تمامی صنایع، صنعت ساخت و ساز نیز در راستای بهره‌وری بیشتر و همچنین صرفه‌جویی در مصرف انرژی از این قاعده مستثنا نیست. انرژی‌های نو، متریال جدید، رویکردهای تازه در طراحی و همچنین پیشرفت در فناوری‌های دیجیتال، موجی از نوآوری‌های تازه را در صنعت ساخت و ساز به راه انداخته است. حال در این مقاله قصد داریم که به یکی از این پیشرفت‌ها بپردازیم.

با این وجود که سیمان یکی از پرمصرف‌ترین متریال ساخت و ساز است، اما یکی از بزرگ‌ترین انتشاردهنده‌‌های گازهای گلخانه‌ای نیز محسوب می‌شود. بر طبق تحقیقات به عمل آمده، سیمان به تنهایی مسئول انتشار سالانه حدود ۷ درصد از گازهای گلخانه‌ای در جهان است. اگر چه استفاده از این متریال برای محیط‌زیست زیان‌آور است، اما به لطف دوام، کارایی، تهیه‌ مواد اولیه آسان و مقاومت حرارتی بالای سیمان بعید به نظر می‌رسد که  در آینده‌ نزدیک مواد ساختمانی جایگزینی برای آن معرفی شود.

ترک خوردگی در سازه یکی از اصلی‌ترین مشکلات است که معمولا به دلیل مجاورت بتن با رطوبت یا مواد شیمیایی به وجود می‌آید. هنگامی‌که ترکی در بتن مسلح ایجاد شود، محیط خورنده اطراف از طریق این ترک به درون آن راه پیدا کرده و موجب بروز خوردگی شدید در میلگردهای فولادی نهفته در بتن می‌‌شود، بنابراین عمر بتن کاهش چشمگیری را تجربه خواهد کرد.

هندریک جانکرز یکی از محققین میکروبیولوژیست دانشگاه دلفت هلند در سال ۲۰۱۵ موفق به اکتشاف خارق‌العاده و راه‌حل بی‌نظیری برای مشکل فوق در صنعت ساختمان سازی شد که بتن خود ترمیمی نام دارد.

او با استفاده از نوعی باکتری در بافت بتن موفق شد تا به به ترکیبی برسد که نه تنها دیگر رطوبت مشکلی برای خرابی و ترک خوردگی بتن نباشد، بلکه بتواند نقش کاتالیزور در فعال شدن این نوع از باکتری را ایفا کند. این باکتری که باسیلوس نامیده می‌شود، با توانایی رسوب‌دهی کلسیم کربنات، امکان ترمیم ترک‌های به وجود آمده در بتن را فراهم می‌کند. البته اگر این باکتری‌ها بدون محافظ در ساختار بتن وجود داشته باشند، ممکن است در حین فرایند آماده‌سازی یا پخت بتن از بین رفته یا کارایی خود را از دست بدهند، ازاین‌رو، با استفاده از نانوذرات اکسید آهن پوشش محافظی را برای این باکتری‌ها ایجاد کرده تا از آسیب‌های حین آماده‌سازی بتن در امان بمانند.

این فرآیند بازسازی دقیقا مشابه به کاری است که سلول‌های استئوبلاست برای بازسازی استخوان در بدن انجام می‌دهد. استئوبلاست‌ها سلول‌هایی هستند که بخش ماتریکس پروتئینی استخوان مانند کلاژن را می‌سازند. این سلول‌ها به صورت معمول همواره در حال ساخت استخوان هستند و چون از سوی دیگر استئوکلاست‌ها نیز همیشه فعالند برآیند فعالیت این دو نوع سلول بازسازی مداوم استخوان است.

پدیده ترک‌زدایی و نگهداری از بتن به روش‌های قدیمی در پاره‌ای از اوقات بسیار گران قیمت است. بر طبق آمارهای وبسایت HealCON که بر روی بتن خودترمیمی تحقیق می‌کند، هزینه‌ نگهداری از بتن در پل‌ها‌، تونل‌ها و دیگر زیرساخت‌های اساسی در اروپا سالانه به حدود ۶ میلیارد یورو نیز می‌رسد.

در ایران نیز محققان کشورمان موفق به ساخت تولید بتن‌هایی با خاصیت خودترمیم شوندگی شده‌اند. دکتر علیرضا ابراهیمی نژاد و دکتر یونس قاسمی- اعضای هیأت دانشگاه علوم پزشکی شیراز، دکتر مصطفی سیفان، دکتر علی خواجه سامانی و دکتر آیدین برنجیان- محققانی از کشورهای استرالیا و نیوزلند در انجام این تحقیقات همکاری داشته‌اند. نتایج این کار، در مجله‌ Applied microbiology and biotechnology با ضریب تأثیر ۳۴۰/۳ ( جلد ۱۰۲، شماره ۵، سال ۲۰۱۸، صفحات ۲۱۶۷ تا ۲۱۷۸) به چاپ رسیده است. با این حال همچنان این نوع بتن خودترمیمی در ترمیم ترک‌هایی با عرض بیش از ۱ میلی متر ناکام است و با این شرایط فعلا ادامه دادن با بتن‌هایی با ساختار قدیمی برای رسیدن به یک ساختمان پایدار به صرفه‌تر و معقولانه‌تر است، چرا که هزینه نهایی هر متر مکعب از بتن خودترمیمی ۳۰ دلار گران تر از هم نوع قدیمی تر خود می‌شود.

با این وجود هر ساله نوآوری‌های جدیدی در حوضه تکنولوژی بتن اتفاق می‌افتد و اکثر این نوآوری ها به دلیل نداشتن صرفه اقتصادی در همان محیط آزمایشگاهی باقی می‌مانند و تنها تعدادی کمی از محیط تئوری وارد محیط عملی می‌شوند. این امر تنها به مشتری ها و توسعه دهندگان این صنعت برمی‌گردد که آیا مایل هستند که این متریال جدید را در ساختمان خود آزمایش کنند و قدم مثبتی در راستای ایجاد تغییر در این صنعت بر خواهند‌ داشت.