Phát triển bê tông tự phục hồi vá các vết nứt bằng vi khuẩn

Bê tông rất dễ chế tạo, chắc chắn và trong điều kiện lý tưởng, bền trong thời gian dài. Tuy nhiên ở thực tế bê tông thường xuyên bị ảnh hưởng bởi thời tiết có thể gây các vết nứt. Đó là lúc rắc rối bắt đầu, khi sự dao động nhiệt độ khiến các vết nứt rộng hơn trong khi độ ẩm gây ra nhiều quá trình khác nhau có thể ăn mòn bê tông.

Do đó, các kết cấu bê tông cần được bảo trì liên tục, điều này có thể tốn kém và bất tiện cũng như làm tăng tác động môi trường của việc chế tạo vật liệu này.

Đó là lúc BioFiber của Drexel xuất hiện. Những sợi polymer này không chỉ hoạt động như chất gia cố vật lý mà còn có tuổi thọ kép quan trọng như một cơ chế tự phục hồi. Các sợi được phủ một lớp hydrogel chứa nội bào tử dạng vi khuẩn không hoạt động có thể chịu được môi trường khắc nghiệt, sau đó tự hồi sinh khi mọi thứ trở nên thoải mái hơn. Lớp hydrogel sau đó được phủ một lớp vỏ polymer mỏng.

Bê tông sợi sinh học có thể sử dụng như bất kỳ loại bê tông nào khác, nhưng siêu năng lực bí mật của nó chỉ lộ rõ sau này, khi và nếu nó bị nứt. Khi nước chạm tới BioFiber, hydrogel sẽ nở ra và thoát ra khỏi lớp vỏ, đẩy lên bề mặt. Trong quá trình này, vi khuẩn đang ngủ say được đánh thức và chúng bắt đầu ăn carbon và canxi từ bê tông xung quanh. Quá trình này tạo ra canxi cacbonat, một loại vật liệu kết dính có tác dụng lấp đầy và vá lại vết nứt.

Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét màu của bê tông tự phục hồi BioFiber đang hoạt động.

Amir Farnam, nhà nghiên cứu chính của nhóm cho biết: “Đây là sự phát triển thú vị cho những nỗ lực không ngừng nhằm cải thiện vật liệu xây dựng bằng cách sử dụng nguồn cảm hứng từ thiên nhiên. Hàng ngày, chúng ta thấy rằng các cấu trúc bê tông cũ kỹ đang gặp phải những hư hỏng làm giảm tuổi thọ sử dụng và đòi hỏi phải sửa chữa tốn kém. Hãy tưởng tượng, họ có thể tự chữa lành vết thương? Trong da của chúng ta, mô thực hiện điều đó một cách tự nhiên thông qua cấu trúc sợi nhiều lớp được truyền chất lỏng tự phục hồi – máu. Những sợi sinh học này bắt chước khái niệm và sử dụng vi khuẩn tạo đá để tạo ra bê tông sống có khả năng tự phục hồi khi bị hư hại”.

Mặc dù thời gian lành vết thương có thể khác nhau nhưng nhóm nghiên cứu cho biết, BioFiber dường như có thể vá các vết nứt chỉ trong một hoặc hai ngày. Các nghiên cứu trước đây đã tạo ra bê tông tự phục hồi được truyền vi khuẩn, nhưng một trong những thách thức chính là làm thế nào để giữ cho vi khuẩn tồn tại lâu dài trong khi bê tông vẫn còn nguyên vẹn. Sử dụng các nội bào tử không hoạt động được bọc trong hydrogel, bên dưới lớp vỏ polymer bảo vệ, có thể là câu trả lời.

Các nhà nghiên cứu cho rằng, bê tông BioFiber cuối cùng có thể giúp giảm yêu cầu bảo trì của các tòa nhà cũng như lượng khí thải CO2 từ sản xuất bê tông.

Hà My