بتن خود ترمیم شونده جدیدترین فناوری در تکنولوژی بتن

بتن خود ترمیم شونده یا بتن باکتریایی برای ترمیم ترک‌ها

بتن خود ترمیم شونده یا بتن باکتریایی ترک‌های ایجاد شده در سازه‌ها را با کمک عکس‌العمل باکتریایی در بتن پس از سخت شدن پر می‌کند. در این عصر مدرن، استفاده از فناوری‌های جدید، استانداردهای ساخت و ساز را به سطح بالایی رسانده است. بسیاری از مشکلات مانند هوازدگی، ترک بتن، نشست و خم شدن و غیره، پس از ساخت بوجود می‌آیند. برای غلبه بر این نوع مشکلات، بسیاری از اقدامات اصلاحی قبل و بعد از ساخت و ساز انجام می‌شود.

مشکل رایج موجود در ساختمان‌ها ترک است، ترک خوردگی در ساختمان ممکن است به دلایل زیادی باشد. برخی از دلایل در زیر ذکر شده است:

• بتن به دلیل اختلاف دما منبسط و منقبض می‌شود.
• نشست سازه
• به دلیل بار سنگین اعمال شده
• به دلیل از دست دادن آب از سطح بتن، انقباض رخ می‌دهد.
• ارتعاش ناکافی در زمان بتن ریزی
• کاور نامناسب هنگام بتن ریزی ارائه می‌شود
• نسبت آب به سیمان بالا برای بهبود کارایی بتن
• به دلیل خوردگی آرماتور تقویت کننده
• بسیاری از مخلوط‌ها با گیرش سریع و افزایش مقاومت دارای پتانسیل انقباض بیشتری هستند.

عملکرد بتن باکتریایی یا بتن خود ترمیم شونده

راهکارهای ترمیم ترک خوردگی در ساختمان دارای انواع مختلفی می‌باشد. یکی از فرایندهای درمانی بتن باکتریایی یا بتن خود ترمیم کننده است. فرایند خود ترمیم ترک‌ها یا پر شدن خود به خود ترک‌ها به کمک واکنش باکتریایی در بتن پس از سخت شدن به عنوان بتن خودترمیم شناخته می‌شود. مشاهده می‌شود که ترک‌های کوچکی که در یک ساختار به عرضی در محدوده 0.05 تا 0.1 میلی متر ایجاد می‌شوند، در چرخه‌های خشک و مرطوب تکراری کاملاً بسته می‌شوند. مکانیسم این بهبود خودکار این است که عرض محدوده 0.05-0.1 میلی متر به عنوان مویرگ عمل می‌کند و ذرات آب از ترک‌ها نفوذ می‌کنند. این ذرات آب سیمان بدون واکنش را هیدراته می‌کنند و سیمان منبسط می‌شود که به نوبه خود ترک را پر می‌کند. اما هنگامی که شکاف‌ها عرض بیشتری دارند، نیاز به کارهای اصلاحی دیگر است. یکی از تکنیک‌های ممکن در حال حاضر که در حال بررسی و توسعه است؛ بر اساس کاربرد باکتری‌های تولید کننده مواد معدنی در بتن می‌باشد. باکتری‌هایی که برای ترمیم ترک ها استفاده می‌شوند، باکتری‌های تولید کننده اسید هستند. این نوع باکتری‌ها می توانند در سلول‌ها خفته باشند و برای بیش از 200 سال در شرایط خشک زنده بمانند. این باکتری‌ها به عنوان کاتالیزور در روند ترمیم ترک‌ها عمل می‌کنند. باکتری‌های متنوعی در ساختار بتن خودترمیم استفاده می‌شود که یکی از آن‌ها باسیلوس است.

مکانیسم بتن باکتریایی

بتن خود ترمیمی نتیجه واکنش بیولوژیکی سنگ آهک بدون واکنش و یک ماده مغذی مبتنی بر کلسیم با کمک باکتری‌ها برای ترمیم ترک‌های ایجاد شده در ساختمان است. نوع خاصی از باکتری‌ها به نام باسیلوس همراه با مواد مغذی کلسیم معروف به کلسیم لاکتات استفاده می شود. در حین آماده سازی بتن، این محصولات در زمان انجام اختلاط در بتن مرطوب اضافه می‌شوند. این باکتری‌ها می توانند حدود 200 سال در حالت خفته باشند. هنگامی که ترک‌ها در بتن ظاهر می‌شوند، آب در شکاف‌ها نفوذ می کند. هاگ‌های باکتری‌ها شروع به رشد می‌کنند و با مصرف اکسیژن از لاکتات کلسیم تغذیه می‌کنند. لاکتات کلسیم محلول به سنگ آهک نامحلول تبدیل می‌شود. سنگ آهک نامحلول شروع به سخت شدن می‌کند. بنابراین، ترک را به طور خودکار بدون هیچ گونه کمک خارجی پر می‌کند. مزیت دیگر این فرآیند این است که اکسیژن توسط باکتری ها برای تبدیل کلسیم به سنگ آهک مصرف می‌شود، که در جلوگیری از خوردگی فولاد که سبب ترک خوردگی می‌باشد، کمک می‌کند. این باعث افزایش دوام سازه‌های بتنی مسلح فولادی می‌شود.

آماده سازی بتن خودترمیم شونده

بتن باکتریایی به دو روش آماده سازی می‌شود:

• با کاربرد مستقیم
• با کپسوله کردن در بتن سبک

در روش کاربرد مستقیم، هنگامی که مخلوط شدن بتن انجام می‌شود، هاگ‌های باکتریایی و لاکتات کلسیم به طور مستقیم به بتن اضافه می شود. استفاده از این باکتری و لاکتات کلسیم تغییری در خواص طبیعی بتن ایجاد نمی‌کند. هنگامی که به دلایل واضح ترک‌هایی در سازه ایجاد می‌شود. باکتری‌ها در معرض تغییرات آب و هوایی هستند. وقتی آب با این باکتری تماس پیدا می‌کند، شروع به رشد می‌کند و از لاکتات کلسیم تغذیه کرده و سنگ آهک تولید می‌کند. بنابراین ترک‌ها را آب بندی می‌کند. با استفاده از روش کپسوله سازی، باکتری‌ها و غذای آن یعنی لاکتات کلسیم در داخل گلوله‌های خاک رس قرار داده شده و بتن آماده می‌شود. حدود 6 درصد از گلوله‌های رس برای ساخت بتن باکتریایی اضافه می‌شود. هنگامی که سازه‌های بتنی با بتن باکتریایی ساخته می‌شوند، هنگامی که ترک در ساختار ایجاد می‌شود، گلوله‌های خاک رس شکسته می‌شوند و باکتری‌ها شروع به رشد می‌کنند و لاکتات کلسیم را می‌خورند و سنگ آهک تولید می‌کنند، که سخت می‌شود و در نتیجه ترک بسته می‌شود. با استفاده از بتن باکتریایی می توان ترک‌های جزئی با عرض 0.5 میلی متر را بست.

در میان این دو روش، معمولاً از روش کپسوله سازی استفاده می‌شود، هرچند که هزینه آن بیشتر از کاربرد مستقیم باشد.

فرایند شیمیایی بتن خود ترمیم شونده یا بتن باکتریایی

هنگامی که آب با کلسیم هیدراته موجود در بتن تماس پیدا می‌کند، هیدروکسید کلسیم با کمک باکتری‌ها تولید می‌شود که به عنوان کاتالیزور عمل می‌کند. این هیدروکسید کلسیم با دی اکسید کربن جو واکنش داده و سنگ آهک و آب را تشکیل می‌دهد. این مولکول آب اضافی واکنش را ادامه می‌دهد.

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Ca(OH)₂ + C0₂ = CaCO₃ + H₂0

سپس سنگ آهک خود را سخت می‌کند و ترک‌های بتن را می بندد.

آزمایش و نتیجه بتن خود ترمیم یا بتن باکتریایی و بتن معمولی

آزمایش استاندارد بر روی بتن معمولی و بتن خود ترمیم کننده انجام شد. آزمایش‌های انجام شده آزمون‌های فشاری و خمشی روی یک مکعب بتنی به مدت 7 و 28 روز بود.

بتن باکتریایی (N/mm2)	بتن معمولی (N/mm2)	روز
10/27	85/20	7
95/38	30	28

نتایج آزمایش مقاومت فشاری

بتن باکتریایی (N/mm2)	بتن معمولی (N/mm2)	روز
6/4	90/3	7
80/7	05/7	28

نتایج آزمایش مقاومت فشاری

از نتایج می توان دریافت که هم مقاومت فشاری و هم مقاومت خمشی بتن باکتریایی بیشتر از بتن معمولی است.

مزایا و معایب بتن خودترمیم شونده

مزایا

• ترمیم خودکار ترک‌ها بدون هیچ گونه کمک خارجی
• افزایش قابل توجه مقاومت فشاری و مقاومت خمشی در مقایسه با بتن معمولی.
• مقاومت در برابر حملات یخ و ذوب شدگی.
• کاهش نفوذپذیری بتن.
• خوردگی فولاد را به دلیل بستن ترک کاهش می‌دهد و دوام بتن مسلح فولادی را افزایش می‌دهد.
• باکتری باسیلوس برای زندگی انسان بی ضرر است و بنابراین می‌توان از آن به طور موثر استفاده کرد.

معایب

• هزینه بتن باکتریایی دو برابر بتن معمولی است.
• رشد باکتری‌ها در هیچ جو و محیطی خوب نیست.
• گلوله‌های رسی حاوی عامل خود ترمیم کننده 20 درصد حجم بتن را تشکیل می‌دهند. این ممکن است به یک منطقه برشی یا منطقه گسیختگی در بتن تبدیل شود.
• برای طرح اختلاط بتن با باکتری هیچ آیین نامه IS یا آیین نامه دیگری در دسترس نیست.
• بررسی رسوب کلسیت پرهزینه است.