What if cracks in concrete could fix themselves? - Congrui Jin

المترجم: Lujain Alkhoja المدقّق: Nada Qanbar

Concrete is the most widely used

الخرسانة هي مادة البناء الأكثر استخدامًا في العالم.

construction material in the world.

It can be found in swathes of city pavements,

يمكن العثور عليها في مساحات من أرصفة المدينة،

bridges that span vast rivers,

الجسور الممتدة على الأنهار الشاسعة،

and the tallest skyscrapers on earth.

وأطول ناطحات سحاب على الأرض.

But this sturdy substance

ولكن هذه المادة القوية لديها نقطة ضعف:

does have a weakness:

it’s prone to catastrophic cracking

إنها معرضة لتشقق كارثي

that costs tens of billions of dollars

يكلف عشرات مليارات الدولارات للصيانة كل عام.

to repair each year.

But what if we could avoid that problem,

لكن ماذا لو استطعنا تفادي تلك المشكلة،

by creating concrete that heals itself?

بإنشاء خرسانة تعالج نفسها؟

This idea isn’t as far-fetched

هذه الفكرة ليست بعيدة المنال كما تبدو.

as it may seem.

It boils down to an understanding

يتلخص الأمر في فهم كيفية تشكل الخرسانة

of how concrete forms,

and how to exploit that process

وكيفية استغلال هذه العملية لصالحنا.

to our benefit.

Concrete is a combination of coarse stone

الخرسانة عبارة عن خليط من الحجر الخشن

and sand particles, called aggregates,

وحبيبات رملية، تسمى الركام،

that mix with cement, a powdered blend

تمزج مع الإسمنت، مسحوق من الطين والجير.

of clay and limestone.

When water gets added to this mix,

عندما يضاف الماء لهذا الخليط،

the cement forms a paste and

يشكل الإسمنت عجينة تغطي الركام

coats the aggregates, quickly hardening

تتصلب بسرعة من خلال تفاعل كيميائي يسمى الترطيب.

through a chemical reaction

called hydration.

Eventually, the resulting material

في النهاية،

المادة الناتجة تصبح قوية كفاية لدعم مباني ترتفع مئات الأمتار في السماء.

grows strong enough to prop up buildings

that climb hundreds of meters

into the sky.

While people have been using

بينما كان الناس يستخدمون وصفات متنوعة لإنتاج الإسمنت

a variety of recipes to produce cement

for over 4,000 years,

لأكثر من 4,000 سنة،

concrete itself

الخرسانة ذاتها لديها عمر قصير بشكل مدهش.

has a surprisingly short lifespan.

After 20 to 30 years,

بعد 20 إلى 30 سنة،

natural processes like concrete shrinkage,

العمليات الطبيعية كإنكماش الخرسانة،

excessive freezing and thawing,

التجمد والذوبان المفرط،

and heavy loads can trigger cracking.

والأحمال الثقيلة قد تثير التشقق.

And it’s not just big breaks that count:

والكسور الكبيرة ليست فقط ما يهم

tiny cracks can be just as dangerous.

الشقوق الصغيرة يمكن أن تكون بذات الخطورة.

Concrete is often used

الخرسانة تستخدم عادة كداعم ثانوي حول الحديد المسلح.

as a secondary support

around steel reinforcements.

In this concrete, even small cracks

في هذه الخرسانة،

حتى الشقوق الصغيرة قد تمرر الماء، الأكسجين،

can channel water, oxygen,

and carbon dioxide that corrode the steel

وثاني أكسيد الكربون الذي يتلف الحديد فيؤدي إلى انهيار كارثي.

and lead to disastrous collapse.

On structures like bridges and highways

على أبنية مثل الجسور والطرق السريعة التى تستخدم باستمرار،

that are constantly in use,

detecting these problems

كشف هذه المشكلات قبل أن تؤدي إلى كارثة

before they lead to catastrophe

becomes a huge and costly challenge.

يصبح تحدى ضخم ومكلف.

But not doing so

ولكن عدم فعل ذلك، سيعرض حياة الآلاف للخطر أيضًا.

would also endanger thousands of lives.

Fortunately, we’re already experimenting

لحسن الحظ، نحن بالفعل نختبر طرق لتبدأ هذه المادة في إصلاح نفسها.

with ways this material

could start fixing itself.

And some of these solutions

وبعض هذه الحلول مستوحات من آلية الخرسانة الطبيعية في علاج نفسها.

are inspired by concrete’s

natural self-healing mechanism.

When water enters these tiny cracks,

عندما تدخل المياه لهذه الشقوق الصغيرة

it hydrates the concrete’s calcium oxide.

ترطب أكسيد الكالسيوم للخرسانة.

The resulting calcium hydroxide

هيدروكسيد الكالسيوم الناتج

reacts with carbon dioxide in the air,

يتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون في الجو،

starting a process called

لبدأ علمية تسمى الاستشفاء الذاتي

autogenous healing, where

microscopic calcium carbonate crystals

حيث تتشكل بلورات كربونات الكالسيوم المجهرية وتملأ الفراغ تدريجياً.

form and gradually fill the gap.

Unfortunately, these crystals

مع الأسف، هذه البلورات لا تفعل الكثير

can only do so much, healing cracks

تعالج التشققات الأصغر حجمًا من 0.3 ملم.

that are less than 0.3mm wide.

Material scientists have figured out how

علماء المادة اكتشفوا طريقة لعلاج التشققات بضعف ذلك الحجم

to heal cracks up to twice that size by

adding hidden glue into the concrete mix.

عن طريق إضافة غراء مخفي داخل مزيج الخرسانة.

If we put adhesive-filled fibers

إذا وضعنا ألياف مملوءة بالمادة اللاصقة وأنابيب داخل الخليط،

and tubes into the mixture,

they’ll snap open when a crack forms,

سوف تفتح عندما يتشكل شق،

releasing their sticky contents

مطلقة محتواها اللزج ومغلقة للفراغ.

and sealing the gap.

But adhesive chemicals often behave

لكن المواد الكيميائية اللزجة تتصرف بشكل مختلف جدًا عن الخرسانة،

very differently from concrete,

and over time, these adhesives

ومع الوقت، هذه المواد اللاصقة قد تؤدي إلي تشققات أسوء.

can lead to even worse cracks.

So perhaps the best way to heal

إذا ربما الطريقة الأفضل لعلاج الشقوق الكبيرة

large cracks is to give concrete

هي إعطاء الخرسانة الأدوات لتساعد نفسها.

the tools to help itself.

Scientists have discovered that

العلماء اكتشفوا أن بعض البكتيريا والفطريات تستطيع أن تنتج معادن،

some bacteria and fungi

can produce minerals,

including the calcium carbonate

من ضمنها كربونات الكالسيوم الموجودة في الاستشفاء الذاتي.

found in autogenous healing.

Experimental blends of concrete

خلطات تجريبية من الخرسانة تتضمن هذه البكتيريا أو البذيرات الفطرية

include these bacterial or fungal spores

alongside nutrients in their concrete mix,

بالإضافة إلى مغذيات في خليطها الخرساني،

where they could lie dormant

حيث يمكنهم المكوث في سبات لمئات السنين.

for hundreds of years.

When cracks finally appear

عندما تظهر التشققات أخيرًا وتتسرب المياه داخل الخرسانة

and water trickles into the concrete,

the spores germinate, grow, and consume

تنبت البذيرات، تنمو، وتستهلك الشراب المغذي الذي يحيط بها،

the nutrient soup that surrounds them,

modifying their local environment

تعدل بيئتها المحيطة

to create the perfect conditions

لتخلق الظروف المناسبة لنمو كربونات الكالسيوم.

for calcium carbonate to grow.

These crystals gradually fill the gaps,

هذه البلورات تملأ الفراغ تدريجيًا،

and after roughly three weeks,

وبعد حوالي ثلاث أسابيع،

the hard-working microbes

الميكروبات العاملة تستطيع أن تصلح الشقوق بشكل تام

can completely repair cracks

up to almost 1mm wide.

إلى ما يقارب 1 ملم.

When the cracks seal,

حين تغلق الشقوق بإحكام،

the bacteria or fungi will make spores

البكتيريا أو الفطريات ستصنع بذور وتعود للسبات مجددًا

and go dormant once more—

ready to start a new cycle of self-healing

مستعدة لتبدأ دورة جديدة من الإصلاح الذاتي

when cracks form again.

عندما تتشكل الشقوق مجددًا.

Although this technique

رغم أنه تم دراسة هذه التقنية بشكل واسع

has been studied extensively,

we still have a ways to go

مازال لدينا مشوار طويل

before incorporating it

قبل دمجها في الإنتاج العالمي للخرسانة.

in the global production of concrete.

But, these spores have huge potential

لكن، هذه البذيرات لديها إمكانية كبيرة

to make concrete

لجعل الخرسانة أكثر مرونة ودوام.

more resilient and long-lasting—

which could drastically reduce

مما سيقلل التكلفة المالية والبيئية لإنتاج الخرسانة بشكل كبير.

the financial and environmental cost

of concrete production.

Eventually, these microorganisms

بالنهاية، هذه الكائنات الدقيقة

may force us to reconsider

قد تجبرنا على إعادة النظر في طريقة تفكيرنا في مدننا،

the way we think about our cities,

bringing our inanimate concrete jungles

فتعيد غاباتنا الخرسانية غير الحية للحياة.

to life.