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

翻訳: Kumika Moore 校正: Tomoyuki Suzuki

Concrete is the most widely used

コンクリートは世界中でもっとも 普及している建設資材です

construction material in the world.

It can be found in swathes of city pavements,

街中に張り巡らされた道路や

bridges that span vast rivers,

大きな川に架かる橋

and the tallest skyscrapers on earth.

この世で一番高い 超高層ビルにも使用されています

But this sturdy substance

しかし そんな頑丈な物質にも

does have a weakness:

欠点があります

it’s prone to catastrophic cracking

破滅的なひび割れが生じやすく

that costs tens of billions of dollars

修理に毎年 何百億ドルも かかるということです

to repair each year.

But what if we could avoid that problem,

でも この問題を回避するのに

by creating concrete that heals itself?

自己治癒力を持つコンクリートを 開発したら どうでしょう？

This idea isn’t as far-fetched

とっぴな考えのようですが

as it may seem.

そうでもありません

It boils down to an understanding

つまるところ

of how concrete forms,

コンクリートがどう形成するかや

and how to exploit that process

問題解決のために この形成過程を どう利用するかの理解に帰着します

to our benefit.

Concrete is a combination of coarse stone

コンクリートは砂利と

and sand particles, called aggregates,

骨材と呼ばれる砂粒子に

that mix with cement, a powdered blend

粘土と石灰石の 粉状混合物であるセメントを

of clay and limestone.

混ぜたものです

When water gets added to this mix,

この混合物に水を加えると

the cement forms a paste and

セメントがペースト状になり

coats the aggregates, quickly hardening

骨材の表面を覆い

水和という化学反応により 素早く固まります

through a chemical reaction

called hydration.

Eventually, the resulting material

最終的に 完成したコンクリートは

grows strong enough to prop up buildings

何百メートルもの高さでそびえ立つ建物を 支えるのに十分強力になります

that climb hundreds of meters

into the sky.

何百メートルもの高さでそびえ立つ建物を 支えるのに十分強力になります

While people have been using

人々は４千年以上にわたり

a variety of recipes to produce cement

多様なセメントの製造法を 用いてきたにもかかわらず

for over 4,000 years,

concrete itself

コンクリート自体は

has a surprisingly short lifespan.

意外にも寿命が短いのです

After 20 to 30 years,

20～30年経つと

natural processes like concrete shrinkage,

コンクリートの収縮

excessive freezing and thawing,

過剰な凍結や融解などの自然過程や

and heavy loads can trigger cracking.

荷重が ひび割れを生じさせます

And it’s not just big breaks that count:

そして大きな破損だけでなく

tiny cracks can be just as dangerous.

些細なひび割れも 同じくらい危険であると言えます

Concrete is often used

コンクリートは

as a secondary support

鉄筋周りの補助的な支持材として

around steel reinforcements.

よく使用されます

In this concrete, even small cracks

この種のコンクリートでは 小さなひび割れでも

can channel water, oxygen,

水や酸素、二酸化炭素が忍び込み 鉄筋を腐食させ

and carbon dioxide that corrode the steel

and lead to disastrous collapse.

破滅的な崩壊につながる可能性があります

On structures like bridges and highways

絶えず使用される 橋や幹線道路などの構造で

that are constantly in use,

detecting these problems

大惨事を引き起こす前に こういった問題を検出することは

before they lead to catastrophe

becomes a huge and costly challenge.

大規模で費用のかかる作業になります

But not doing so

しかし 作業を行わないと

would also endanger thousands of lives.

何千人もの命を 危険にさらすことにもなります

Fortunately, we’re already experimenting

幸いにも

自己修復する材料の実験が 既に開始されています

with ways this material

could start fixing itself.

And some of these solutions

解決策の一部は

are inspired by concrete’s

コンクリートが持つ自然治癒機構から 発想を得ています

natural self-healing mechanism.

When water enters these tiny cracks,

小さなひび割れに水が入ると

it hydrates the concrete’s calcium oxide.

コンクリートの酸化カルシウムを水和します

The resulting calcium hydroxide

その結果生じた水酸化カルシウムは

reacts with carbon dioxide in the air,

空気中の二酸化炭素と反応し

starting a process called

自己治癒と呼ばれる過程が始まり

autogenous healing, where

microscopic calcium carbonate crystals

微視的な炭酸カルシウムの結晶が形成し

form and gradually fill the gap.

徐々に割れ目を埋めるのです

Unfortunately, these crystals

残念ながら この結晶は

can only do so much, healing cracks

幅0.3ミリ以下の割れ目を 修復することしかできません

that are less than 0.3mm wide.

Material scientists have figured out how

材料科学者が見出したのは

to heal cracks up to twice that size by

コンクリートに 接着剤を埋設することで

adding hidden glue into the concrete mix.

倍の大きさの割れ目を修復する方法です

If we put adhesive-filled fibers

接着剤入りの繊維と管を

and tubes into the mixture,

混合材の中に挿入すると

they’ll snap open when a crack forms,

ひび割れが起こる際に それらがパチンと開き

releasing their sticky contents

粘着性のある内容物が放出され

and sealing the gap.

割れ目が閉じるということです

But adhesive chemicals often behave

しかし粘着性のある化学物質の性質は

very differently from concrete,

コンクリートとはまったく異なり

and over time, these adhesives

時間が経つとともに

can lead to even worse cracks.

接着剤が 割れ目を 悪化させることもあります

So perhaps the best way to heal

大きな割れ目を埋める 最善の方法はおそらく

large cracks is to give concrete

コンクリートに自己回復するための 手段を与えることでしょう

the tools to help itself.

Scientists have discovered that

科学者が発見したのは

some bacteria and fungi

一部のバクテリアと菌類は

can produce minerals,

ミネラルを生産できるということです

including the calcium carbonate

これには自己治癒で見られる 炭酸カルシウムが含まれます

found in autogenous healing.

Experimental blends of concrete

実験的なコンクリート混合材には

include these bacterial or fungal spores

このようなバクテリアや真菌胞子が

alongside nutrients in their concrete mix,

栄養分とともに含まれています

where they could lie dormant

それらは何百年もの間

for hundreds of years.

休眠状態でいられます

When cracks finally appear

ついに ひび割れができて

and water trickles into the concrete,

水がコンクリートを濡らし始めると

the spores germinate, grow, and consume

胞子は発芽、成長し

the nutrient soup that surrounds them,

周囲の栄養素を吸収することで

modifying their local environment

局所的な環境を変化させ

to create the perfect conditions

炭酸カルシウムの成長に 最適な状況を作ります

for calcium carbonate to grow.

These crystals gradually fill the gaps,

この結晶は次第に割れ目を埋めていき

and after roughly three weeks,

大体３週間経つと

the hard-working microbes

活発な微生物によって

can completely repair cracks

最大幅１ミリ弱の割れ目が 完全に修復されます

up to almost 1mm wide.

When the cracks seal,

割れ目が閉じる際

the bacteria or fungi will make spores

バクテリアと菌類は胞子を作って

and go dormant once more—

もう一度 休眠状態に入り

ready to start a new cycle of self-healing

自己治癒の新サイクルを始める準備をして

when cracks form again.

再度のひび割れに備えます

Although this technique

この技術は

has been studied extensively,

広く研究されているものの

we still have a ways to go

コンクリートの世界生産で それを具現化するまで

before incorporating it

in the global production of concrete.

まだ道のりは長いと言えます

But, these spores have huge potential

しかし これらの胞子は 非常に大きな可能性を持っており

to make concrete

コンクリートに より優れた回復力と持続性を与え

more resilient and long-lasting—

which could drastically reduce

コンクリート製造における

the financial and environmental cost

金銭的なコストや環境コストを 大幅に削減することができます

of concrete production.

Eventually, these microorganisms

やがては こういった微生物が

may force us to reconsider

無生物的なコンクリートだらけの世界に 命を吹き込むことで

the way we think about our cities,

bringing our inanimate concrete jungles

私たちの 街に対する考え方を 再考させるかもしれません

to life.