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

번역: GAAE GANG 검토: JY Kang

Concrete is the most widely used

콘크리트는 세계에서 가장 널리 사용되는 건설 재료입니다.

construction material in the world.

It can be found in swathes of city pavements,

도시의 도로 포장에도 쓰이고

bridges that span vast rivers,

넓은 강을 건너는 다리나

and the tallest skyscrapers on earth.

지구상 가장 높은 건물에서도 볼 수 있죠.

But this sturdy substance

하지만 이 견고한 물질은 한 가지 단점이 있습니다.

does have a weakness:

it’s prone to catastrophic cracking

균열이 발생하기 쉬워서

that costs tens of billions of dollars

이를 보수하는 데만 매년 수백억 달러의 비용이 든다는 점이죠.

to repair each year.

But what if we could avoid that problem,

이 문제를 피할 수 있다면 어떨까요?

by creating concrete that heals itself?

균열을 스스로 치유하는 콘크리트를 개발한다면요?

This idea isn’t as far-fetched

이 아이디어가 그리 터무니없는 것은 아닙니다.

as it may seem.

It boils down to an understanding

이 문제의 핵심은 콘크리트가 어떻게 만들어지는지 이해하고

of how concrete forms,

and how to exploit that process

형성 과정을 이용해서 원하는 결과를 얻는 데에 있습니다.

to our benefit.

Concrete is a combination of coarse stone

콘크리트에는 거친 돌과 모래 입자가 배합되어 있습니다.

and sand particles, called aggregates,

골재라고 부르는 것들이죠.

that mix with cement, a powdered blend

점토와 석회석 분말이 혼합된 시멘트를 그 골재와 섞습니다.

of clay and limestone.

When water gets added to this mix,

이 혼합물에 물을 첨가하면

the cement forms a paste and

시멘트는 반죽 형태가 되어 골재 표면을 감싸게 되고

coats the aggregates, quickly hardening

수화반응이라는 화학 반응을 통해 빠르게 굳어집니다.

through a chemical reaction

called hydration.

Eventually, the resulting material

그렇게 만들어진 최종 재료는 충분히 강해서

grows strong enough to prop up buildings

하늘로 수백m에 달하는 건물을 지탱할 수 있을 정도가 되죠.

that climb hundreds of meters

into the sky.

While people have been using

사람들은 지금까지 다양한 제조법으로 시멘트를 만들어 왔습니다.

a variety of recipes to produce cement

for over 4,000 years,

그 역사가 4,000년이 넘죠.

concrete itself

콘크리트는 의외로 짧은 수명을 가지고 있습니다.

has a surprisingly short lifespan.

After 20 to 30 years,

20에서 30년이 지나면

natural processes like concrete shrinkage,

콘크리트의 수축, 동결 융해 같은 자연적인 거동이나

excessive freezing and thawing,

and heavy loads can trigger cracking.

무거운 하중 때문에 균열이 생기기 시작합니다.

And it’s not just big breaks that count:

눈에 띄는 큰 균열뿐만 아니라

tiny cracks can be just as dangerous.

아주 작은 균열도 그만큼 위험하죠.

Concrete is often used

때로는 철근을 감싸는 2차 부재로서 콘크리트가 활용되기도 합니다.

as a secondary support

around steel reinforcements.

In this concrete, even small cracks

이 경우, 콘크리트에 생긴 작은 균열이

can channel water, oxygen,

물, 산소, 이산화탄소의 운반 통로가 됩니다.

and carbon dioxide that corrode the steel

그것이 철근을 부식시키면 처참한 붕괴로 이어지게 되죠.

and lead to disastrous collapse.

On structures like bridges and highways

사람들이 늘 이용하는 다리와 고속도로 같은 구조물에서

that are constantly in use,

detecting these problems

재앙이 일어나기 전에 균열 문제를 감지하는 것은

before they lead to catastrophe

becomes a huge and costly challenge.

엄청난 비용이 드는 과제입니다.

But not doing so

하지만 그렇게 하지 않으면 수많은 사람이 위험에 빠지게 되죠.

would also endanger thousands of lives.

Fortunately, we’re already experimenting

다행히도 우리는 이미 실험을 통해서

with ways this material

이 재료가 균열을 스스로 고치는 방법을 찾고 있습니다.

could start fixing itself.

And some of these solutions

그리고 콘크리트 고유의 자가 치유 메커니즘에서 몇몇 해결책을 얻었죠.

are inspired by concrete’s

natural self-healing mechanism.

When water enters these tiny cracks,

작은 균열을 통해서 물이 흘러들어가면

it hydrates the concrete’s calcium oxide.

콘크리트의 산화칼슘과 수화 반응을 일으킵니다.

The resulting calcium hydroxide

그 결과로 만들어진 수산화칼슘은 공기 중의 이산화탄소와 반응하여

reacts with carbon dioxide in the air,

starting a process called

자가 치유라 불리는 과정을 시작하게 됩니다.

autogenous healing, where

microscopic calcium carbonate crystals

미세한 탄산칼슘 결정체가 형성되어 서서히 틈새를 메우는 것이죠.

form and gradually fill the gap.

Unfortunately, these crystals

유감스럽게도 이 결정체는 기껏해야

can only do so much, healing cracks

that are less than 0.3mm wide.

0.3mm보다 작은 폭의 균열만 막을 수 있습니다.

Material scientists have figured out how

재료학자들은 그 2배 크기의 균열을 치유할 방법을 찾아냈습니다.

to heal cracks up to twice that size by

adding hidden glue into the concrete mix.

콘크리트 혼합물에 숨겨진 접착제를 추가하는 거죠.

If we put adhesive-filled fibers

접착제를 채운 섬유와 튜브를 혼합물에 섞어 넣어두면

and tubes into the mixture,

they’ll snap open when a crack forms,

균열이 발생했을 때 그것이 열리게 되면서

releasing their sticky contents

끈적한 내용물이 흘러나와 틈을 메우는 것입니다.

and sealing the gap.

But adhesive chemicals often behave

그러나 접착력이 있는 화학물은 종종 콘크리트와 다른 거동을 보입니다.

very differently from concrete,

and over time, these adhesives

그리고 시간이 지나면 이 접착제는 더욱 심각한 균열을 불러오기도 하죠.

can lead to even worse cracks.

So perhaps the best way to heal

아마도 큰 균열을 치유하는 가장 좋은 방법은

large cracks is to give concrete

콘크리트에게 치유에 도움이 되는 도구를 제공하는 방법일 겁니다.

the tools to help itself.

Scientists have discovered that

과학자들은 몇몇 박테리아와 곰팡이가 무기질을 만들어낸다는 걸 발견했습니다.

some bacteria and fungi

can produce minerals,

including the calcium carbonate

그 부산물에는 자연 치유 과정에서 볼 수 있는 탄산칼슘도 포함되어 있죠.

found in autogenous healing.

Experimental blends of concrete

실험적인 콘크리트 혼합물에

include these bacterial or fungal spores

그 박테리아 또는 곰팡이 포자를 추가하고

alongside nutrients in their concrete mix,

영양소를 함께 섞어 두면 수백 년간 휴면 상태를 유지합니다.

where they could lie dormant

for hundreds of years.

When cracks finally appear

마침내 균열이 나타나서 콘크리트로 물이 스며들면

and water trickles into the concrete,

the spores germinate, grow, and consume

포자는 싹을 틔워 성장하고 주위의 영양소를 소모하면서

the nutrient soup that surrounds them,

modifying their local environment

그들의 주위 환경을 바꾸어

to create the perfect conditions

탄산칼슘을 생성하기 위한 완벽한 조건을 만들어 냅니다.

for calcium carbonate to grow.

These crystals gradually fill the gaps,

이 결정체들이 서서히 균열을 메우기 시작하고

and after roughly three weeks,

약 3주가 지나면

the hard-working microbes

미생물의 노력으로 최대 1mm의 균열이 완전히 복구되죠.

can completely repair cracks

up to almost 1mm wide.

When the cracks seal,

일단 균열이 메워지면

the bacteria or fungi will make spores

박테리아나 곰팡이가 만든 포자는 다시 휴면기에 들어가게 되고

and go dormant once more—

ready to start a new cycle of self-healing

자가 치유를 위한 새로운 순환을 준비합니다.

when cracks form again.

균열이 다시 생길 때를 위해 말이죠.

Although this technique

이 기술에 대해서 지금까지 많은 연구가 있었지만

has been studied extensively,

we still have a ways to go

대규모 콘크리트 생산에 적용하기에는 아직 갈 길이 많이 남아있습니다.

before incorporating it

in the global production of concrete.

But, these spores have huge potential

그러나 이 포자가 가진 엄청난 잠재력은

to make concrete

콘크리트를 더욱 회복력 있고 오래 견딜 수 있게 해주고

more resilient and long-lasting—

which could drastically reduce

콘크리트 생산의 경제적, 환경적 비용을 과감하게 줄이게 될 것입니다.

the financial and environmental cost

of concrete production.

Eventually, these microorganisms

결국 이 미생물은

may force us to reconsider

우리로 하여금 도시에 대한 관점을 바꾸도록 만들고

the way we think about our cities,

bringing our inanimate concrete jungles

생기없는 콘크리트 정글을 우리 삶으로 가져다 줄 것입니다.

to life.