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

Vertaald door: Dick Stada Nagekeken door: Peter van de Ven

Concrete is the most widely used

Beton is het meestgebruikte bouwmateriaal ter wereld.

construction material in the world.

It can be found in swathes of city pavements,

Je vindt het in de bestrating van steden,

bridges that span vast rivers,

in bruggen die brede rivieren overspannen,

and the tallest skyscrapers on earth.

en in de hoogste wolkenkrabbers die er zijn.

But this sturdy substance

Dit stevige materiaal

does have a weakness:

heeft echter een zwakte.

Het is vatbaar voor rampzalige scheuren

it’s prone to catastrophic cracking

that costs tens of billions of dollars

die jaarlijks miljarden kosten

to repair each year.

aan reparaties.

But what if we could avoid that problem,

Als we dat probleem nou eens konden voorkomen

by creating concrete that heals itself?

met beton dat zichzelf repareert?

This idea isn’t as far-fetched

Dat idee is minder vergezocht dan je zou denken.

as it may seem.

It boils down to an understanding

Het komt voort uit de kennis

of how concrete forms,

over de vorming van beton

and how to exploit that process

en hoe je dat proces kunt benutten.

to our benefit.

Concrete is a combination of coarse stone

Beton is een combinatie van ruwe steen

and sand particles, called aggregates,

en zanddeeltjes, aggregaat genoemd,

that mix with cement, a powdered blend

dat je mengt met cement,

een poedermengsel van klei en kalksteen.

of clay and limestone.

When water gets added to this mix,

Wanneer je water toevoegt,

the cement forms a paste and

vormt het cement een pasta

coats the aggregates, quickly hardening

dat het aggregaat omgeeft en snel hardt

through a chemical reaction

door een chemische reactie die hydratatie heet.

called hydration.

Eventually, the resulting material

Uiteindelijk wordt het materiaal sterk genoeg

grows strong enough to prop up buildings

om gebouwen te ondersteunen

that climb hundreds of meters

die honderden meters de lucht in gaan.

into the sky.

While people have been using

Hoewel men allerlei recepten heeft gebruikt voor cement,

a variety of recipes to produce cement

for over 4,000 years,

al meer dan 4 000 jaar,

concrete itself

heeft beton zelf juist een heel korte levensverwachting.

has a surprisingly short lifespan.

After 20 to 30 years,

Na 20 tot 30 jaar

natural processes like concrete shrinkage,

kunnen natuurlijke processen als betonkrimp,

excessive freezing and thawing,

extreme koude en warmte

and heavy loads can trigger cracking.

en zware belasting scheuren veroorzaken.

And it’s not just big breaks that count:

Het gaat niet alleen om de grote scheuren:

tiny cracks can be just as dangerous.

kleine scheurtjes zijn net zo gevaarlijk.

Concrete is often used

Beton wordt vaak gebruikt

as a secondary support

als een extra ondersteuning

around steel reinforcements.

om staalversterkingen heen.

In this concrete, even small cracks

In dit beton kunnen zelfs kleine scheuren

can channel water, oxygen,

water, zuurstof en CO2 doorlaten

and carbon dioxide that corrode the steel

waardoor het staal kan gaan roesten

and lead to disastrous collapse.

en leiden tot een desastreuze aftakeling.

On structures like bridges and highways

Bij bouwwerken als bruggen en snelwegen

that are constantly in use,

die continu worden gebuikt,

detecting these problems

kan het vinden van problemen

before they lead to catastrophe

voordat het tot rampen leidt,

becomes a huge and costly challenge.

een gigantisch kostbare uitdaging worden.

But not doing so

Als je dat niet zou doen,

would also endanger thousands of lives.

zou je duizenden levens in gevaar brengen.

Fortunately, we’re already experimenting

Gelukkig wordt er al geëxperimenteerd

with ways this material

met manieren om beton zichzelf te laten repareren.

could start fixing itself.

And some of these solutions

Sommige oplossingen zijn geïnspireerd

are inspired by concrete’s

natural self-healing mechanism.

op het zelfreparerend vermogen van beton.

When water enters these tiny cracks,

Als er water in de scheurtjes komt,

it hydrates the concrete’s calcium oxide.

wordt het calcium-oxide van het beton nat.

The resulting calcium hydroxide

Het calciumhydroxide dat overblijft,

reacts with carbon dioxide in the air,

reageert met kooldioxide uit de lucht,

starting a process called

en start een proces op dat autogeen herstel heet,

autogenous healing, where

microscopic calcium carbonate crystals

waarbij microscopisch kleine calciumcarbonaatkristallen ontstaan

form and gradually fill the gap.

die geleidelijk de scheur vullen.

Unfortunately, these crystals

Helaas kunnen deze kristallen dat alleen doen

can only do so much, healing cracks

that are less than 0.3mm wide.

bij scheuren die smaller zijn dan 0,3 mm.

Material scientists have figured out how

Materiaalwetenschappers ontdekten

to heal cracks up to twice that size by

hoe dubbel zo grote scheuren kunnen worden gerepareerd

adding hidden glue into the concrete mix.

door lijm mee te mengen in het beton.

If we put adhesive-filled fibers

Als we met lijm gevulde vezels en slangetjes in de mix stoppen,

and tubes into the mixture,

they’ll snap open when a crack forms,

knappen die als er scheuren komen,

releasing their sticky contents

en stroomt de plakkerige inhoud eruit

and sealing the gap.

en die lijmt de scheur.

But adhesive chemicals often behave

Chemische lijm gedraagt zich echter vaak heel anders dan beton,

very differently from concrete,

and over time, these adhesives

en na verloop van tijd kan lijm

can lead to even worse cracks.

zelfs tot nog ergere scheuren leiden.

So perhaps the best way to heal

Dus misschien kan je grote scheuren het beste repareren

large cracks is to give concrete

door beton de nodige middelen mee te geven om zichzelf te helpen.

the tools to help itself.

Scientists have discovered that

Onderzoekers ontdekten dat sommige bacteriën en schimmels

some bacteria and fungi

can produce minerals,

mineralen kunnen aanmaken,

including the calcium carbonate

waaronder calciumcarbonaat

found in autogenous healing.

dat bij autogene reparatie wordt gevonden.

Experimental blends of concrete

Experimentele betonmengsels

include these bacterial or fungal spores

hebben deze bacteriën en schimmelsporen

alongside nutrients in their concrete mix,

samen met voeding in hun betonmengsel,

where they could lie dormant

waar ze eeuwen kunnen blijven slapen.

for hundreds of years.

When cracks finally appear

Als er dan scheuren ontstaan

and water trickles into the concrete,

en er water in het beton sijpelt,

the spores germinate, grow, and consume

zullen de sporen ontkiemen, groeien

en de voeding om hen heen opnemen,

the nutrient soup that surrounds them,

modifying their local environment

en hun omgeving zo aanpassen

to create the perfect conditions

dat het de perfecte omgeving wordt

for calcium carbonate to grow.

om calciumcarbonaat te laten groeien.

These crystals gradually fill the gaps,

Kristallen vullen geleidelijk de scheuren,

and after roughly three weeks,

en na zo'n drie weken

the hard-working microbes

kunnen de ijverige microben

can completely repair cracks

scheuren tot bijna 1 mm volledig repareren.

up to almost 1mm wide.

When the cracks seal,

Als de scheuren sluiten,

the bacteria or fungi will make spores

maken de bacteriën en schimmels sporen

and go dormant once more—

en gaan weer slapen --

ready to start a new cycle of self-healing

klaar voor een nieuwe zelfreparerende cyclus

when cracks form again.

zodra er weer scheuren zijn ontstaan.

Although this technique

Hoewel deze techniek al uitgebreid bestudeerd is,

has been studied extensively,

we still have a ways to go

is er nog veel te doen

before incorporating it

tot het kan worden toegepast bij de wereldwijde betonproductie.

in the global production of concrete.

But, these spores have huge potential

Toch hebben deze sporen grote mogelijkheden

to make concrete

om beton zelfherstellend te maken

more resilient and long-lasting—

en duurzamer --

which could drastically reduce

waardoor kosten en druk op het milieu enorm kunnen dalen.

the financial and environmental cost

of concrete production.

Eventually, these microorganisms

Uiteindelijk zetten deze micro-organismen ons aan het denken

may force us to reconsider

the way we think about our cities,

over de manier waarop we onze steden met onaangename betonjungles

bringing our inanimate concrete jungles

to life.

weer tot leven brengen.