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

Tłumaczenie: Patrycja Wrońska Korekta: Ola Królikowska

Beton to najbardziej powszechny materiał budowlany na świecie.

Concrete is the most widely used

construction material in the world.

It can be found in swathes of city pavements,

Występuje w chodnikach, mostach rozciągających się nad rzekami

bridges that span vast rivers,

and the tallest skyscrapers on earth.

i najwyższych wieżowcach na Ziemi.

But this sturdy substance

Ale ta wytrzymała substancja ma pewną słabość.

does have a weakness:

Jest podatna na katastrofalne w skutkach pęknięcia,

it’s prone to catastrophic cracking

that costs tens of billions of dollars

których naprawa kosztuje miliardy dolarów rocznie.

to repair each year.

But what if we could avoid that problem,

A gdyby uniknąć tego problemu,

by creating concrete that heals itself?

tworząc beton, który sam by się leczył?

This idea isn’t as far-fetched

Ten pomysł nie jest tak wydumany, jak mogłoby się wydawać.

as it may seem.

It boils down to an understanding

Sprowadza się do zrozumienia, jak tworzy się beton

of how concrete forms,

and how to exploit that process

i jak wykorzystać ten proces na naszą korzyść.

to our benefit.

Concrete is a combination of coarse stone

Beton składa się z gruboziarnistego kamienia

and sand particles, called aggregates,

i drobinek piasku, zwanych kruszywem,

that mix with cement, a powdered blend

zmieszanych z cementem, sproszkowaną mieszanką gliny i wapnia.

of clay and limestone.

When water gets added to this mix,

Po dodaniu wody cement staje się papką,

the cement forms a paste and

coats the aggregates, quickly hardening

która pokrywa kruszywo i szybko twardnieje dzięki reakcji chemicznej

through a chemical reaction

called hydration.

zwanej hydratacją.

Eventually, the resulting material

Powstały materiał jest tak wytrzymały, że może tworzyć budynki

grows strong enough to prop up buildings

that climb hundreds of meters

sięgające setki metrów do nieba.

into the sky.

While people have been using

Choć do produkcji cementu w ciągu ponad 4000 lat używano różnych przepisów,

a variety of recipes to produce cement

for over 4,000 years,

concrete itself

beton sam w sobie ma zaskakująco krótką żywotność.

has a surprisingly short lifespan.

After 20 to 30 years,

Po 20-30 latach naturalne procesy jak skurcz betonu,

natural processes like concrete shrinkage,

excessive freezing and thawing,

nadmiernie zamarzanie i rozmrażanie

and heavy loads can trigger cracking.

oraz duże obciążenie mogą powodować pęknięcia.

And it’s not just big breaks that count:

Nie chodzi tu tylko o duże pęknięcia. Te małe mogą być równie niebezpiecznie.

tiny cracks can be just as dangerous.

Concrete is often used

Beton jest często używany jako dodatkowe wzmocnienie zbrojeń.

as a secondary support

around steel reinforcements.

In this concrete, even small cracks

W takim betonie nawet w małe pęknięcia mogą dostać się woda, tlen

can channel water, oxygen,

and carbon dioxide that corrode the steel

i dwutlenek węgla, który korodując stal, prowadzi do katastrofy.

and lead to disastrous collapse.

On structures like bridges and highways

Wykrycie tych problemów w stale używanych obiektach jak mosty i autostrady

that are constantly in use,

detecting these problems

before they lead to catastrophe

i zapobiegnięcie katastrofie to ogromne i kosztowne wyzwanie.

becomes a huge and costly challenge.

But not doing so

Ale zrezygnowanie z tego naraziłoby na niebezpieczeństwo tysiące osób.

would also endanger thousands of lives.

Fortunately, we’re already experimenting

Na szczęście szuka się sposobów,

with ways this material

dzięki którym ten materiał mógłby naprawiać się sam.

could start fixing itself.

And some of these solutions

Niektóre z rozwiązań są zainspirowane

are inspired by concrete’s

natural self-healing mechanism.

naturalnymi mechanizmami samonaprawy betonu.

When water enters these tiny cracks,

Kiedy woda wnika do drobnych pęknięć,

it hydrates the concrete’s calcium oxide.

dochodzi do hydratacji tlenku wapnia zawartego w betonie.

Powstały wodorotlenek wapnia wchodzi w reakcję z dwutlenkiem węgla z powietrza,

The resulting calcium hydroxide

reacts with carbon dioxide in the air,

starting a process called

rozpoczynając proces samozaleczania autogenicznego.

autogenous healing, where

microscopic calcium carbonate crystals

Powstają mikroskopijne kryształki węglanu wapnia, które stopniowo wypełniają otwór.

form and gradually fill the gap.

Unfortunately, these crystals

Niestety kryształki nie mogą wiele zrobić,

can only do so much, healing cracks

that are less than 0.3mm wide.

bo leczą pęknięcia węższe niż 0,3 milimetra.

Material scientists have figured out how

Naukowcy inżynierii materiałowej znaleźli sposób na zaleczenie

to heal cracks up to twice that size by

do dwóch razy szerszych pęknięć przez dodanie kleju do mieszanki betonu.

adding hidden glue into the concrete mix.

If we put adhesive-filled fibers

Kiedy do mieszanki dodamy włókna i kapsułki z klejem,

and tubes into the mixture,

they’ll snap open when a crack forms,

pękną one przy powstawaniu pęknięć betonu,

releasing their sticky contents

wypełniając je kleistą zawartością i uszczelniając.

and sealing the gap.

But adhesive chemicals often behave

Substancje klejące zachowują się jednak często inaczej niż beton,

very differently from concrete,

and over time, these adhesives

a z czasem mogą powodować jeszcze gorsze pęknięcia.

can lead to even worse cracks.

So perhaps the best way to heal

Może najlepszym sposobem na zaleczenie dużych pęknięć betonu

large cracks is to give concrete

jest udostępnienie mu narzędzi, dzięki którym sam by sobie pomógł.

the tools to help itself.

Scientists have discovered that

Naukowcy odkryli, że niektóre bakterie i grzyby produkują minerały,

some bacteria and fungi

can produce minerals,

including the calcium carbonate

włącznie z węglanem wapnia występującym w samozaleczaniu autogenicznym.

found in autogenous healing.

Experimental blends of concrete

Eksperymentalne mieszanki betonu zawierają takie przetrwalniki bakterii czy grzybów

include these bacterial or fungal spores

alongside nutrients in their concrete mix,

razem ze składnikami odżywczymi,

where they could lie dormant

więc ich faza spoczynkowa może trwać setki lat.

for hundreds of years.

When cracks finally appear

Gdy pojawią się pęknięcia, a woda wcieknie w beton, przetrwalniki kiełkują i rosną,

and water trickles into the concrete,

the spores germinate, grow, and consume

pożywiając się składnikami odżywczymi z otoczenia.

the nutrient soup that surrounds them,

modifying their local environment

Modyfikują lokalne środowisko, stwarzając idealne warunki do rozwoju węglanu wapnia.

to create the perfect conditions

for calcium carbonate to grow.

These crystals gradually fill the gaps,

Kryształy stopniowo wypełniają pęknięcie, a po około trzech tygodniach

and after roughly three weeks,

the hard-working microbes

zapracowane mikroby mogą całkowicie naprawić pęknięcie na prawie 1 milimetr.

can completely repair cracks

up to almost 1mm wide.

When the cracks seal,

Po uszczelnieniu pęknięcia bakterie i grzyby tworzą przetrwalniki

the bacteria or fungi will make spores

i znów przechodzą w fazę spoczynkową, pozostając gotowe do rozpoczęcia

and go dormant once more—

ready to start a new cycle of self-healing

nowego cyklu samozaleczania w razie kolejnych pęknięć.

when cracks form again.

Although this technique

Mimo że ta technika jest kompleksowo badana,

has been studied extensively,

we still have a ways to go

minie dużo czasu, zanim będzie można używać jej w światowej produkcji betonu.

before incorporating it

in the global production of concrete.

But, these spores have huge potential

Przetrwalniki są nadzieją na wytrzymalszy i bardziej długotrwały beton,

to make concrete

more resilient and long-lasting—

which could drastically reduce

co mogłoby drastycznie obniżyć finansowe i ekologiczne koszty jego produkcji.

the financial and environmental cost

of concrete production.

Eventually, these microorganisms

Ostatecznie te mikroorganizmy mogą zmusić nas do zmiany sposobu myślenia

may force us to reconsider

the way we think about our cities,

o naszych miastach przez ożywienie martwych betonowych dżungli.

bringing our inanimate concrete jungles

to life.