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

Переводчик: Nataliia Pysemska Редактор: Yekaterina Jussupova

Concrete is the most widely used

Бетон — самый популярный

construction material in the world.

строительный материал в мире.

It can be found in swathes of city pavements,

Из него сделаны многие городские тротуары,

bridges that span vast rivers,

перекинутые через широкие реки мосты

and the tallest skyscrapers on earth.

и самые высокие небоскрёбы планеты.

But this sturdy substance

Однако у этого прочного вещества

does have a weakness:

всё же есть недостаток:

it’s prone to catastrophic cracking

он ужасно трескается,

that costs tens of billions of dollars

и на ремонт бетонных конструкций

to repair each year.

ежегодно тратят миллиарды долларов.

But what if we could avoid that problem,

Но что, если эту проблему можно решить,

by creating concrete that heals itself?

создав самовосстанавливающийся бетон?

This idea isn’t as far-fetched

Идея может казаться притянутой за уши,

as it may seem.

It boils down to an understanding

но это не так.

Для начала нужно изучить

of how concrete forms,

процесс создания бетона

and how to exploit that process

и выяснить, как доработать его

to our benefit.

до нужного нам результата.

Concrete is a combination of coarse stone

Бетон состоит из наполнителей —

and sand particles, called aggregates,

щебня и песка,

that mix with cement, a powdered blend

которые смешивают с цементом — порошковой смесью

of clay and limestone.

глины и известняка.

When water gets added to this mix,

Когда в смесь добавляют воду,

the cement forms a paste and

цемент превращается в пасту,

coats the aggregates, quickly hardening

покрывает наполнители и быстро застывает

through a chemical reaction

из-за химической реакции

called hydration.

под названием гидратация.

Eventually, the resulting material

В итоге получается материал

grows strong enough to prop up buildings

достаточно прочный

для возведения из него зданий,

that climb hundreds of meters

into the sky.

устремляющихся на сотни метров ввысь.

While people have been using

Более 4 000 лет

a variety of recipes to produce cement

люди использовали разные способы

for over 4,000 years,

создания цемента,

concrete itself

но сам по себе бетон

has a surprisingly short lifespan.

по-прежнему остаётся поразительно недолговечным.

After 20 to 30 years,

Спустя 20–30 лет

natural processes like concrete shrinkage,

естественные процессы — усадка цемента,

excessive freezing and thawing,

чрезмерное замораживание и нагрев,

and heavy loads can trigger cracking.

сильные нагрузки — приводят к появлению трещин.

And it’s not just big breaks that count:

Речь идёт не только о больши́х разломах:

tiny cracks can be just as dangerous.

крошечные трещины могут быть не менее опасными.

Concrete is often used

Бетон часто используют

as a secondary support

для создания вспомогательных опор

around steel reinforcements.

вокруг стальной арматуры.

In this concrete, even small cracks

В этом случае даже крошечные трещины

can channel water, oxygen,

могут пропускать воду, кислород и углекислый газ,

and carbon dioxide that corrode the steel

которые вызывают коррозию стали

and lead to disastrous collapse.

и ведут к катастрофическим разрушениям.

On structures like bridges and highways

В конструкциях, испытывающих постоянную нагрузку,

that are constantly in use,

например, мостах и шоссе,

detecting these problems

выявление этих проблем,

before they lead to catastrophe

прежде чем они приведут к катастрофе,

becomes a huge and costly challenge.

довольно затратно и трудоёмко.

But not doing so

Однако бездействие

would also endanger thousands of lives.

подвергнет опасности тысячи жизней.

Fortunately, we’re already experimenting

К счастью, мы уже ищем способы,

которые позволят бетону

with ways this material

could start fixing itself.

самовосстанавливаться.

And some of these solutions

В основе некоторых решений

are inspired by concrete’s

лежит природный механизм

natural self-healing mechanism.

самовосстановления бетона.

When water enters these tiny cracks,

Когда в мелкие трещинки попадает вода,

it hydrates the concrete’s calcium oxide.

она насыщает оксид кальция, входящий в состав бетона.

The resulting calcium hydroxide

Получающийся в итоге гидроксид кальция

reacts with carbon dioxide in the air,

на воздухе вступает в реакцию с углекислым газом,

starting a process called

и начинается процесс

autogenous healing, where

аутогенного заживления:

microscopic calcium carbonate crystals

формируются крошечные кристаллы карбоната кальция

form and gradually fill the gap.

и заполняют зазоры.

Unfortunately, these crystals

К сожалению, эти кристаллы

can only do so much, healing cracks

могут заполнить трещины

that are less than 0.3mm wide.

не шире 0,3 мм.

Material scientists have figured out how

Материаловеды выяснили,

to heal cracks up to twice that size by

как восстанавливать трещины вдвое шире,

adding hidden glue into the concrete mix.

добавив в бетонную смесь скрытый клей.

If we put adhesive-filled fibers

Если добавить в смесь волокна и трубки,

and tubes into the mixture,

наполненные вяжущим веществом,

they’ll snap open when a crack forms,

при появлении трещин они разорвутся,

releasing their sticky contents

высвобождая клейкое содержимое,

and sealing the gap.

которое заполнит разломы.

But adhesive chemicals often behave

Однако клеящие вещества

часто ведут себя непредсказуемо с бетоном,

very differently from concrete,

and over time, these adhesives

и со временем клей

can lead to even worse cracks.

может вызвать даже больше трещин.

So perhaps the best way to heal

Возможно, лучший способ устранить

large cracks is to give concrete

крупные трещины — дать бетону

the tools to help itself.

инструменты для самовосстановления.

Scientists have discovered that

Учёные обнаружили,

some bacteria and fungi

что некоторые бактерии и грибки

can produce minerals,

производят минералы,

including the calcium carbonate

например, карбонат кальция,

found in autogenous healing.

которые участвуют в аутогенном заживлении.

Experimental blends of concrete

Экспериментальные бетонные смеси

include these bacterial or fungal spores

содержат эти бактерии или грибковые споры —

alongside nutrients in their concrete mix,

окружённые питательными веществами,

where they could lie dormant

они могут находиться «в спячке»

for hundreds of years.

сотни лет.

When cracks finally appear

Когда появляются трещины

and water trickles into the concrete,

и вода просачивается в бетон,

the spores germinate, grow, and consume

споры пробуждаются, растут и поглощают

the nutrient soup that surrounds them,

окружающий их питательный суп,

modifying their local environment

создавая для себя комфортную среду

to create the perfect conditions

и идеальные условия

for calcium carbonate to grow.

для образования карбоната кальция.

These crystals gradually fill the gaps,

Его кристаллы постепенно заполняют пустоты,

and after roughly three weeks,

и примерно через три недели

the hard-working microbes

микробы-трудяги

can completely repair cracks

могут полностью восстановить трещины

up to almost 1mm wide.

шириной почти один миллиметр.

When the cracks seal,

Запечатав щели,

the bacteria or fungi will make spores

бактерии или грибки создают споры

and go dormant once more—

и вновь засыпают,

ready to start a new cycle of self-healing

готовые начать новый цикл самовосстановления,

when cracks form again.

когда трещины появятся вновь.

Although this technique

Эта техника уже прошла

has been studied extensively,

множество исследований,

we still have a ways to go

но впереди ещё длинный путь

before incorporating it

до её внедрения

in the global production of concrete.

в массовое производство бетона.

But, these spores have huge potential

Как бы то ни было, у этих спор есть огромный потенциал

to make concrete

сделать бетон

more resilient and long-lasting—

более стойким и долговечным,

which could drastically reduce

что сможет значительно снизить

the financial and environmental cost

финансовые и экологические затраты

of concrete production.

на производство бетона.

Eventually, these microorganisms

Однажды эти микроорганизмы

may force us to reconsider

могут заставить нас изменить

the way we think about our cities,

наше представление о городах,

bringing our inanimate concrete jungles

вдохнув жизнь в эти холодные

to life.

каменные джунгли.