Bê-tông sinh học tự hàn vết nứt

Bê-tông là một trong những vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, nhưng các kết cấu bê-tông sau một thời gian sử dụng thường xuất hiện vết nứt gây nguy hiểm cho sự bền vững của công trình. Việc hàn kín các vết nứt đó là cần thiết nhưng rất phiền phức và tốn kém hàng tỷ USD mỗi năm, tính trên phạm vi toàn thế giới.
 

Mới đây nhà vi sinh vật học Hendrik Jonkers ở Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan) đã sáng tạo ra bê-tông vi khuẩn có thể tự động hàn kín các vết nứt mỗi khi chúng xuất hiện.

Ý tưởng nảy sinh khi Jonkers nghĩ tới việc cơ thể động vật có thể khoáng hóa (mineralization) để tự hàn các chỗ xương bị gãy. Như vậy, phải chăng có thể áp dụng biện pháp này cho việc hàn gắn vết nứt trên khối bê-tông. Bằng cách trộn sữa calcium (calcium lactate) với loại vi khuẩn làm ra đá vôi, Jonkers thấy có thể hàn kín bất kỳ vết nứt nào trên kết cấu bê-tông, dù là tường bê-tông hay mặt đường bê-tông. “Loại bê-tông này hoàn hảo cho các cấu trúc vốn rất khó bảo dưỡng, chẳng hạn như các công trình ngầm dưới lòng đất, đường cao tốc hoặc các dàn khoan dầu,” Jonkers nói.

Với sáng tạo trên, Jonkers đã được trao Giải thưởng Nhà sáng chế châu Âu năm 2015 (European Inventor Award 2015).

Loại vi khuẩn làm ra đá vôi được Jonkers lựa chọn là Bacillus pseudofirmus hoặc Sporosarcina pasteurii, chúng sống trong các hồ nước có độ kiềm cao ở gần các núi lửa đang hoạt động, như vùng Wadi Natrun ở Ai Cập. Loại vi khuẩn này chịu được nóng và lạnh, và có thể sống tới 200 năm mà không cần ô-xi và thức ăn. Khi gặp nước, chúng sẽ tỉnh dậy và hoạt động, sử dụng sữa calcium làm nguồn thức ăn, và tiết ra đá vôi, chất sẽ tự lấp kín vết nứt.

Hendrik Jonkers gọi loại vật liệu hàn vết nứt này là bê-tông vi khuẩn (bioconcrete).

Để giữ cho vi khuẩn này ngủ đông cho tới lúc cần đến chúng, Jonkers chứa vi khuẩn vào trong các bao nang nhỏ, loại có thể phân hủy sinh học, bên trong chứa chất dinh dưỡng cho vi khuẩn. Trộn dung dịch chứa các bao nang đó vào dung dịch xi măng đổ bê-tông. Khi kết cấu bê-tông xuất hiện vết nứt, nước mưa chảy vào vết nứt làm cho bao nang phân hủy, vi khuẩn gặp nước sẽ tỉnh dậy, bắt đầu sản xuất ra đá vôi và lấp kín vết nứt trong thời gian không quá ba tuần.

Cũng có thể bơm dung dịch chứa loại vi khuẩn này vào vết nứt trên kết cấu bê-tông sẵn có để chúng tự gắn kín vết nứt.

Loại vi khuẩn này có thể hàn kín các vết nứt có độ dài bất kỳ, nhưng chiều rộng của vết nứt không được quá 0,8 mm, nếu quá rộng thì tác dụng hàn gắn sẽ kém.

Jonkers dự định năm nay sẽ sản xuất loại dung dịch hàn gắn nói trên và năm 2016 sẽ sản xuất loại bê-tông tự hàn.

Vấn đề là bê-tông tự hàn có giá cao gấp đôi bê-tông thường, mà theo Jonker, chủ yếu do giá sữa calcium rất cao; nếu có thể làm cho vi khuẩn chịu ăn các dưỡng chất điều chế từ đường thì giá bê-tông sẽ giảm ngoạn mục.