自己修復コンクリート：高額修理の解決策

要約

本記事では、年間何十億ドルもの高額な修理費用がかかる壊滅的なクラックの問題に対処するため、自己修復コンクリートの可能性を探求します。コンクリートの形成過程や、自己修復機構を模倣する方法（自己癒合やコンクリート混合物への細菌や菌のスポアの添加など）について掘り下げます。

コンクリートの弱点

コンクリートは世界で最も広く使用されている建築資材ですが、弱点があります。20〜30年後、コンクリート収縮、過度な凍結・解凍、重荷などの自然現象がクラックを引き起こすことがあります。小さなクラックでも危険で、水、酸素、二酸化炭素を通じて鉄筋を腐食させ、壊滅的な崩落につながる可能性があります。特に橋や高速道路など、常に使用されている構造物では、これらの問題を発見することは非常に困難で高価です。

自己修復機構

科学者たちは、コンクリートの自然な自己修復機構を模倣することで、自己修復コンクリートを作成する方法を実験しています。水が微細なクラックに入ると、コンクリートの酸化カルシウムが水和し、空気中の二酸化炭素と反応して自己癒合と呼ばれるプロセスが始まります。微小な炭酸カルシウム結晶が形成され、0.3ミリメートル未満のクラックを徐々に埋めます。

隠れた接着剤の添加

材料科学者たちは、コンクリート混合物に隠れた接着剤を添加することで、その2倍までのクラックを修復する方法を見つけました。接着剤入りの繊維やチューブを混合物に加えると、クラックが形成されると開裂し、粘着性のある内容物を放出して隙間を密閉します。ただし、接着剤の化学物質はコンクリートと非常に異なる振る舞いをするため、時間が経つと、これらの接着剤はより悪いクラックを引き起こす可能性があります。

細菌と菌のスポア

最も有望な解決策は、コンクリートが自己修復するための手段を与えることです。科学者たちは、いくつかの細菌や菌が、自己癒合に見られる炭酸カルシウムを含む鉱物を生成できることを発見しました。コンクリート混合物にこれらの細菌または菌のスポアを栄養素と一緒に加えた実験的なブレンドがあります。これらのスポアは何百年もの間休眠状態にあります。クラックが最終的に現れ、水がコンクリートに流れ込むと、スポアが発芽し、成長し、周囲にある栄養スープを消費し、炭酸カルシウムが成長するのに最適な条件を作り出すために、その場所の環境を変更します。これらの結晶は徐々に隙間を埋め、約3週間後、微生物は1ミリメートル近くのクラックを完全に修復できます。クラックが密閉されると、細菌または菌は再びスポアを作り、休眠状態になり、クラックが再び形成されたときに新しい自己修復サイクルを開始する準備ができています。

自己修復コンクリートの未来

この技術は広く研究されていますが、世界的なコンクリート生産に取り入れるにはまだ時間がかかります。しかし、これらのスポアはコンクリートをより強靭で長持ちさせる可能性があり、コンクリート生産の財政的および環境的コストを大幅に削減することができます。最終的には、これらの微生物は私たちが都市について考える方法を再考させ、無機質のコンクリートジャングルを生命に満ちたものにするかもしれません。

結論

自己修復コンクリートは、コンクリートクラックによる高額な修理費用の問題に対する有望な解決策です。科学者たちは、自己癒合やコンクリート混合物への細菌や菌のスポアの添加など、コンクリートの自然な自己修復機構を模倣する方法を実験しています。まだ多くの課題が残っていますが、自己修復コンクリートは、コンクリートをより強靭で長持ちさせ、コンクリート生産の財政的および環境的コストを削減する可能性があります。