自己治癒するコンクリート：科学が建設を革新する

概要

本記事では、自己治癒するコンクリートの概念について探求し、コンクリート構造物の壊滅的なひび割れ問題を解決する可能性があることを紹介します。コンクリートが形成される科学的背景や、自己修復材料を作成するために利用できる方法、自己治癒、粘着材充填繊維、細菌や菌類の利用などについても説明します。

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設材料ですが、弱点があります。年間数十億ドルの修復費用がかかる壊滅的なひび割れに陥りやすいのです。小さなひび割れでも、水や酸素、二酸化炭素を流し込んで鉄筋を腐食させ、惨事を招く可能性があります。

コンクリートの形成の理解

コンクリートは、石や砂の粒子である骨材と呼ばれるものと、粘土と石灰石の混合粉末であるセメントと混ぜ合わせたものです。この混合物に水を加えると、セメントがペースト状になり、骨材をコーティングして、水和反応によって急速に硬化します。最終的に、建物を数百メートルまで伸ばすのに十分な強度を持った材料ができあがります。

ひび割れの問題

セメントを生産するために様々なレシピが使われてきた歴史は4,000年以上にわたりますが、コンクリート自体の寿命は驚くほど短いものです。20〜30年後、コンクリートの収縮、極端な凍結と解凍、重い荷重などの自然現象がひび割れを引き起こすことがあります。特に、鉄筋周辺にひび割れが生じた場合、小さなひび割れでも危険です。

自己治癒するコンクリートの解決策

科学者たちは、自己治癒するコンクリートを作る方法を研究しています。一つの解決策は、コンクリートの自然な自己治癒メカニズムに着想を得たものです。水が微細なひび割れに入ると、コンクリートの酸化カルシウムが水和します。その結果生成された水酸化カルシウムが空気中の二酸化炭素と反応し、微小な炭酸カルシウム結晶が形成され、徐々に隙間を埋める自己治癒のプロセスが始まります。

もう一つの解決策は、コンクリート混合物に隠し接着剤を添加することです。接着剤充填繊維やチューブを加えると、ひび割れが生じたときにこれらが開き、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、接着剤はコンクリートと異なる性質を持つため、時間が経つと、これらの接着剤がより悪いひび割れを引き起こす可能性があります。

科学者たちはまた、細菌や菌類が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や菌類の胞子と栄養素を加えた実験的なブレンドを含めると、これらの微生物は何百年もの間休眠していることができます。最終的にひび割れが生じ、水がコンクリートに滲み込むと、胞子が発芽し、成長し、周囲の栄養素を消費して、炭酸カルシウムが生長するのに最適な条件を作り出すことができます。これらの結晶が徐々に隙間を埋め、約3週間後、微生物は1ミリメートル近くのひび割れを完全に修復できます。

コンクリートの未来

これらの技術は広く研究されていますが、グローバルなコンクリート生産に組み込むにはまだ長い道のりがあります。しかし、自己治癒するコンクリートは、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、これらの微生物が私たちに都市について考え方を再考させ、無機的なコンクリートジャングルを生き物に変えるかもしれません。

結論

自己治癒するコンクリートの開発は、建設業界にとってエキサイティングな展望です。壊滅的なひび割れの問題を解決し、コンクリート構造物をより強靭で長持ちさせることができる可能性があります。コンクリートがどのように形成され、そのプロセスをどのように利用して自己修復材料を作成するかを理解することで、自己治癒する材料を作り出し、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ことができます。