Beton, dünya genelinde en yaygın yapı malzemesi olarak bilinse de, stres altında ve zorlu çevresel koşullarda çatlama ve bozulma riski taşımaktadır. Bu durum, köprüler, barajlar, tüneller ve yollar gibi büyük altyapı projelerinde ciddi hasarlara yol açmakta ve onarımlar, hem milyarlarca dolara mal olmakta hem de büyük miktarda karbon salınımına neden olmaktadır.

Ancak, Birleşik Krallık’taki Bath Üniversitesi’nden Profesör Kevin Paine önderliğindeki mühendislik ekibi, doğanın potansiyelini kullanarak bu köklü soruna yenilikçi bir çözüm geliştirdi: Kendi kendini onaran “akıllı beton”. Bu yeni malzeme, içerisine yerleştirilen özel bakteriler sayesinde çatladığında dışarıdan müdahale gerektirmeden hasarlarını kendiliğinden onarabilme yeteneğine sahiptir.

BETON KENDİNİ NASIL ONARIYOR?

Interesting Engineering’de yer alan bilgilere göre, kendi kendini onaran betonun işleyiş mekanizması, mikrobiyolojik olarak indüklenen kalsit çökelmesi (MICP) prensibine dayanmaktadır. Araştırmacılar, Bacillus gibi zorlu koşullara dayanıklı bakterileri, betonun yüksek alkali ortamında (12-13 pH) uyku modunda kalacak şekilde özel bir karışıma entegre etmiştir.

Betonda çatlak oluştuğunda ve içeriye su ile oksijen sızdığında, uyuyan bakteriler harekete geçmektedir. Bu mikroorganizmalar, karışımdaki besin maddelerini tüketerek metabolize eder ve kireçtaşı (kalsiyum karbonat) üretir. Üretilen kireçtaşı, çatlağın iki yanını bir araya getirerek hasarın büyümesini engeller. Araştırmacılar, bu doğal iyileşme sürecinin sonunda yalnızca betonla uyumlu olan karbondioksit ve su açığa çıktığını belirtmektedir.

MİKRO KAPSÜLLEME YÖNTEMİ

Bu yenilikçi projede en büyük mühendislik zorluğu, beton karışımında oluşan yüksek pH düzeyinin ve mekanik parçalanmanın bakterileri öldürmesini önlemekti. Bilim insanları, bu sorunu ilaç sektöründeki “kapsül” mantığına benzer bir yöntemle aşmayı başardı.

Bakteri sporları ve besinler, “perlit” adı verilen hafif agregaların içine iki aşamalı olarak hapsedildi. Bu kapsüller, daha sonra sodyum silikat ve uçucu kül ile kaplanarak korunmaya alındı. Bu sayede, bakterilerin beton karışımı sırasında uyanması ya da ölmesi engellendi. Sporlar, yalnızca beton çatladığında ve perlit boncukları fiziksel olarak kırıldığında suyla temas ederek çimlenmeye başlıyor.

GERÇEK DÜNYA TESTLERİNDEN BAŞARIYLA GEÇTİ

Geliştirilen bakteri katkılı beton, Galler’deki bir otoyol projesinde gerçek dünya testlerine tabi tutuldu. Üretilen güçlendirilmiş beton panellerden biri, 36. günün sonunda kasıtlı olarak 0.1 mm genişliğinde çatlatıldı.

Çatlak oluştuktan sonra bölgeye su uygulandı ve bakteriler harekete geçti. İlerleyen haftalarda yapılan optik mikroskop incelemelerinde, çatlak içinde görünür mineral çökeltilerinin (kalsit) oluştuğu ve normalde açık kalması gereken çatlağın kısmen kapandığı gözlemlendi. Ayrıca, karışıma eklenen bakteri ve besin kapsüllerinin, betonun temel mekanik mukavemetini (yaklaşık 30 MPa) ya da sertleşme sürecini olumsuz etkilemediği kanıtlandı.

İNŞAAT SEKTÖRÜ İÇİN YENİ BİR ÇAĞ BAŞLIYOR

Bakteri enjekte edilmiş bu akıllı betonlar, inşaat sektörü açısından bir paradigma değişimi anlamına gelmektedir. Birleşik Krallık’ta her yıl altyapı onarımlarına yaklaşık 40 milyar sterlin harcandığı göz önüne alındığında, kendi kendini onaran binalar ve yolların sağladığı ekonomik tasarruf oldukça büyük olabilir.

Ayrıca, 2050 yılına kadar çimento bazlı karbondioksit emisyonlarının iki katına çıkması öngörülürken, binaların ömrünü uzatan bu teknoloji çevre açısından da önemli bir fayda sağlayabilir. Bazı büyük şirketlerin de ilgisini çeken bu biyo-entegre malzemeler sayesinde gelecekte köprülerin zamanla güçlendiği, yolların kendi çatlaklarını kapattığı ve binaların hasar gördüğünde kendini iyileştirdiği yeni bir altyapı dünyası bizleri bekliyor olabilir.