Ученые предлагают использовать бактерии для защиты дорог от разрушения антигололедными реагентами

0
Ученые предлагают использовать бактерии для защиты дорог от разрушения антигололедными реагентами

Исследователи, какие ищут новые способы сделать дорожную инфраструктуру более надежной и долговечной, считают, что скоро крошечные бактерии смогут защитить путевое покрытие от появления ям и выбоин после зимы.

Химические вещества, такие как хлорид кальция, называемые «дорожной солью», используются для предотвращения образования льда и накопления снега, какие могут создавать опасные ситуации на дорогах. Однако хорошо известно, что эти химикаты также являются причиной разрушения путевого покрытия и появления выбоин. Такое разрушение происходит в результате реагирования химических веществ с бетоном и водой в облике льда и снега, вызывающего образование расширяющегося в объеме соединения, способного разрушать бетон за счет нарастания внутренних усилий. Вредоносный состав, названный CAOXY — сокращение от оксихлорида кальция — также может отламывать куски бетона, так как впитывается в поверхность перед замерзанием и оттаиванием.

Подпись к изображениюСоединение, именуемое CAOXY, которое образуется при взаимодействии дорожной соли с бетоном, стоит за ухудшением дорожного покрытия и образованием выбоинУченые предлагают использовать бактерии для защиты дорог от разрушения антигололедными реагентами

В материалах изыскания, недавно опубликованных в журнале «Строительство и строительные материалы», доктор наук Яхуб Фарнам, доктор наук Кристофер Сэйлз и доктор наук Каролина Шауэр, исследователи из инженерного колледжа Дрексельского университета, демонстрируют, как добавление небольшого количества бактерий с бетоном может сократить образование CAOXY.

Группа пришла к этой идее, уча штамм бактерий под названием Sporosarcina pasteurii. Этот штамм довольно необычен, потому что он способен вызвать химическую реакцию, в итоге которой образуется карбонат кальция — вещество, которое часто называют «природным цементом». Только несколько образов бактерий способны исполнять этот трюк, называемый микробно-индуцированным выпадением в осадок карбоната кальция или «биоминерализацией», но их труд можно увидеть в минеральных отложениях, которые образуют известняк и мрамор.

За последнее десятилетие учеными изучалась возможность применения таких бактерий, как Sporosarcina pasteurii, как способ устранения трещин в скульптурах и бетонных конструкциях, а в последнее время как экологически безопасный вариант изготовления кирпича.

«На самом деле рассматривался последний продукт химической реакции с участием этих бактерий — кальцит — но мы пришли к пониманию того, что способ, каким изготовляют кальцит, может быть весьма полезным, когда речь идет о том, чтобы ослабить реакцию, превращающую путевую соль в соединение, разрушающее дорогу, — сказал Фарнам. — Было известно, что бактерии нуждаются в хлориде кальция для производства кальцита, какой является безвредным соединением. Поэтому, если бы можно было найти способ, при котором бактерии присутствовали в момент попадания путевой соли хлорида кальция в бетон, она могла бы вступать во взаимодействие с бактериями и уменьшать воздействие реакции, которая возбуждает разрушение дороги».

Чтобы проверить свою теорию, Сэйлз и Фарнам сделали несколько бетонных образцов, используя тип цемента, обыкновенно используемый при строительстве дорог, и добавили в некоторые образцы смесь Sporosarcina pasteurii с питательными веществами, необходимыми для их выживания. После 28 дней воздействия раствора хлорида кальция, что отвечало одному месяцу дорожной обработки в зимнее время, они провели серию испытаний на образцах, чтобы определить их структурную целостность и измерить число присутствующего CAOXY.

Рассматривая как акустические колебания, так и развитие микропор в образце раствора (и то и другое является способами количественной оценки прочности образчика), исследователи обнаружили, что бетон, изготовленный с применением бактерий, практически не разрушался после воздействия хлорида кальция.

Кроме того, степени содержания CAOXY были намного ниже в образцах с бактериями в результате вызванного микробами образования карбоната кальция. Наличие карбоната кальция предполагает, что взаимодействие бактерий также может быть использовано для укрепления дорожного покрытия, желая, по мнению ученых, это применение потребует дополнительных исследований.

«Бактерии способны изменять микросреду вокруг себя, — произнёс  Сэйлз. — В частности, они создают среду с высоким pH фактором, превращая химические вещества в питательной суспензии в немощное основание, аммиак. Эта среда способствует выпадению ионов кальция и ионов карбоната с образованием карбоната кальция, а не CAOXY».

Поскольку бактерии встречаются в натуре и не являются патогенными, они будут экологически безопасным решением проблемы разрушения дорог.


Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *