El profesor Rahbar muestra hormigón curado. Crédito:Instituto Politécnico de Worcester
Investigadores del Instituto Politécnico de Worcester (WPI) están utilizando una enzima que se encuentra en los glóbulos rojos para crear hormigón autocurativo que es cuatro veces más duradero que el hormigón tradicional. extender la vida útil de las estructuras de hormigón y eliminar la necesidad de costosas reparaciones o reemplazos. La obra, publicado en la revista revisada por pares Materiales aplicados hoy , utiliza una enzima que reacciona automáticamente con el dióxido de carbono atmosférico (CO 2 ) para crear cristales de carbonato de calcio, que imitan la estructura del hormigón, fuerza, y otras propiedades, y puede rellenar las grietas antes de que causen problemas estructurales.
"El uso global del hormigón es omnipresente, "dijo Nima Rahbar, profesor asociado de Ingeniería Civil y Ambiental y autor principal del artículo. El hormigón es el material de construcción artificial más utilizado en el mundo:es un componente fundamental en todo, desde puentes hasta edificios de gran altura, hogares familiares, aceras, y cocheras de estacionamiento. Pero el concreto es frágil y propenso a agrietarse por exposición al agua, cambios térmicos, estrés, sal de carretera, fallas en el diseño, y otros factores que pueden conducir a la pérdida de la integridad estructural y la necesidad de costosas reparaciones o reemplazos.
"Si las pequeñas grietas pudieran repararse automáticamente cuando se inician, no se convertirán en problemas mayores que necesiten reparación o reemplazo. Suena ciencia ficción pero es una solución real a un problema importante en la industria de la construcción ".
Inspirado en el proceso de CO 2 transferencia en la naturaleza, La investigación de Rahbar, que anteriormente recibió fondos del Centro de Energía Limpia de Massachusetts (MassCEC), utiliza anhidrasa carbónica (CA), una enzima que se encuentra en los glóbulos rojos que transfiere rápidamente CO 2 de las células al torrente sanguíneo. La enzima CA, que se añade al polvo de hormigón antes de mezclarlo y verterlo, actúa como un catalizador que causa el CO atmosférico 2 para crear cristales de carbonato de calcio, cuya matriz es similar a la del hormigón. Cuando se forma una pequeña grieta en el hormigón enzimático, la enzima dentro del hormigón se conecta con el CO 2 en el aire, desencadenando el crecimiento de una nueva matriz que llena la grieta.
"Miramos a la naturaleza para encontrar qué desencadena el CO más rápido 2 transferir, y esa es la enzima CA, "dijo Rahbar, que ha estado investigando el hormigón autocurativo durante cinco años. "Dado que las enzimas de nuestro cuerpo reaccionan sorprendentemente rápido, se pueden utilizar como un mecanismo eficaz para reparar y fortalecer estructuras de hormigón ".
El proceso, que Rahbar ha patentado, puede curar grietas de escala milimétrica en 24 horas.
El trabajo de investigación, titulado "Un material cementoso enzimático autocurativo, "fue publicado en Materiales aplicados hoy , una revista revisada por pares centrada en aplicaciones de vanguardia de materiales novedosos. Los coautores son Suzanne Scarlata, profesor de Química y Bioquímica; Jessica Rosewitz, ex Ph.D. estudiante y ahora instructor adjunto de Ingeniería; y Ph.D. estudiante Shuai Wang.
El equipo ha desarrollado un enfoque de tres frentes que incluye una mezcla de concreto que, cuando se usa para construir una estructura, reparará de forma autónoma las pequeñas grietas que se formen; una mezcla que puede inducir la autocuración en grietas o agujeros más grandes; y un proceso que se puede aplicar al hormigón tradicional para reparar grietas.
Para reparar una grieta o un agujero más grande, Rahbar dijo calcio y CO 2 se puede aplicar para estimular la curación autónoma. Se puede utilizar la misma mezcla, pero con un proceso de solicitud diferente, para iniciar la curación en hormigón tradicional ya fraguado.
"La curación del hormigón tradicional que ya está en uso es sumamente beneficiosa, también, y ayudará a reducir la necesidad de producir y enviar hormigón adicional, que tiene un gran impacto medioambiental, "dijo Rahbar.
El hormigón es un contribuyente significativo al CO 2 emisiones, gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático. Según un informe de 2018 de Chatham House, un instituto de políticas con sede en Londres, cada año se producen más de 4 mil millones de toneladas de cemento, que representan alrededor del 8 por ciento del CO global 2 emisiones. Prolongar su vida útil podría reducir el CO que daña el medio ambiente. 2 emisiones en todo el mundo.
Los investigadores han buscado durante mucho tiempo desarrollar procesos para estimular el concreto a curarse por sí mismo y evitar que pequeñas grietas crezcan en grietas o agujeros más grandes para ayudar al material a retener su resistencia. estanqueidad al agua, y durabilidad. Rahbar predice que el concreto autorreparable podría extender la vida útil de una estructura de 20 años, por ejemplo, a 80 años.
Otra investigación sobre la creación de hormigón autocurativo se ha centrado en la adición de microbios y Bacillus megaterium, una bacteria formadora de esporas que produce una enzima que se expulsa a la mezcla de hormigón. Rahbar optó por utilizar enzimas directamente en lugar de bacterias, observando que las bacterias son más caras y actúan más lentamente (tardando hasta un mes en curar una grieta de 10 micrones que las enzimas pueden curar en 24 horas) y existen preocupaciones sobre posibles problemas de salud a largo plazo relacionados con su uso.
