title

Phát minh mới: Bê-tông sinh học tự hàn kín ngay khi vết nứt xuất hiện

Nhà vi sinh vật học Tiến sĩ Hendrik Marius Jonkers và sản phẩm bê-tông vi khuẩn (Văn phòng sáng chế Châu Au)

Bê-tông là một trong những vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, nhưng các kết cấu bê-tông sau một thời gian sử dụng thường xuất hiện vết nứt gây nguy hiểm cho sự bền vững của công trình. Việc hàn kín các vết nứt đó là cần thiết nhưng khá phiền phức và tốn kém hàng tỷ USD mỗi năm, tính trên phạm vi toàn thế giới.

Mới đây nhà vi sinh vật học, tiến sĩ Hendrik Jonkers từ trường Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan) đã phát minh ra bê-tông vi khuẩn có thể tự động hàn kín các vết nứt ngay khi xuất hiện.

Ý tưởng phát minh nói trên nảy sinh khi Jonkers nghĩ tới cơ chế khoáng hóa (mineralization) mà động vật sử dụng để tự hàn các chỗ xương bị gãy. Ông tự hỏi phải chăng có thể áp dụng biện pháp này cho việc hàn gắn vết nứt trên khối bê-tông. Bằng cách trộn sữa calcium (calcium lactate) với loại vi khuẩn làm ra đá vôi, Jonkers nhận thấy có thể hàn kín bất kỳ vết nứt nào trên kết cấu bê-tông, dù là tường bê-tông hay mặt đường bê-tông. “Loại bê-tông này hoàn hảo cho các cấu trúc vốn rất khó bảo dưỡng, chẳng hạn như các công trình ngầm dưới lòng đất, đường cao tốc hoặc các dàn khoan dầu,” TS Jonkers nói.

Với phát minh nói trên, TS Jonkers đã được trao Giải thưởng Nhà phát minh châu Âu năm 2015(European Inventor Award 2015).

Loại vi khuẩn làm ra đá vôi được Jonkers lựa chọn tên là Bacillus pseudofirmus hoặc Sporosarcina pasteurii, chúng sống trong các hồ nước có độ kiềm cao ở gần các núi lửa đang hoạt động, như vùng Wadi Natrun ở Ai Cập. Loại vi khuẩn này chịu được nóng và lạnh, và có thể sống tới 200 năm mà không cần ôxi hay thức ăn. Khi gặp nước, chúng sẽ tỉnh dậy và hoạt động, sử dụng sữa calcium làm nguồn thức ăn, và tiết ra chất đá vôi, là chất sẽ tự lấp kín vết nứt.

Sử dụng một loài vi khuẩn thường được tìm thấy gần các núi lửa đang hoạt động, các nhà nghiên cứu trộn chúng với bê tông cùng với sữa calcium. Khi các vết nứt xuất hiện trên bề mặt bê tông, và nước xâm nhập vào bên trong thông qua các vết nứt đó và sẽ ‘đánh thức’ loại vi khuẩn (như minh họa trong hình). Vi khuẩn sẽ ‘ăn’ sữa calcium và tiết ra đá vôi giúp lấp kín vết nứt.

Loại vi khuẩn này (trong hình) có thể chịu được nóng và lạnh, và thường được phát hiện trong đá. TS Hendrik Jonkers nói chúng rất phù hợp với các loại vật liệu bởi vì chúng hình thành các bào tử và có khả năng tồn tại trong một khoảng thời gian dài. (Ảnh: Văn phòng sáng chế Châu Âu/YouTube)

Hendrik Jonkers gọi loại vật liệu hàn vết nứt này là bê-tông vi khuẩn (bioconcrete).

Để giữ cho vi khuẩn này ngủ đông cho tới lúc cần đến chúng, Jonkers trữ vi khuẩn vào trong các bao nang nhỏ, loại có thể phân hủy sinh học, bên trong chứa chất dinh dưỡng cho vi khuẩn. Trộn dung dịch chứa các bao nang đó vào dung dịch xi măng đổ bê-tông, thì khi kết cấu bê-tông xuất hiện vết nứt, nước mưa chảy vào vết nứt làm cho bao nang phân hủy, vi khuẩn gặp nước sẽ tỉnh dậy, bắt đầu sản xuất ra đá vôi và lấp kín vết nứt trong thời gian không quá ba tuần.

Cũng có thể bơm dung dịch chứa loại vi khuẩn này vào vết nứt trên kết cấu bê-tông sẵn có để chúng tự gắn kín vết nứt.

Loại vi khuẩn này có thể hàn kín các vết nứt có độ dài bất kỳ, nhưng chiều rộng của vết nứt không được quá 0,8 mm, nếu quá rộng thì tác dụng hàn gắn sẽ kém.

Jonkers dự định năm nay sẽ đưa ra thị trường phiên bản thử nghiệm của loại dung dịch hàn gắn nói trên và năm 2016 sẽ công bố loại bê-tông tự hàn.

Vi khuẩn này cần đến ba tuần để gắn kín các vết nứt với độ dài bất kỳ. Tuy nhiên, chiều rộng của vết nứt không được quá 0,8 mm, nếu quá rộng thì tác dụng hàn gắn sẽ kém. Một vết nứt được chụp trong hình bên trái. Khu vực vết nứt sau khi đã được hàn gắn được chụp trong hình bên phải.

Phương pháp này cũng có hiệu quả với các tòa nhà và con đường đã được sử dụng nhờ một loại dung dịch đặc biệt chứa một loại vi khuẩn có thể phun lên các vết nứt (trong hình). (Ảnh: Đại học Deift/YouTube)

Tiến sĩ Jonkers dự đính đưa ra thị trường phiên bản thử nghiệm của loại dung dịch nói trên trong năm nay, và sẽ công bố loại bê tông tự hàn vào năm sau (2016). 

Ông nói đây là đây là một giải pháp hoàn hảo cho các cấu trúc vốn rất khó bảo dưỡng, chẳng hạn như các công trình ngầm dưới lòng đất, đường cao tốc hoặc các dàn khoan dầu,. Loại vi khuẩn này đặc biệt thích ứng với các môi trường có tính kiềm cực cao. (Ảnh: L. Clarke/CORBIS)

Vấn đề là bê-tông tự hàn có giá cao gấp đôi bê-tông thường, mà theo TS Jonker, chủ yếu do giá sữa calcium rất cao; nếu có thể làm cho vi khuẩn chịu ăn các dưỡng chất điều chế từ đường thì giá bê-tông sẽ giảm đáng kể.

Ng. H tổng hợp

Quý Khải bổ sung hình ảnh