يتم استخدام الخرسانة ذاتية الشفاء أو المعالجة لسد الشروخ التي تظهر في الهياكل الخرسانية بعد التصلب بمساعدة التفاعل البكتيري في الخرسانة.
أو بمعنى آخر؛
الخرسانة ذاتية المعالجة هي عملية المعالجة أو الإصلاح الذاتي للشقوق أو الملء الذاتي للشقوق بمساعدة التفاعل البكتيري في الخرسانة بعد التصلب.
Bacterial Concrete or Self Healing Concrete For Repair of Cracks
لقد أدى استخدام التكنولوجيا إلى رفع معايير جودة البناء إلى مستوى عالٍ جديد في العصر الحديث وللحصول على بناء خرساني جيد جدًا ومستدام واقتصادي، يتم استخدام أنواع مختلفة من التقنيات والأساليب والمواد.
ظهور الشروخ والتشققات في المباني يعتبر من المشاكل الشائعة ولها العديد من العلاجات قبل وبعد ظهور الشرخ. واحدة من العمليات العلاجية هي الخرسانة البكتيرية أو الخرسانة ذاتية المعالجة.
في الدورات الجافة والرطبة المتكررة، يمكن ملاحظة أن الشقوق الصغيرة التي تحدث في الهيكل عرضها في نطاق ٠.٠٥ ملم إلى ٠.١ ملم يتم سدها تمامًا ولكن تكون الحاجة إلى أعمال علاجية أخرى مطلوبة عندما تكون الشقوق أكبر عرضًا من ذلك.
في خرسانة المعالجة الذاتية للشروخ، البكتيريا المستخدمة هي بكتيريا منتجة للأحماض وهذه الأنواع من البكتيريا يمكن أن تكون قابلة للحياة لأكثر من ٢٠٠ عام في الظروف الجافة ويمكن أن تكون في الخلايا الخاملة. في عملية معالجة الشروخ، تعمل هذه البكتيريا كمحفز.
أنواع البكتيريا المستخدمة في الخرسانة
في الخرسانة ذاتية الشفاء ، هناك أنواع مختلفة من البكتيريا المستخدمة مثل:
- Bacillus pasteurizing
- Bacillus sphaericus
- Escherichia coli
- Bacillus subtilis
- Bacillus cohnii
- Bacillus balodurans
- Bacillus pseudofirmus
آلية خرسانة الإصلاح الذاتي
الخرسانة ذاتية الإصلاح هي نتيجة عن التفاعل البيولوجي للحجر الجيري غير المتفاعل ومغذيات تعتمد على الكالسيوم بمساعدة البكتيريا لسد الشقوق التي ظهرت في المبنى.
يتم استخدام نوع خاص من البكتيريا المعروفة باسم العصوية مع مغذيات الكالسيوم المعروفة باسم لاكتات الكالسيوم. أثناء تحضير الخرسانة، يتم إضافة هذه المنتجات في الخرسانة الرطبة عند الانتهاء من الخلط. يمكن أن تكون هذه البكتيريا في حالة خاملة لمدة ٢٠٠ عام تقريبًا.
عندما تظهر الشقوق في الخرسانة، يتسرب الماء في هذه الشقوق. تنبت جراثيم البكتيريا وتبدأ بالتغذية على لاكتات الكالسيوم التي تستهلك الأكسجين. يتم تحويل لاكتات الكالسيوم القابلة للذوبان إلى الحجر الجيري غير القابل للذوبان. يبدأ الحجر الجيري غير القابل للذوبان في التصلب. وبالتالي ملء الشرخ تلقائيا دون أي مساعد خارجي.
الميزة الأخرى لهذه العملية، حيث أن البكتيريا تستهلك الأكسجين لتحويل الكالسيوم إلى حجر جيري، فهي تساعد في منع تآكل التسليح بسبب الشروخ. هذا يحسن من متانة البناء الخرساني المسلح بالحديد.
تحضير خرسانة الإصلاح الذاتي (البكتيرية)
هناك طريقتان لإعداد الخرسانة ذاتية الشفاء كما هو موضح أدناه ؛
- طريقة التطبيق المباشر
- طريقة التغليف
طريقة التطبيق المباشر:
في هذه الطريقة عندما يتم خلط الخرسانة، تضاف جراثيم بكتيرية ولاكتات الكالسيوم إلى الخرسانة مباشرة ولا تتغير الخصائص الطبيعية للخرسانة باستخدام هذه البكتيريا ولاكتات الكالسيوم.
تتعرض البكتيريا للتغيرات المناخية وعندما يلامس الماء هذه البكتيريا، تنبت وتتغذى على لاكتات الكالسيوم وتنتج الحجر الجيري، وبالتالي يتم سد الشقوق.
طريقة التغليف:
في هذه الطريقة، يتم تحضير الخرسانة بواسطة وضع البكتيريا ولاكتات الكالسيوم داخل حبيبات الطين المعالجة، ولصنع الخرسانة البكتيرية يتم إضافة حوالي ٦ ٪ من حبيبات الطين.
بعد صب الهياكل الخرسانية بالخرسانة البكتيرية وعندما يحدث التصدع في الهيكل وتتكسر حبيبات الطين، تنبت البكتيريا وتتغذى على لاكتات الكالسيوم وتنتج الحجر الجيري الذي يتصلب ويسد الشقوق التي يصل عرضها إلى ٠.٥ ملم.
هذه الطريقة أكثر تكلفة من التطبيق المباشر ولكن الأكثر استخدامًا.
التفاعلات الكيميائية في الخرسانة البكتيرية الحيوية
يتم إنتاج هيدروكسيد الكالسيوم بمساعدة البكتيريا التي تعمل كمحفز عندما يلامس الماء الكالسيوم غير المائي في الخرسانة. مع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، يتفاعل هيدروكسيد الكالسيوم ويشكل الماء والحجر الجيري.
ثم في الخرسانة، يقوم الحجر الجيري بالتصلب ويغلق الشقوق.
اختبار ونتائج خرسانة الإصلاح الذاتي البكتيرية:
على الخرسانة العادية وخرسانة الشفاء الذاتي، تم إجراء اختبارات قياسية في عمر ٧ و ٢٨ يومًا حيث تم إجراء اختبارات الضغط والانحناء على مكعبات خرسانية.
نتائج اختبار الضغط
| عينة | عمر الخرسانة | مقاومة الضغط للخرسانة التقليدية | مقاومة الضغط للخرسانة البكتيرية |
| ١ | ٧ | ٢٠.٥٨ ميجا باسكال | ٢٧.١٠ ميجا باسكال |
| ٢ | ٢٨ | ٣٠.٠٠ ميجا باسكال | ٣٨.٩٥ ميجا باسكال |
نتائج اختبار الانحناء
| عينة | عمر الخرسانة | مقاومة الانحناء للخرسانة التقليدية | مقاومة الانحناء للخرسانة البكتيرية |
| ١ | ٧ | ٣.٩٠ ميجا باسكال | ٤.٦٠ ميجا باسكال |
| ٢ | ٢٨ | ٧.٠٥ ميجا باسكال | ٧.٨٠ ميجا باسكال |
من النتائج يتبين أن مقاومة الضغط والانحناء في الخرسانة البكتيرية أعلى من الخرسانة التقليدية.
مزايا خرسانة الإصلاح الذاتي البكتيرية
هناك مجموعة من المزايا مثل:
- بدون أي مساعد خارجي، يتم الإصلاح الذاتي للشقوق.
- بالمقارنة مع الخرسانة العادية، تبين زيادة كبيرة في مقاومة الضغط ومقاومة الانحناء.
- تساعد في الحد من نفاذية الخرسانة ومقاومة هجمات الذوبان.
- تعمل على تحسين متانة الخرسانة المسلحة بالحديد وتقلل من تآكل الحديد من خلال الشروخ.
- لحياة الإنسان، البكتيريا العصوية غير مضرة.
مساوئ الخرسانة البكتيرية
- تكلفة الخرسانة البكتيرية هي ضعف تكلفة الخرسانة التقليدية.
- نمو البكتيريا ليس جيدًا في أي جو أو وسط.
- استخدام حبيبات الطين التي تحمل بكتيريا الإصلاح الذاتي في طريقة التغليف تشغل ٢٠% من حجم الخرسانة. قد تصبح هذه منطقة قص أو منطقة فشل في الخرسانة.
- لا يتوفر تصميم الخرسانة الممزوجة بالبكتيريا في أي كود بناء.