Бактерий могут привлечь к дорожному строительству

Зимой дороги часто обрабатывают специальными солями, которые препятствуют обледенению. Эта мера помогает повысить безопасность, однако используемые химические вещества негативно влияют на состояние дорожного покрытия.

Дело в том, что в качестве антиобледенителя, как правило, выступает хлорид кальция. Попадая на дороги и тротуары, он вступает в реакцию с водой и химическими соединениями в составе бетона. В результате реакции с гидроксидом кальция образуется оксихлорид кальция – соединение, также известное как CAOXY. Оно вызывает внутренние расширения и деградацию материала, способствует образованию на дорогах выбоин и трещин.

Однако учёные из Дрексельского университета в США придумали, как защитить дороги от ежегодной деградации. Способ довольно оригинальный: за помощью исследователи предлагают обратиться к бактериям.

План по спасению дорог от трещин сформировался у команды в ходе изучения штамма бактерий под названием Sporosarcina pasteurii. Эти микроорганизмы запускают химическую реакцию, в результате которой образуется карбонат кальция – неорганическое соединение, которое часто называют природным цементом.

Существует не так много бактерий, которые могут провернуть такой трюк, известный как микробно-индуцированное осаждение карбоната кальция (также процесс известен как биоминерализация). Результатом жизнедеятельности таких микробов становятся породы вроде известняка или мрамора, приводят пример специалисты.

В последние годы многие химики и биологи внимательно изучают потенциал подобных микроорганизмов: считается, что они могут быть полезны для устранения трещин в бетонных строениях. (К слову, бактерии S. pasteurii даже хотят использовать для создания стройматериалов на Марсе).

Но авторы новой работы решили использовать талант микробов для предотвращения образования трещин на дорогах.

"[Изначально] мы рассматривали конечный продукт химической реакции с участием этих бактерий – кальцит. Но мы поняли, что сам способ его производства может быть весьма полезным, когда нужно "подавить" реакцию, превращающую дорожную соль в соединение, разрушающее дорогу", – рассказывает ведущий автор работы Ягхоб Фарнам (Yaghoob Farnam).

Учёные знали, что бактерии нуждаются в хлориде кальция для производства кальцита. Поэтому они предположили, что если обеспечить присутствие бактерий в том месте, где дорожная соль попадает в бетон, то бактерии используют хлорид кальция для своих целей и не дадут ему вступить в реакцию, которая пагубно отразится на покрытии дорог.

Чтобы проверить свою теорию, команда изготовила серию экспериментальных бетонных образцов. Исследователи добавили в цемент, который обычно применяется для производства дорожного покрытия, смесь S. pasteurii и питательных веществ, необходимых для выживания микроорганизмов.

В течение 28 дней образцы покрывали раствором хлорида кальция (таким образом имитируя зимний месяц, когда дороги обрабатываются антиобледенителем). Затем специалисты провели серию тестов.

Они проанализировали структурную целостность образцов и измерили количество CAOXY. Также учёные проверили, как бетон реагировал на акустические вибрации (имитация проезжающих машин) и какое количество микропор в нём содержалось. Эти тесты позволяют количественно оценить прочность материала, поясняют эксперты.

В результате они заключили, что бетон с примесью бактерий не показал практически никаких признаков деградации. Уровни CAOXY в нём были намного ниже по сравнению с контрольными образцами, поскольку микробы запустили образование карбоната кальция.

Последний является "природным цементом", а значит, не исключено, что его присутствие может ещё и повысить прочность дорог в долгосрочной перспективе. Это предположение учёные хотят проверить в последующих испытаниях.

Также стоит отметить, что вид S. pasteurii распространён в природе и не является патогенным, поэтому метод "бактериального укрепления" дорог будет простым, безопасным и, вероятно, недорогим.

Сейчас команда планирует провести дополнительное тестирование своей методики в сотрудничестве с местными и национальными транспортными службами.

Научная статья по итогам этой работы вышла в журнале Construction and Building Materials.

Напомним, что авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о гибком бетоне, который не может треснуть или надломиться, а также о новой графеновой добавке, которая вдвое увеличит срок службы асфальта. Секрет создания высокопрочного цемента учёным ранее также подсказывали морские ежи.