En förening, kallas CAOXY, som bildas när vägsalt interagerar med betong ligger bakom försämringen av vägytorna och bildandet av gropar. Forskare vid Drexel University försöker hindra CAOXY -bildning med hjälp av en speciell typ av bakterier. Upphovsman:Drexel University
Små bakterier kan snart chippa in för att förhindra att vägarna flisar bort på vintern, enligt forskare från Drexel University som undersöker nya sätt att göra vår infrastruktur mer motståndskraftig.
Kemikalier, som kalciumklorid - vanligen kallade "vägsalter" används för att förhindra isbildning och snöansamling som kan leda till farliga resförhållanden. Men de är också kända synder bakom gropar och försämring av vägytan. Denna nedbrytning orsakas av att kemikalierna reagerar med betongen och vattnet i is och snö för att bilda en expansiv förening som kan bryta ner betong genom att generera inre expansioner och ångest. Den skadliga föreningen, kallad CAOXY - förkortning för kalciumoxiklorid - kan också klyva ut bitar av betong när den infiltrerar vägbanan innan den fryser och tinas.
I sin forskning, nyligen publicerad i tidningen Bygg- och byggmaterial , Yaghoob Farnam, Ph.D., Christopher Sales, Ph.D., och Caroline Schauer, Ph.D., forskare vid Drexels tekniska högskola, visa hur blandning av lite bakterier i betong kan begränsa bildandet av CAOXY.
Paret kom fram till sin teori medan de studerade en bakteriestam som kallades Sporosarcina pasteurii . S. pasteurii är ganska ovanligt eftersom det kan inducera den kemiska reaktionen som skapar kalciumkarbonat, ett ämne som ofta kallas "naturens cement". Endast ett fåtal typer av bakterier klarar av detta trick, kallad mikrobiell inducerad kalciumkarbonatutfällning, eller "biomineralisering, "men du kan se deras arbete i mineralfyndigheterna som bildar kalksten och marmor.
Under det senaste decenniet gillar bakterier S. pasteurii har studerats som ett sätt att reparera sprickor i statyer och betonginfrastruktur, och, på senare tid, som ett miljömässigt hållbart alternativ för att göra tegel. Men Drexel -forskarna insåg att en av bakteriens andra talanger också kan vara ganska användbar för att förhindra att sprickorna bildas i första hand.
En speciell bakterie kallas Sporosarcina pasteurii , kan vara nyckeln till att undvika de destruktiva biverkningarna av att använda vägsalt. Upphovsman:Drexel University
"Vi tittade faktiskt på slutprodukten av en kemisk reaktion som involverade dessa bakterier-kalcit-men vi insåg att hur de producerar det kan vara ganska användbart när det gäller att avleda reaktionen som gör vägsalt till ett vägförstörande förening, "Farnam sa." Vi visste att bakterierna kräver kalciumklorid för att producera kalciten, som är en ofarlig förening. Så om vi kunde hitta ett sätt att få bakterierna när kalciumkloridvägsaltet träffar betongen kan det interagera med bakterierna och begränsa reaktionen som orsakar vägnedbrytning. "
För att testa deras teori, Försäljning och Farnam gjorde en serie betongprover med den typ av cement som vanligtvis används på vägar och tillsatte en blandning av S. pasteurii och de näringsämnen de behöver för att överleva till några av proverna. Efter 28 dagars exponering för en lösning av kalciumklorid - som simulerade en månads vägbehandling på vintern - utförde de en rad tester på proverna för att bestämma deras strukturella integritet och mäta mängden CAOXY som finns.
Ser man på både de akustiska vibrationerna och utvecklingen av mikroporer i murbruksprovet, som är båda sätten att kvantifiera provets styrka, forskarna fann att betongen gjord med bakterieblandningen upplevde nästan ingen försämring efter exponering för kalciumklorid.
Dessutom, nivåerna av CAOXY var mycket lägre i de bakterieladdade proverna, som ett resultat av den mikrobiella inducerade kalciumkarbonatutfällningen. Och närvaron av kalciumkarbonat tyder på att bakteriens interaktion också kan användas för att stärka vägytan, även om denna ansökan skulle kräva mer forskning, enligt laget.
"Bakterierna kan förändra mikromiljön runt dem, "Försäljning sa." Specifikt, de skapar en miljö med högt pH genom att omvandla kemikalierna i näringsuppslamningen till en svag bas, ammoniak. Denna miljö främjar utfällning av kalciumjoner och karbonatjoner till kalciumkarbonat- snarare än bildandet av CAOXY. "
Eftersom bakterierna förekommer i naturen och är icke-patogena, de skulle vara en miljömässigt säker lösning på problemet med försämring av vägarna. Försäljning och Farnam hoppas kunna driva detta arbete till nästa nivå genom att samarbeta med lokala och nationella transportavdelningar för ytterligare testning och utveckling.
