الرئيسية / الفعاليات العلمية / مقالات / الخرسانة ذاتية الشفاء او المعالجة (الخرسانة البكتيرية او البايولوجية) Self-Healing Concrete (Bacterial /Bio-Concrete)

الخرسانة ذاتية الشفاء او المعالجة (الخرسانة البكتيرية او البايولوجية) Self-Healing Concrete (Bacterial /Bio-Concrete)

  الاستاذ المساعد الدكتور حيدر حسين كمونة       الاستاذ المساعد الدكتور قاسم محمد شاكر
             جامعة الكوفة/ كلية الهندسة/ قسم الهندسة المدنية
E-mail: [email protected]     E-mail: [email protected]
المقدمة
ان حدوث التشققات في الخرسانة ظاهرة شائعة تنجم عن مقاومة الشد المنخفضة نسبيا لها. تتولد اجهادات الشد العالية في الخرسانة بسبب الأحمال الخارجية، هبوط المنشأ بصورة تفاضلية، انكماش اللدن، والتشوهات اللدنة والتأثيرات الحرارية .حيث يجب اجراء معالجة فورية ومناسبة من أجل منع تفاقم التشققات التي قد تكون معالجتها بعد فترة باهظة الكلفة. ولأجل اصلاح التشققات, اقترحت مجموعة متنوعة من أنظمة الإصلاح التقليدية. وهذه الانظمة بغالبيتها تعاني من عدد من المآخذ من ابرزها اختلاف معاملات التمدد الحراري بين مواد الاصلاح والخرسانة المتشققة كما في شكل (1). وانها احيانا قد تكون ذات مضار بيئية وصحية. وقد اعتبرت فكرة الاستفادة من البكتريا التي تعمل على ترسيب كربونات الكالسيوم كبديل لهذه النظم في الاصلاح. اضافة الى ان هذا الاسلوب يمتاز بكونه صديقا للبيئة. لقد وجد أن الترسيب المعدني الميكروبي نتيجة للأنشطة الأيضية للبكتيريا المناسبة لهذا الغرض يحسن السلوك العام للخرسانة. ومن المتوقع أن يؤدي تطوير هذه التقنيات إلى خرسانة أكثر ديمومة واستدامة وانتاج خرسانة خالية من الشقوق يمكن استخدامها على نطاق واسع في المنشآت المشيدة في بيئات رطبة كالمنشآت المائية وتحت الارضية والمنشآت المشيدة في المناطق المطيرة, والتي تعد ظاهرة الصدأ والتأكل من اهم المشاكل والمؤثرة حيث يؤثر على متانة الخرسانة وقابليتها للنفاذية وتحملها.

تعريف
الخرسانة ذاتية الشفاء (شكل 2) هي جيل جديد من الخرسانة الذي يقوم على الانتاج والترسيب الميكروبيولوجي للحجر الجيري (كاربونات الكالسيوم CaCO3) بواسطة نوع خاص من البكتريا عند التعرض للماء والهواء مما يكسب الخرسانة قدرة ذاتية على إصلاح ومعالجة الشقوق الصغيرة دون أي تدخل خارجي (البشري) . ان هذا النوع من الخرسانة لازال في طور التطوير ومازالت البحوث تركز على كيفية تحقيق الشروط المناسبة داخل الخلطة الخرسانية التي تسمح للبكتيريا بإنتاج أكبر كمية ممكنة من الحجر الكلسي، وكذلك مدى تأثير العوامل الأخرى كالكبريتات وتغير درجات الحرارة على فعالية هذه البكتيريا.

تاريخ ظهور الخرسانة ذاتية الشفاء
اذ كان المصريون القدماء أول من استخدم مونة الجير. قبل حوالي 6000 سنة، استخدموا الجير لبناء الأهرام في الجيزة والمنازل والمعابد الدينية. واستخدمت ايضا قبل 4000 سنة في مناطق متفرقة من الهند.
ظهرت الخرسانة ذاتية الشفاء بمفهومها المعروف لأول مرة عام 1990 م, عندما قام مجموعة من الباحثين في جامعة ديلفت التقنية Delft Technical University الهولندية بتطوير نوعاً جديداَ من الخرسانة يدعى Bio-Concrete أو ما يعرف بالخرسانة ذاتية الشفاء Self-healing Concrete التي تستطيع معالجة نفسها من التشققات عن طريق إضافة نوع خاص من البكتيريا إلى الخلطة الخرسانية لتعمل بشكل بيولوجي على إنتاج الحجر الكلسي Limestone ،والذي يعتبر أحد مكونات الاسمنت الرئيسية، وملءِ الشقوق السطحية التي قد تظهر في الخرسانة.
4.كيفية عمل الخرسانة ذاتية الشفاء
إن الوسط القلويّ(الرقم الهيدروجيني عالي) الذي تتمتع بهِ الخلطة الخرسانية يمكِّن نوعاَ خاصاً من البكتيريا من جنس العصيات Bacillus، عند توفير وسط غذائي مناسب لها من لاكتات الكالسيوم، النيتروجين والفوسفور، من البقاء ساكناً (مثبطاً) داخل الخرسانة لمدّة تقارب المئتي عام. عند تضرر الخرسانة يبدأ الماء بالتسلل عبر الشقوق، حينها يتم تفعيل عمل هذه البكتيريا بوجود الماء والمغذيات المناسبة، وتبدأ باستهلاك الأوكسجين ولاكتات الكالسيوم لإنتاج الحجر الكلسي الذي يترسب في الشقوق ويؤدي بالنتيجة إلى إغلاقها. وذلك بأسلوب مشابه لطريقة التئام الكسور العظمية في الجسم البشري, الشكل (3) يمثل اسلوب عمل هذه البكتريا العصوية وكيفية اغلاق التشققات.

ان عمل البكتريا الشفاء الذاتي لترسيب الحجر الجيري تمثله المعادلة التالية :
Ca(C3H5O2)2 + 7O2+ (alkaliphilic Bacillus) → CaCO3 + 5CO2 + 5H2O
(Calcium Lactate)              (Lime)
ولمنع تفعيل عمل البكتيريا خلال عملية خلط الخرسانة، يتم إضافة البكتيريا ولاكتات الكالسيوم عن طريق حافظات خاصة من الطين بعرض 2 الى 4 مم تؤمّن عدم تأثّر البكتيريا بماء الخلطة الخرسانية وتفعيل عملها فقط عند تشققها وتسرب الماء إليها.
5. مميزات الخرسانة ذاتية الشفاء
توفير كبير في مواد البناء، وخصوصاً حديد التسليح، وبالتالي الحصول على منشآت أكثر اقتصادية في التصميم والتنفيذ، ذات استدامة أكبر وأقرب للطبيعة.
أن استهلاك الأوكسجين من قبل البكتيريا أثناء هذه العملية لهُ فائدة تتمثل بمنع تشكل الصدأ على حديد التسليح، مما يزيد من عمر المنشأ الافتراضي.
ولكنه سوف يكون اقل تكلفة منها في الصيانة وبالتالي توفير الوقت والجهد .
مقاومة اعلى لدورات الانجماد والذوبان.
تقليل نفاذية الخرسانة في المنشآت الحافظة للسوائل.
6. سلبيات الخرسانة ذاتية الشفاء
يحتاج كوادر متمرسة ومتخصصة.
ان التكلفة الاولية لهذا النوع من الخرسانة حوالي ضعفي تكلفة الخرسانة التقليدية، وهذا بلا شك سيكون عائق أمام انتشارها في المنشآت التقليدية.
أن الحافظات الطينية تشكل حوالي 20% من حجم الخرسانة وأقل صلابة من الركام المستخدم في الخلطة الخرسانية مما يضعف مقاومة الخرسانة للضغط، وهذا لا يناسب العديد من العناصر الخرسانية .
نمو البكتيريا ليست جيدة في جميع الظروف البيئية والاوساط المادية.
لا يمكن الاخذ بعين الاعتبار هذا النوع من الخرسانة عند التصميم في اغلب المدونات مما لا يمكن من تقليل الكلف والاقتصاد بالمقاطع.
ان عملية التأكد من كميات الجير المترسب في الشقوق مازالت مكلفة.
7.مكونات الخرسانة ذاتية الشفاء
مكونات الخرسانة الاعتيادية وحسب النسب المطلوبة للتصميم (سمن, ركام , ماء)
الابواغ البكتيرية (كرات من الطين لايزيد قطرها على 4 ملم تحتوي بداخلها على البكتريا ذاتية الشفاء) كما موضحة بالشكل (4).
المواد المغذية للبكتريا.

8. بعض تطبيقات الخرسانة ذاتية الشفاء
تشييد منشآت النفايات الخطرة تحت الارض حيث من الصعب الاقتراب منها لاصلاح أي شروخ ممكن ان تحدث.
لمعالجة الشروخ في المنشآت الارضية التي يصعب الوصول اليها حيث تكون كلفة الاصلاح التقليدية عالية.
للتقليل من ظاهرتي التأكل والصدأ في المنشآت الخرسانية المسلحة المعرضة للرطوبة والاحماض الاكالة وفي البيئات البحرية.
عند الرغبة في الحصول على خرسانة ذات نفاذية قليلة.
في المنشآت الخرسانية التي تستلزم نفاذية قليلة كالخزانات والمسابح والاحواض.
في منشآت الجسور والطرق حيث ان حدوث التشققات الشعرية عامل مهم في دوام المنشأ.
9. المصادر
Sangadji, S., (2017), “Can Self-Healing Mechanism Helps Concrete Structures Sustainable? “, Sustainable of Civil Engineering Structures and Construction Material, Procidia Engineering, 171, pp. 238-249.
Dinesh, S., Shanmugapriyan, R. and & Sheen, S. T.N., (2017), ” A Review on Bacteria – Based Self-Healing Concrete”, Imperial Journal of Interdisciplinary Research
Vol-3, Issue-1, pp. 1023-1026.
Jonkers , H. M., (2011), “Bacteria-Based Self-Healing Concrete”, HERON Vol. 56 No. 1/2.
Bashir, J., Kathwari, I., Tiwary, A., and Singh, K., (2016), ” Bio Concrete- The Self-Healing Concrete”, Indian Journal of Science and Technology, Vol. 9, No.47, pp.
Jonkers , H. M. and Schlangen E., (2007), “Crack Repair by Concrete-Immobilized Bacteria”, Proceedings of the First International Conference on Self-Healing Materials, Noordwijk aan Zee, The Netherlands.
Jonkers , H. M. and Schlangen E., (2008), “Development of a Bacteria-Based Self Healing Concrete”, Tailor Made Concrete Structures – Walraven & Stoelhorst (eds) Taylor & Francis Group, London, pp. 425-430.
Bilal, M. , “Self-Healing Concrete”, CED,UET Peshawar, ppt presentation.
Sonjoy Deb, S. ,(2012), ” Self-Healing Concrete”, The Masterbuilder, www.masterbuilder.co.in.
Soundharya, S. and Nirmalkumar, K., (2014), “Study on the Effect of Calcite-Precipitating Bacteria on Self-Healing Mechanism of Concrete (Review Paper)”, International Journal Of Engineering Research & Management Technology, Volume 1, Issue-4, pp. 202, 208.
الباحثون السوریون, (2016)” العمارة والتشييد- الخرسانة الحیَّة”https://www.syr- res.com/article/6451.html

شاهد أيضاً

الارضيات المرتفعةRaised(Access) Floors الاستاذ المساعد الدكتور قاسم محمد شاكر جامعة الكوفة –كلية الهندسة –القسم المدني [email protected]

ھي اسلوب معماري یوفر أرضیة ھیكلیة مرتفعة عن الارضية الاصلية للمنشأ فوق ركائز صلبة أو …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *