Бактерии, которые выживают в бетоне и могут помочь в его ремонте

Бетон — самый распространённый строительный материал в мире, но он представляет собой крайне негостеприимную среду: высокий pH (~12.5), сухость, засолённость. Несмотря на это, внутри него существуют бактериальные сообщества.

Новое исследование (опубликовано Американским обществом микробиологии) под руководством Джули Марески из Университета Делавэра впервые показало, как сообщества бактерий внутри бетона меняются со временем и под воздействием погоды.

Ключевые выводы исследования:

• Бактерии выживают и меняются. Разнообразие бактерий со временем снижается, но некоторые виды проявляют сезонную активность.
• Раннее предупреждение о повреждениях. Состав бактериального сообщества может служить индикатором начала щелочно-кремнезёмной реакции (ASR), которая разрушает бетон изнутри. Обычно ASR обнаруживают только при появлении трещин.
• Потенциал для «биоремонта». Некоторые бактерии производят карбонат кальция, способный заполнять трещины и поры в бетоне. Однако предыдущие исследования показывают, что многие такие бактерии выживают в бетоне лишь 1–2 месяца.

Контекст и актуальность

• По данным Федерального управления шоссейных дорог (2020), более 45 000 мостов в США находятся в «неудовлетворительном» состоянии.
• Разрушение бетона — серьёзная проблема, как показало обрушение кондоминиума в Майами в 2021 году (98 жертв).
• Цель исследования — научиться использовать бактерии как источник информации о состоянии конструкций и, потенциально, как инструмент для их ремонта.

Как проводилось исследование

1. Было отлито 40 бетонных цилиндров (два типа смесей: стандартная и с добавкой золы-уноса).
2. Образцы разместили на крыше лаборатории на два года, собирая пробы ДНК каждые 6 недель.
3. Секвенирование и анализ ДНК позволили отследить изменения в бактериальных сообществах.

Откуда берутся бактерии в бетоне?

Сырьё для бетона (песок, гравий, вода) не стерильно. Большинство бактерий попадают в смесь с заполнителями и цементным порошком. Чтобы выжить в столь суровой среде, они, вероятно, впадают в спячку или питаются останками других микробов.

Практические перспективы

Идентификация бактерий-индикаторов повреждения бетона может создать систему раннего предупреждения. Это позволит приоритизировать ремонт инфраструктуры и планировать бюджеты.

«Чем раньше вы обнаружите проблему, тем больше у вас времени, чтобы решить её, прежде чем она станет реальной проблемой», — говорит Джули Мареска.

Следующие шаги

Учёные уже сотрудничают с Департаментами транспорта Делавэра (DelDOT) и Нью-Джерси (NJDOT), анализируя ДНК, извлечённую из реальных мостов, дорог и фундаментов. Это позволит проверить лабораторные данные в полевых условиях.

Важный нюанс: Исследователи подчёркивают, что, насколько известно, бактерии не являются причиной разрушения бетона. Их изучают как источник информации и возможный инструмент восстановления.