วัสดุก่อสร้างบ้านยุคใหม่ "คอนกรีตผสมแบคทีเรีย" ซ่อมแซมรอยแตกได้ด้วยตัวเอง

คอนกรีตถือเป็นวัสดุก่อสร้างที่มีความแข็งแรง แต่อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไปก็อาจเกิดรอยร้าวและเสียหายได้ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเดร็กเซล (Drexel University) รัฐเพนซิลเวเนีย สหรัฐอเมริกา ได้พัฒนาคอนกรีตไบโอไฟเบอร์ (BioFiber Concrete) ซึ่งมีความสามารถในการซ่อมแซมตัวเองได้ 

คอนกรีตรูปแบบใหม่นี้มีส่วนผสมของไบโอไฟเบอร์ (BioFiber) ซึ่งเป็นเส้นใยโพลิเมอร์ที่มีประโยชน์มาก นอกจากช่วยให้คอนกรีตมีความแข็งแรงขึ้นแล้ว ยังมีกลไกซ่อมแซมตัวเองด้วย โดยไฟเบอร์นี้ถูกเคลือบด้วยชั้นไฮโดรเจล (Hydrogel สารคล้ายเจลที่ประกอบด้วยน้ำเป็นหลัก มักใช้เพื่อความสามารถในการกักเก็บน้ำและความยืดหยุ่น) ภายในไฮโดรเจลมีส่วนผสมของเอนโดสปอร์ (Endospores) ซึ่งเป็นแบคทีเรียชนิดที่อยู่ในภาวะสงบนิ่ง (Dormant forms) สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีความผันผวนสูงและไม่เอื้อต่อการเติบโตได้ เมื่อสภาพแวดล้อมเริ่มกลับสู่สภาพปกติ มันก็สามารถฟื้นฟูตัวเองขึ้นมาได้ ส่วนผิวนอกสุดของชั้นไฮโดรเจลนี้ก็จะถูกเคลือบด้วยชั้นโพลิเมอร์บาง ๆ อีกชั้น

ในการใช้งานช่วงแรก คอนกรีตไบโอไฟเบอร์นี้จะไม่แตกต่างจากคอนกรีตทั่วไปเท่าไหร่นัก มันสามารถนำมาใช้งานก่อสร้างได้ตามปกติ แต่เมื่อเวลาผ่านไปมันถึงจะแสดงความสามารถของมันออกมา คือ เมื่อเกิดรอยแตกขึ้น น้ำซึมเข้าไปถึงไบโอไฟเบอร์ ไฮโดรเจลก็จะเกิดการขยายตัวจนหลุดออกจากเปลือก ผลักขึ้นมายังพื้นผิว หลังจากนั้นแบคทีเรียก็จะคล้ายกับตื่นขึ้นมา และจะเริ่มกินคาร์บอนและแคลเซียมจากคอนกรีตรอบ ๆ ซึ่งจะทำให้เกิดการผลิตวัสดุเชื่อมประสานที่ชื่อแคลเซียมคาร์บอเนต และอุดรอยแตกนั้น

อามีร์ ฟาร์นัม (Amir Farnam) หัวหน้าทีมวิจัยบอกว่า นวัตกรรมนี้เลียนแบบมาจากผิวหนังของมนุษย์ คือผิวหนังมีโครงสร้างเส้นใยหลายชั้นผสมกับเลือดที่ช่วยฟื้นฟูผิวหนัง เช่นเดียวกับไบโอไฟเบอร์ที่ใช้แบคทีเรียสร้างคอนกรีตมาซ่อมแซมตัวเอง สำหรับเวลาที่ใช้ในการซ่อมแซม ทีมวิจัยชี้ว่าซ่อมแซมตัวเองภายใน 1 - 2 วันเท่านั้น

ทั้งนี้นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่มีการพัฒนาคอนกรีตที่ใช้แบคทีเรียในการซ่อมแซมตัวเอง ในปี 2013 งานวิจัยจากมหาวิทยาลัยบาธ (University of Bath) ประเทศอังกฤษก็พัฒนาคอนกรีตที่ซ่อมแซมตัวเองด้วยแบคทีเรียเช่นกัน แต่มีข้อจำกัดคือไม่สามารถเก็บแบคทีเรียไว้ได้ในระยะเวลานานในช่วงที่ยังไม่เสียหาย ดังนั้นงานวิจัยของมหาวิทยาลัยเดร็กเซลชิ้นนี้ จึงเข้ามาแก้ไขปัญหานี้ด้วยการใช้เอนโดสปอร์ซึ่งห่อหุ้มอยู่ในไฮโดรเจล ใต้เปลือกโพลิเมอร์ป้องกัน

อย่างไรก็ตาม งานวิจัยชิ้นนี้ยังต้องมีการพัฒนาเพิ่มเติมก่อนที่จะนำออกมาใช้งานจริง ซึ่งนักวิจัยเชื่อว่า มันจะสามารถช่วยลดความยุ่งยากในการบำรุงรักษาอาคารได้ และช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากกระบวนการผลิตคอนกรีตได้ด้วย

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสารการก่อสร้างและวัสดุก่อสร้าง (Construction and Building Materials) ฉบับที่ 408 ประจำวันที่ 8 ธันวาคม 2023

ที่มาข้อมูล Newatlas, Sciencedirect

ที่มารูปภาพ Drexel