Altyapı, günlük yaşamımızı destekler ve yardımcı olur- araç kullandığımız yolları, köprüleri, insan ve yük transferine yardımcı olan tünelleri, çalıştığımız ofis binalarını ve içtiğimiz suyu temin eden barajları düşünürsek. Fakat Amerikan altyapısının yıprandığı ve ciddi bir iyileştirmeye ihtiyacı olduğu sır değil.
Beton yapılar özellikle çeşitli bozulmalardan zarar görür. Günlük kullanımdan dolayı meydana gelen çeşitli kimyasal ve fiziksel olayların sebep olduğu çatlaklar çok yaygındır. Beton, priz alırken büzülür ki bu çatlaklara sebep olabilir. Bir çalışma altında veya mevsim süreçlerinden dolayı oluşan donma-çözülme döngüsünden dolayı beton çatlayabilir. Sadece, üzerine çok fazla yük koymak çatlaklara sebep olabilir. Daha da kötüsü, destek olarak betonun içine yerleştirilmiş çelik donatılar zamanla korozyona uğrayabilir.
Çok küçük çatlaklar oldukça zararlı olabilir çünkü bu küçük çatlaklar; sıvılar, gazlar ve bunların içerebileceği zararlı maddeler için kolay bir yol sağlayabilir. Örneğin, bu mikro çatlaklar su ve oksijenin içeri sızmasına, çeliğin korozyona uğramasına ve dolayısıyla yapısal bozulmaya yol açabilir. Hatta sadece saç kalınlığında bir yarık, yeterli suyun girişine ve betonun bütünlüğünün zarar görmesine yol açabilir.
Fakat sürekli bakım ve onarım işi zordur çünkü çoğunlukla büyük miktarda emek ve yatırım gerektirir.
Bundan dolayı 2013’den beri, bu zararlı çatlakların insan müdahalesi olmadan kendi kendilerini nasıl düzeltebileceklerini anlamak için uğraşıyorum. Bu fikir aslen, insan vücudunun kendi yara, çürük ve kırılan kemiklerini iyileştirmedeki inanılmaz yeteneğinden esinlenildi. Bir kişi, vücudun zarar gören dokularını iyileştirmek için yeni maddeler üretmesinde kullanacağı besinler alır. Aynı yolla, hasar olduğunda çatlakları doldurması için betona gerekli bileşkeleri sağlayabilir miyiz?
“Trichoderma Reesei” Mantarı
Binghamton Üniversitesi’nden meslektaşlarım Guangwen Zhou ve David Davies, Rutgers Üniversitesi’nden Ning Zhang ve ben betonun kendi kendini tedavi etmesine yardım etmek için sıradışı bir aday bulduk: “Trichoderma Reesei“ olarak adlandırılan bir mantar.
Biz öncelikle, betonun sert koşullarına dayanabilecek mantar türünü bulabilmek için 20 farklı mantar türünü inceledik. New Jersey çorak çamlık alanları ve Kanada’nın Alberta eyaletindeki Rocky Dağları’ından gelenlerini de içeren, düşük besin içeren topraklarda yetişen bazılarını bitki köklerinden izole ettik.
Biz, betondaki kalsiyum hidroksit suda çözünürken bizim mantarsal büyüme ph’ının nötre yakın 6.5 değerinden sonuna kadar çok bazik 13.0 değerine ortalama olarak arttığını keşfettik. Test ettiğimiz bütün mantarlar içerisinde sadece “Trichoderma Reesei“ bu ortamda hayatta kalabildi. Sert ph artışına rağmen onun sporları ipliksi miselyum şeklinde gelişmeye başladı ve aynı derecede beton ile veya betonsuz iyi bir şekilde büyüdü.
Biz, yeni bir beton yapı inşa edilirken ilk karıştırma aşamasında mantar sporlarının besleyici maddelerle birlikte karışıma eklenmesini tasarladık. Kaçınılmaz çatlama meydana geldiğinde ve su yolunu bulduğunda uyku halindeki mantar sporları gelişmeye başlayacak.
Onlar büyürken, kalsiyum karbonat kristallerinin çökelmesini desteklemek için, betonun kalsiyumca zengin koşulları içerisindeki bir katalizör olarak çalışacaklar. Bu mineral çökeltileri çatlakları doldurabilir. Çatlaklar tamamen sızdırmaz hale geldiğinde ve daha fazla su giremediğinde mantar tekrar sporlar haline gelecek. Eğer çatlaklar tekrar oluşursa ve çevresel şartlar uygun olmaya başlarsa sporlar uykudan uyanabilir ve işlemi tekrar edebilir.
“Trichoderma Reesei“ çevre dostu, nonpatojeniktir (hastalık yapmayan) ve insan sağlığı için bilinen bir sorun yaratmıyor. Tropikal topraklardaki yaygın varlığına rağmen suda veya karada yaşayan bitki veya hayvanlar üzerinde rapor edilmiş olumsuz bir etkisi yoktur. Aslında “Trichoderma Reesei“ , şarap yapım sürecindeki fermantasyonda önemli bir rol oynayan selülaz gibi karbohidraz enzimlerin endüstriyel ölçekli üretiminde uzun bir tarihe sahiptir. Tabi ki araştırmacılar bu mantar türünü altyapı betonlarında iyileştirme amacı ile kullanmadan önce çevreye ve insan sağlığına kısa ve uzun vadede olası etkilerini araştırmak için ayrıntılı değerlendirmeler yapmaya ihtiyaç duyacaklar.
Biz bunu çok yeni olduğu için hala tamamen anlamıyoruz fakat ümit verici bir biyolojik onarım tekniği. Beton; çok yüksek ph değerleri, nispeten küçük gözenek boyutları, ciddi nem eksikliği, yazın yüksek sıcaklıklar ve kışın düşük sıcaklıklar, sınırlı besin varlığı ve güneş ışığından gelen ultraviyole ışınlara maruz kalma ihtimali ile mantarlar için çok sert bir ortamdır. Bütün bu faktörler mantarların metabolik faaliyetlerini önemli ölçüde etkiler ve onları ölüme karşı savunmasız yapar.
Bizim araştırmamız hala ilk aşamasında ve pratik, uygun maliyetli ve kendini onarabilen beton yapmak için uzun bir yol var. Fakat Amerikan altyapısının sorunlarının kapsamı, bunun gibi yararlı ve yaratıcı çözümlerin keşfedilmesini sağlıyor.
Kaynaklar:
https://theconversation.com/fungi-can-help-concrete-heal-its-own-cracks-90375
Yazar: Congrui Jin,
Assistant Professor of Mechanical Engineering, Binghamton University, State University of New York
