При изготовлении обычной бетонной смеси ученые использовали водный концентрат, содержащий бактерии Bacillus cohnii, которые выжили в порах затвердевшего цементного камня. Застывший бетон испытали на сжатие прессом, а затем наблюдали, как бактерии устранили появившиеся трещины, восстановив прочность бетона.

О результатах инженеры Политехнического института Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из России, Индии и Саудовской Аравии рассказали в журнале Sustainability. В ходе эксперимента бактерии активировались после того, как бетон треснул под давлением пресса и микроорганизмы внутри получили доступ к кислороду и влаге.

«Разбуженные» бактерии ликвидировали трещины шириной от 0,2 до 0,6 мм в течение 28 дней, выделяя карбонат кальция (CaCO₃), который кристаллизовался под действием воды. К экспериментальным бетонным плитам вернулась первоначальная прочность на сжатие. В обновленном бетоне бактерии вновь «уснули».

«Бетон остается конструкционным материалом номер один в мировом строительстве, поскольку он дешёвый, прочный и универсальный. Однако любой бетон со временем может давать трещины в результате различных внешних факторов, в том числе из-за влаги и многократно повторяющихся циклов замораживания/размораживания, которых на Дальнем Востоке, к примеру, более ста за год. Когда бетон дал трещину – это практически необратимый процесс, который может поставить под угрозу всю конструкцию. — Рассказывает инженер Роман Федюк, профессор ДВФУ. — То, что мы сделали в рамках нашего эксперимента, соответствует международным трендам в строительстве, где существует запрос на подобные «живые» материалы, которые имеют способность к самодиагностике и самовосстановлению. Благодаря им можно избежать или сократить технически сложные и дорогостоящие ремонтные процедуры».

Споры бактерий Bacillus cohnii могут жить в бетоне до двухсот лет и, теоретически, способны продлить срок службы сооружений на этот же срок. Это почти в 4 раза больше, чем 50–70 лет службы обычного бетона.

Самовосстанавливающийся бетон особенно актуален для строительства в сейсмически опасных районах, где в конструкциях появляются мелкие трещины, и на территориях с повышенной влажностью и большим количеством осадков – например на юге Дальнего Востока России, где много косых дождей выпадает на вертикальные поверхности зданий. Бактерии в бетоне заполняют поры цементного камня и в него попадает меньше воды.

Ученые вырастили бактерии Bacillus cohnii в лабораторных условиях, используя простую агаровую подложку и питательную среду, заставив их выживать в условиях пор цементного камня и выделять нужный химический «ремонтный» состав. Восстановление трещин оценивали с помощью микроскопа. Химический состав ремонтного агента, который выделяли бактерии, изучили с помощью электронной микроскопии и рентгеновских снимков.

На следующих этапах ученые планируют разработать армированный бетон, дополнительно усилив его свойства с помощью разных видов бактерий, что позволит ускорить процессы восстановления материала. В ДВФУ создана научная школа геоники (геомиметики), в которой следуют принципу природоподобия разрабатываемых композитов для специальных сооружений и гражданского строительства. Бетон, по задумке разработчиков, должен обладать прочностью и свойствами природного камня. Основы геоники заложены профессором Валерием Лесовиком из БГТУ имени В.Г. Шухова, членом-корреспондентом Российской академии архитектуры и строительных наук.