Binalar, Tüneller ve Köprüler Kendilerini Onarabilecek
Binaların kendilerini iyileştirmelerine yardımcı olabilecek bakteriler, Galler’deki Tintern Manastırı’ndan alınan taş numuneleri üzerinde test edildi ve taşın rengini veya nefes alabilirliğini etkilemeden taşın mikro yapısını iyileştirdiği gözlemlendi.
Hasar meydana geldiğinde canlı organizmalara benzer şekilde kendilerini iyileştirme yeteneğine sahip taş ve beton yapılar, binaların daha güvenli ve daha uzun ömürlü olmasına katkıda bulunabilir.
Zamanla hava, titreşim, yer hareketleri ve genel aşınma, binalarda kullanılan duvar ve beton üzerinde olumsuz etkiler yaratabiliyor ancak binaları sürekli olarak onarmak pahalı ve meşakkatli bir süreç olabilir. Dahası, duvar yüzeyinin altındaki kılcal çatlakları ve diğer hasarları tespit etmek zor olabilir. Çok sayıda tarihi bina ve eskiyen altyapısıyla Avrupa, yapılarını iyi durumda tutmak için büyük bir savaş veriyor.
AB’nin yalnızca 1,1 milyon köprünün bakımını ve onarımını yapmak için her yıl tahmini 4-6 milyar avroluk bir bütçe ayırması gerekirken, bunların değiştirilmesi 400 milyar avrodan fazlaya mal olabilir. 2015 verilerine göre, AB’deki evlerin yaklaşık beşte biri 69 yaşın üzerinde bu evleri yaşanabilir bir durumda tutmanın inşaat sektörü için giderek artan bir yük olacağı düşünülüyor.
Bu durum, bazı bilim insanlarının binaların kendi kendilerine bakmalarının mümkün olup olmadığını araştırmaya itti.
Newcastle Üniversitesi akademisyeni ve mühendis Dr. Magdalini Theodoridou, yüzyıllardır ayakta kalmış olsalar dahi doğal taş kullanılarak inşa edilen yapıların hava koşulları ve günlük tekrarlı gerilmeler etkisiyle oluşabilecek hasar ve bozulmadan muaf olmadıklarının altını çizerek, “Bu durum, binaların yapısal bütünlüğünü ve güvenliğini tehlikeye atabilir ve estetik çekiciliğini azaltabilir. Hasar kritik hâle gelmeden önce çalışmaya hazır, yerleşik bir bağışıklık sistemine sahip duvar ve taş işçiliği sağlamak, yapıların servis ömrüne önemli ölçüde fayda sağlayacak ve bakım ihtiyaçlarını azaltacaktır.” dedi.
Bakteri
Dr. Theodoridou, binaların kendilerini onarmasını sağlamak için, insan vücudundaki yaralanmaları tespit etmekten ve iyileşmeye yardımcı olmaktan sorumlu bağışıklık hücreleri gibi davranabilen bakterilerden yararlanıyor.
Cardiff Üniversitesinde araştırma görevlisiyken, doğal taş ve duvarlardaki hasarı onarmak için bakteri kullanımının yollarını geliştiren GEOHEAL projesinde yer aldı.
Geçmişte yürütülen çalışmalar sayesinde, betona bakteri sporları ekerek kendi kendini iyileştirmesinin mümkün olduğu biliniyor.
Sporlar, bir besin kaynağı ile birlikte küçük kapsüller içinde bulunur. Beton yapıda bir çatlak meydana geldiğinde, kapsüller yırtılır ve açığa çıkan bakteriler çoğalarak, kireç taşının ana bileşeni olan ve deniz canlılarının kabuklarında bulunan kalsiyum karbonat üretir. Bu, çatlağı bir arada tutan, sabit mineral kalsit hâlinde sertleşir.
Bir yapının karşılaşabileceği çeşitli koşullara karşı etkili olabilen belirli dayanıklı bakteri türleri betona karışım sürecinde eklenebiliyor, fakat bu bakteri türlerini yapının inşasında kullanılmış doğal taşlara eklenmesi oldukça zor.
GEOHEAL ekibi, doğal olarak oluşan toprak bakterilerini içeren bir sıvıyı mevcut taşlara püskürtmelerine veya fırçalamalarına olanak tanıyan bir teknik geliştirdi. Maruz bırakılan sıvı daha sonrasında gözeneklerden kayaya sızarak meydana gelen hasarları iyileştirebiliyor. Tedavi ayrıca kalsiyumun yanı sıra bakterilerin büyümesi ve kalsit üretmesi için ihtiyaç duyduğu besinleri içeriyor
GEOHEAL projesinin koordinatörü ve Cardiff Üniversitesinde jeo-çevre mühendisliği alanında kıdemli öğretim görevlisi olan Dr. Michael Harbottle, kullanılan iki tür toprak bakterisinin (Sporosarcina pasteurii ve Sporosarcina ureae) taşın içinde kolayca yuva kurabileceğini belirterek, “Taş ve jeolojik malzemeler, mineralojik bileşimleri ve gözenekli mikro yapıları sayesinde doğaları gereği biyoalıcıdır. Kullandığımız bakteriler, suya, oksijene ve kalsiyum iyon içeren besinlere erişimleri olduğu sürece, benzeri ortamlarda mutlu bir şekilde yaşayabilir ve yeni mineral oluşumuna yol açabilir.” dedi.
Kendi kendini iyileştirme
Bakteriler; kalker, mermerler ve kum taşları gibi bazı doğal kaya türlerinde hâlihazırda bulunan kalsiyumdan beslenebilirken, mevcut yapıda bulunan doğal taşa zarar verebilir. Bunun yerine araştırmacılar, bakterilerin sertleştirilmiş kalsite dönüşmesi için ek kalsiyum sağlıyor.
Dr. Harbottle, “Kendi kendini iyileştirme sisteminin verimliliğini artırmak ve ayrıca hâlihazırda bulunan malzemelerin doğal dokusunun bozulmasını önlemek adına bakterilere besin olarak kalsiyum iyonları sağlıyoruz.” şeklinde konuştu.
Araştırmacılar ayrıca, harç hamuruna besinler içeren “damar” ağı ile birlikte hareketsiz bakteri ekleyerek, taşları ve tuğlaları bir arada tutmak için kendi kendini iyileştiren bir harç geliştirdiler. Harç hasar gördüğünde açılan damarlar bakterilere besin sağlayarak çoğalmalarını sağlıyor, böylece çatlaklar onarılıyor. Bu süreçte damarlar kendilerini yeniden sarmalar, bakteriler yeniden hareketsizleşiyor ve daha fazla hasar olması durumunda onarım işlemini yeniden başlatmaya hazır hâle gelirtiriyor.
Bakterilerin suya veya oksijene erişebildiği sürece, kendi kendini iyileştirme süreci derinlik fark etmeksizin taşın her noktasında gerçekleşebiliyor. Dr. Theodoridou, restorasyon ve koruma için bu tür çoğu iyileştirme işlemlerinin eski duvarların yüzeylerindeki kaplamalarla sınırlı kalma eğiliminde olduğuna dikkat çekti.
Araştırmacılar 2020’nin başlarında sona eren iki yıllık proje kapsamında, bakteri sistemlerinin Galler, Monmouthshire’daki tarihi Tintern Manastırı’nın korunmasına yardımcı olup olmayacağını görmek için Galler hükûmetiyle iş birliği yaptı. Sahadan alınan taş numuneleri üzerinde yapılan testler, bakterilerin duvarın mikro yapısını iyileştirebileceğini gösterdi.
En önemlisi, taşın görünümünün değişmediğini gözlemlediler.
Dr. Harbottle, insan gözünün algılayabileceği hiçbir renk değişikliğinin gerçekleşmediğini belirtti. Bakteri tedavisi aynı zamanda taşın “nefes alabilirliğini” de olumsuz etkilemedi. Geleneksel taş koruma tedavileri ve dolgu macun kullanımında böyle bir durumla karşılaşmak mümkün. Nefes alabilirlik özelliğinin kaybolması tuz birikimine yol açarak yüzey tabakasının dökülmesine neden olabiliyor, sonrasında da taşın aşınma sürecini hızlandırabiliyor.
Altyapı
Dr. Theodoridou, hasar görmüş eski binaların ömrünü uzatmanın yanı sıra, kendi kendini iyileştiren bakteriyel tedavilerin özellikle kritik altyapılar, köprü ve tüneller gibi erişilmesi zor yapılar için yararlı olabileceğini ekliyor.
Bunun küresel sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşılmasına katkıda bulunabileceğinin altını çiziyor.
İnşaat sektörü, an itibarıyla sera gazı emisyonlarının Avrupa’daki yaklaşık %5 ila 12’sinden, dünya çapında ise %11’inden sorumludur. Kendi kendini onaran malzemeler, binaların daha az onarımla daha uzun süre dayanmasına yardımcı olarak emisyonları azaltabilir.
Kendi kendini iyileştirme özelliği köprü, tünel ve istinat duvarları gibi yapıların güvenliklerini de büyük ölçüde artırabilir. Bu kritik altyapıların düzenli olarak bakımlarının yapılmaması sonucu yapının zarar görmesi durumunda ciddi kazalar meydana gelebilir. 2018’de İtalya’nın Cenova kentindeki Morandi Köprüsü’nün çökmesi 43 kişinin hayatına mal oldu, müfettişler paslanmış çelik halatları ve betondaki hasarı kısmen sorumlu ilan etti.
Bununla birlikte, bu tip yapıların büyük bir bölümünün yeraltında gömülü olması bakım ve denetim süreçlerini daha da zor hâle getirir. GEOBACTICON projesinde çalışan araştırmacıların söylediğine göre, bu tip durumlarda kendi kendini iyileştiren beton, Avrupa tünellerinin ve istinat duvarlarının bakım ve onarım maliyetlerinde her yıl 120 milyon avroya kadar tasarruf edilmesine yardımcı olabilir.
Zemin
Kendi kendini iyileştiren beton üzerine yapılan araştırmaların çoğu, zemine gömülü olanlardan ziyade havaya veya suya maruz kalan yapılara odaklanmıştır. Değişken nem ve asitliğe sahip farklı zemin türleri, betonu birçok farklı şekilde etkileyebilir.
Derby Üniversitesinde görev yapan mühendis ve GEOBACTICON Baş Araştırmacısı Dr. Adam Souid, bu tip karmaşık zemin koşullarına maruz kalan betonlarda kendi kendini iyileştirme sürecinin fizibilitesinin bilinmediğini belirtti. Aralık ayında sona eren proje, yeraltına gömülü betonda bakteri bazlı kendi kendini iyileştirme tedavisinin nasıl sonuç vereceğini araştırıyordu.
Dr. Souid ve meslektaşları, toprak bakterisi Bacillus subtilis ile doldurulmuş kalsiyum açısından zengin jel kapsüllerini betona karıştırdı ve bloklar hâline getirdi. Bunlar daha sonra hasara maruz bırakıldı ve çeşitli doğal oluşumlu toprak zemin türlerine gömüldü. Bazı zeminlerde, diğer toprak bakterilerinin çatlaklara nüfuz edebildiğini ve iyileştirici bakterilerle rekabet edebildiğini gözlemlediler.
Yapıda bulunan çatlaklardan sızması açısından zemin parçacıklarının boyutu ve bileşimi sorun teşkil edebiliyordu. Bunun yanı sıra, zemini doyuran su miktarı da iyileşmeyi etkileyebilecek bir basınç oluşturabileceğinden önemliydi. Araştırmacılar, daha doymuş zeminlerin daha iyi iyileşme eğiliminde olduğunu gözlemledi.
Bulgular, ekibe yer altı yapılarında kendi kendini iyileştirme süreçlerinin nasıl iyileştirilebileceği konusunda oldukça önemli ipuçları sağladı. Eğer başarılı olurlarsa, bu süreç sadece betonun bütünlüğünü değil, büyük betonarme yapıları güçlendirmek amacıyla betonun içine yerleştirilmiş çelik donatıları korumak için de hayati öneme sahip olabilir.
Dr. Souid, çeliğin neme, asidik bileşiklere ve zeminde bulunan diğer kimyasallara maruz kaldığında paslanıp zayıflayabileceğini belirterek, “Bakteriyel kendi kendini onaran beton teknolojisi, insan araştırmaları, kontrolleri veya müdahaleleri olmadan betonarme yapıları ve altyapıları aktif ve dayanıklı bir şekilde koruyabilir.” diye konuştu.
Dr. Theodoridou, kendi kendini iyileştiren taş işçiliği ve betonun gelecekte heyecan verici yeni mimari tasarımlara yol açabileceğine inandığını ifade ederek, “Yeni nesil inşaata, kendi kendini onaran malzemeler ve yapısal elemanların dâhil edilmesi, daha cesur ve daha sürdürülebilir tasarımların önünü açacaktır.” dedi.
