Kendi Kendini İyileştiren Beton ve Biyo-Çimento İle Geleceği İnşa Etmek

Beton, sudan sonra Dünya üzerinde en çok kullanılan maddedir. Konuttan sanayiye, kıyı yapılarından altyapıya kadar birçok uygulamada beton ve çimento kelimenin tam anlamıyla hayatın temel taşlarını oluşturuyor.

Ne yazık ki, inşaat sektörünün de büyük bir çevresel etkisi var. Bir rapora göre çimento üretimi, havacılık sektöründen (%2,5) daha fazla, ancak tarım sektöründen (%12) daha az olmak üzere, küresel karbon emisyonlarının %8’ini oluşturuyor.

İnşaat malzemelerini daha sürdürülebilir hâle getirirken aynı zamanda uygun fiyatlı ve çok yönlü tutmak için yenilikçi düşünceye ihtiyaç vardır. Sektörde ultra yüksek performanslı beton üretmek için yeni teknolojiler kullanılırken, sürdürülebilir betonda kullanılmak üzere biyoçimento üretmek için biyolojiye yöneliniyor.

İtalya’daki Milano Politeknik Üniversitesinde yapısal analiz ve tasarım profesörü olan Profesör Liberato Ferrara, yeni sürdürülebilir beton türlerinin rüzgâr türbini çiftlikleri gibi diğer sürdürülebilir altyapıların temellerini sağlamanın anahtarı olduğunu söyledi.

Profesör Liberato Ferrara, “Enerji kaynaklarında farklı alanlara geçiş için şu anda sahip olduğumuz tüm ihtiyaçları düşünürsek, bunu beton olmadan yapamayız.” dedi.

Profesör Ferrara, ultra yüksek performanslı beton (UHDC) geliştirmek için yola çıkan ReSHEALience adlı bir projeye liderlik etti. UHDC, deniz ortamları ve jeotermal enerji santralleri gibi zorlayıcı koşullara dayanabilir ve kendi kendini onarabilir.

Prof. Ferrara, “Bu ortamlar, beton yapılar için sahip olabileceğiniz en agresif durumlar arasında yer alıyor.” dedi.

Özel karışımlar, kristalize katkı maddeleri, alümina nanolifler ve selüloz nanokristaller gibi bileşenler bu beton karışımlarının dayanım ve dayanıklılıklarını artırmaktadır.

Beton, hizmet ömrü boyunca kaçınılmaz olarak çatlar, ancak kristal karışımların özelliklerinden biri de kendi kendini iyileştirmeyi sağlamalarıdır. Bu katkılar, su ve betondaki bileşenlerle reaksiyona girerek, çatlakları doldurmak için büyüyen iğne şeklinde kristaller oluşturur. İçerisine karıştırılan nanolifler, malzemeye mekanik dayanım katar ve sertliğini artırmaya yardımcı olarak, betonun zorlu koşullara dayanmasını sağlar.

UHDC, midye yetiştiriciliğinde geleneksel ahşap salların dayanıklı bir ikamesi olarak ve kıyı bölgelerinde yüzer rüzgâr türbini platformlarının parçalarını yapmak için test edilmiştir. Ayrıca, geleneksel inşaat yöntemlerine göre daha fazla performans beklenen bir jeotermal enerji santralinin zorlu koşullarında da denenmiştir.

UHDC’nin Malta’daki eski bir su kulesinin restorasyonunda kullanılması, modern mimarlık mirasındaki sürdürülebilirlik potansiyelini göstermektedir.

Sürdürülebilir bir malzeme

Prof. Ferrara, “UHDC’nin doğası gereği sürdürülebilir bir malzeme olduğunu göstermeyi başardık. Aynı yapıyı inşa etmek için daha az malzeme kullanılmasını sağlar, böylelikle çevresel ayak izi ve ekonomik denge daha iyi hâl alır.” diye konuştu.

Malzeme, hem ilk etapta ihtiyaç duyulan malzeme miktarını azaltarak hem de çok daha uzun süre dayanarak kaynak kullanımını azaltıyor; Profesör Ferrara, malzemenin önemli bakım gerektirmeden 50 yıla kadar dayanma potansiyeline sahip olabileceğini tahmin ediyor.

Yerel malzemeler kullanılarak birçok farklı uygulama için çok çeşitli yerlerde kullanılabilir. Ayrıca kırılmış UHDC, ana betonla aynı mekanik performansa ve dayanıklılığa sahip yeni beton üretmek için geri dönüştürülmüş bir bileşen olarak da kullanılabilir.

Prof. Ferrara, “Sürdürülebilirlik hedeflerine acil olarak ulaşabilmek için, inşaata ‘bütüncül’ olarak bakmanın yeni yolları gerekiyor.” diye sözlerine ekledi. Prof. Ferrara, “Planlanan yapıların tüm değer zincirini ve hizmet ömrünü dikkate alan beton yapılar için yeni bir düşünce biçimini yaymakla ilgili olarak yapısal tasarımı, malzemelerin tedarikini, malzemelerin dayanıklılığını ve yaşam döngüsünü düşünmelisiniz. Eğer böyle düşünmezseniz, her zaman kısmi bilgiye sahip olursunuz ve yenilik ortaya çıkmaz.” dedi.

Biyoçimento

Öte yandan araştırmacılar, canlı organizmaların doğal süreçlerinden yararlanarak inşaat sektöründe yenilik yapmanın oldukça farklı yollarını arıyorlar.

Demir yolu şirketleri için, demir yollarının altındaki zeminde zamanla toprak oturması ciddi sorunlar yaratabilir ve bakım maliyetlerini ve yolcu gecikmelerini artırabilir.

Çözüm olarak genellikle zemin malzemelerini sertleştirmek için mekanik yöntemler veya kimyasal bazlı stabilizatörler kullanılır, ancak bunlar yıkıcı ve maliyetli olabilir, çevresel yan etkileri olabilir ve karbon emisyonları üretebilir.

Bu nedenle NOBILIS projesi, zemini buldozerlerle taşınacak sıradan bir kütle yerine canlı bir organizma olarak gören bakterilerin işi yapmasını sağlıyor.

Bakteri yapımı

Biyo-çimento üretimi sürecinde, bakterilerin büyümesi ve metabolik aktivitesi, onlara besinler ve çimento yan ürünleri sağlanarak uyarılır. Bakteriler tarafından üretilen ortaya çıkan enzimler, sonuçta toprak parçacıklarını birbirine bağlayan kalsiyum karbonat gibi maddeleri oluşturan reaksiyonları katalize eder.

Tekniğin, kıyı erozyonuna karşı koruma sağlamak için sahil kayalarının oluşturulması ve inşaat veya çevre mühendisliğindeki diğer uygulamalar dâhil olmak üzere, kumlu topraklar gibi daha büyük parçacıklara sahip toprakların iyileştirmesinde potansiyele sahip olduğu kabul edilmiştir.

Bununla birlikte, bakteri, su ve diğer maddelerin daha sınırlı hareket etmesi nedeniyle kil ve turba gibi daha ince taneli topraklarda daha büyük bir zorluk ortaya çıkar. NOBILIS yılmadan, biyosentasyonu daha geniş bir toprak yelpazesinde kullanmanın yollarını keşfetmeye çalışıyor.

Birleşik Krallık, East Anglia’daki son çalışmalar, turba topraklarının biyolojik olarak çimentolanması olasılığını göstermiştir. Londra South Bank Üniversitesinde (LSBU) bir jeoteknik araştırmacı ve proje lideri olan Profesör Maria Mavrouidou, NOBILIS projesinin bu çalışmayı sahadaki denemelerle büyütmeyi hedefleyeceğini söyledi.

Paradigma değişimi

Prof. Mavroulidou, biyolojiden ilham alan bu tür yaklaşımın yeni düşünme biçimleri gerektirdiğini söyledi.

Prof. Mavroulidou, “Pratik bir inşaat mühendisine zemini çimentolamak için bakteri kullanacağınızı söylemek şaşkınlık yaratıyor, çünkü bu, endüstri için bir paradigma değişikliği anlamına geliyor.” dedi.

Yine LSBU’da bir çevre mühendisliği araştırmacısı olan Wilson Mwandira, NOBILIS’in biyo-çimento üretildikçe topraktaki karbondioksiti hapsetme tekniklerini araştırdığını ve süreçte daha fazla yerel bakteri kullanma potansiyelini araştırdığını söyledi.

Mwandira, toprakta hâlihazırda bulunan bakterilerin kullanılmasının, çevrede mevcut bulunan organizmalar üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olmasını önleyeceğini açıkladı. “Bir topluluğa yeni bakteri getirirseniz, sistemde bir aksama yaşarsınız.” dedi.

Akademik dünyada bu tür biyo-çimento tekniklerinin genel olarak inşaat işlerinde daha yaygın olarak uygulanabilir hâle gelmesi umulmaktadır. Yine LSBU’da bir geoteknik mühendisi olan Profesör Michael Gunn, “Tekniği daha genel olarak binaların altındaki temellerde ve diğer geoteknik malzemeler alanlarında da genişletmeye çalışıyoruz.” dedi. 

Profesör Michael Gunn, tekniklerin daha rutin bir şekilde kullanılmasının birkaç yıl alabileceğini, ancak inşaattaki uzun vadeli zorlukları ele almak için bu tür yenilikçi yöntemlerin keşfedilmesinin gerekli olduğunu düşünüyor.

Kaynak: https://horizon.scienceblog.com/2102/building-the-future-with-self-healing-concrete-and-biocement/