La humedad puede destruir el mortero con el tiempo, por ejemplo, cuando se forman grietas como resultado de las heladas. Un equipo de científicos de la Universidad Técnica de Munich TUM ha encontrado una forma inusual de proteger el mortero de la humedad: cuando el material está siendomezclados, agregan una biopelícula, una sustancia suave y húmeda producida por bacterias.
Oliver Lieleg generalmente tiene poco que ver con ladrillos, mortero y concreto. Como profesor de biomecánica en el Instituto de Ingeniería Médica IMETUM y el Departamento de Ingeniería Mecánica, se ocupa principalmente de hidrogeles a base de biopolímeros o, por decirlo asísin rodeos, limo formado por organismos vivos.
Estas incluyen biopelículas bacterianas, como la placa dental y el revestimiento negro viscoso que se forma en las tuberías de aguas residuales. "Las biopelículas generalmente se consideran indeseables y dañinas. Son algo de lo que se quiere deshacerse", dice Oliver Lieleg. "entusiasmado por encontrar un uso beneficioso para ellos "
Inspiración de una conversación
Durante una conversación con un colega de TUM, a Lieleg se le ocurrió la idea de utilizar biopelículas para alterar las propiedades de los materiales de construcción. El profesor Christian Grosse ocupa la cátedra de Pruebas no destructivas. Entre otras cosas, investiga el hormigón autocurativocuyas grietas se cierran de manera autónoma. Una variante de este concreto contiene bacterias agregadas. Activada por el ingreso de humedad, las bacterias cierran las grietas con productos metabólicos que contienen calcio.
Para su propio proyecto, Lieleg usó mortero en lugar de concreto. En lugar de reparar las grietas después de que se haya producido el daño, quiere evitar que la humedad penetre en el mortero en primer lugar. Dicha agua invasora puede causar serios problemas, por ejemplo al inducircrecimiento de moho o ampliación de microgrietas existentes a través de ciclos de congelación-descongelación. Para evitar la entrada de agua, aprovecha el hecho de que algunas películas bacterianas son altamente repelentes al agua. Materiales avanzados , Lieleg y sus colegas describen cómo hacer un mortero híbrido resistente a la humedad.
Una bacteria del suelo produce el bio-suplemento
El ingrediente clave en el nuevo material es la biopelícula producida por la bacteria Bacillus subtilis . " Bacillus subtilis normalmente vive en el suelo y es un microorganismo muy común ", explica Oliver Lieleg." Para nuestros experimentos, utilizamos una cepa de laboratorio simple que crece rápidamente, forma abundante biomasa y es completamente inofensiva ". El equipo de Lieleg creó la película bacteriana de manera estándarmedios de cultivo en el laboratorio. Luego agregaron la biopelícula húmeda al polvo de mortero.
En el mortero híbrido generado, el agua era significativamente menos capaz de humedecer la superficie en comparación con el mortero no tratado. Para evaluar esta propiedad de la superficie, los científicos midieron el ángulo de contacto entre las gotas de agua y la superficie. Cuanto más inclinado es este ángulo, más esférico es ellas gotas son, y es menos probable que el líquido penetre en el material. Mientras que este ángulo es de solo 30 grados o menos en el mortero no tratado, es tres veces mayor que las gotas en el mortero híbrido. Gotas de agua en politetrafluoroetileno, mejor conocido por elEl nombre comercial "Teflon" tiene un ángulo de contacto similarmente alto.
Nanoestructuras en el mortero
Se puede encontrar una explicación de las propiedades repelentes al agua del mortero híbrido en las imágenes de microscopio electrónico: la superficie está cubierta con pequeñas puntas cristalinas. Esto da como resultado lo que se conoce como el efecto de loto, que también ocurre en las hojas delplanta de loto. Las pequeñas estructuras uniformes en la superficie aseguran que solo una pequeña parte de una gota de agua esté realmente en contacto con la superficie de la hoja. La tensión superficial de la gota es más fuerte que las fuerzas que hacen que se adhiera a la hoja., la gota se desliza fácilmente de la hoja cuando la hoja está inclinada. Una sección transversal del mortero híbrido muestra que los picos cristalinos no solo se distribuyen uniformemente en la superficie del mortero, sino que también se pueden encontrar en todo el volumen del mortero.fuerzas capilares que normalmente son responsables de la salida de agua en el mortero cuando el material se sumerge en líquido.
Aunque también se producen picos similares en el mortero no tratado, son demasiado largos, raros y dispersos para que se produzca el efecto de loto. Los investigadores suponen que la biopelícula añadida estimula el crecimiento uniforme de cristales en todo el volumen del material híbrido.
Para saber si el mortero híbrido es lo suficientemente resistente como para usarse realmente en aplicaciones de construcción, actualmente se está sometiendo a pruebas mecánicas en el departamento de Christian Grosse. "Si el mortero es realmente adecuado, no debería haber ningún problema para que las empresas lo produzcana gran escala ", dice Oliver Lieleg. Tanto la cepa bacteriana utilizada como los medios de cultivo son estándar y relativamente económicos". También hemos descubierto en nuestros experimentos que la biopelícula liofilizada se puede usar igualmente bien. Luego, en polvoforma, el material biológico puede almacenarse, transportarse y agregarse mucho más fácilmente ". En el futuro, los científicos quieren examinar si la biopelícula también puede usarse para proteger el concreto contra el agua.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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