इन्फ्रास्ट्रक्चर हमारे दैनिक जीवन का समर्थन करता है और सुविधा प्रदान करता है - उन सड़कों के बारे में सोचें जो हम ड्राइव करते हैं, पुल और सुरंगें जो लोगों और माल परिवहन में मदद करती हैं, कार्यालय की इमारतें जहां हम काम करते हैं और वे बांध जो हमें पीने का पानी प्रदान करते हैं। लेकिन यह कोई रहस्य नहीं है कि अमेरिकी बुनियादी ढांचे की उम्र बढ़ने और पुनर्वास की सख्त जरूरत है।
कंक्रीट संरचनाएं, विशेष रूप से, गंभीर गिरावट से ग्रस्त हैं। रोजमर्रा के उपयोग के दौरान होने वाली विभिन्न रासायनिक और भौतिक घटनाओं के कारण दरारें बहुत आम हैं। कंक्रीट सिकुड़ जाता है क्योंकि यह सूख जाता है, जिससे दरारें हो सकती हैं। यह दरार हो सकता है जब सीज़न के दौरान फ्रीज / पिघलना चक्रों के नीचे आंदोलन या धन्यवाद होता है। बस इस पर बहुत अधिक वजन डालने से फ्रैक्चर हो सकता है। इससे भी बदतर, सुदृढीकरण के रूप में कंक्रीट में एम्बेडेड स्टील बार समय के साथ खुरचना कर सकते हैं।
बहुत छोटी दरारें काफी हानिकारक हो सकती हैं क्योंकि वे तरल पदार्थ और गैसों के लिए एक आसान मार्ग प्रदान करती हैं - और हानिकारक पदार्थ जिनमें वे शामिल हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, सूक्ष्म दरारें पानी और ऑक्सीजन को घुसपैठ करने की अनुमति दे सकती हैं और फिर स्टील को खुरचना कर सकती हैं, जिससे संरचनात्मक विफलता हो सकती है। यहां तक कि एक पतले ब्रीच सिर्फ एक बाल की चौड़ाई कंक्रीट की अखंडता को कमजोर करने के लिए पर्याप्त पानी की अनुमति दे सकती है।
लेकिन निरंतर रखरखाव और मरम्मत कार्य मुश्किल है क्योंकि इसमें आमतौर पर भारी मात्रा में श्रम और निवेश की आवश्यकता होती है।
इसलिए 2013 से, मैं यह पता लगाने की कोशिश कर रहा हूं कि ये हानिकारक दरारें मानव हस्तक्षेप के बिना खुद को कैसे ठीक कर सकती हैं। विचार मूल रूप से मानव शरीर की खुद को कटौती, चोट और टूटी हड्डियों को ठीक करने की अद्भुत क्षमता से प्रेरित था। एक व्यक्ति पोषक तत्वों में लेता है जो शरीर क्षतिग्रस्त ऊतकों को चंगा करने के लिए नए विकल्प का उत्पादन करता है। उसी तरह, क्या हम नुकसान होने पर दरारें भरने के लिए कंक्रीट को आवश्यक उत्पाद प्रदान कर सकते हैं?
मेरे बिंगहैटन विश्वविद्यालय के सहयोगियों ग्वांगवेन झोउ और डेविड डेविस, रटगर्स विश्वविद्यालय के निंग झांग और मुझे कंक्रीट हील की मदद करने के लिए एक असामान्य उम्मीदवार मिला है: ट्राइकोडर्मा रीसी नामक एक कवक।
शोधकर्ताओं ने एक उम्मीदवार की तलाश में कई कवक की जांच की जो कंक्रीट दरारें भरने में मदद कर सकता है। (कांग्री जिन, सीसी बाय-एनडी) हमने शुरू में कवक की लगभग 20 अलग-अलग प्रजातियों की जांच की ताकि किसी को कंक्रीट में कठोर परिस्थितियों का सामना करना पड़े। कुछ हम पौधों की जड़ों से अलग हो गए जो पोषक-गरीब मिट्टी में बढ़े, जिनमें न्यू जर्सी पाइन बैरेंस और अल्बर्टा में कनाडाई रॉकी पर्वत शामिल हैं।
हमने पाया कि पानी में घुलने वाले कंक्रीट से कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड के रूप में, हमारे कवक विकास माध्यम का पीएच करीब-करीब न्यूट्रल मूल मान 6.5 से बढ़कर बहुत ही क्षारीय 13.0 तक पहुंच गया। हमारे द्वारा परीक्षण किए गए सभी कवक में से केवल टी। रेसी ही इस पर्यावरण को जीवित कर सके। कठोर पीएच वृद्धि के बावजूद, इसके बीजाणुओं को थाइरोइड हाइपल मायसेलियम में अंकुरित किया गया और कंक्रीट के साथ या बिना समान रूप से अच्छी तरह से विकसित हुआ।
एक बार बीजाणु (बाएं) पानी के जोड़ के साथ अंकुरित हो जाते हैं, वे थ्रेडहाइड हाइपेल मायकेलियम (दाएं) में विकसित होते हैं। (कांग्री जिन, सीसी बाय-एनडी) हम एक नए ठोस संरचना का निर्माण करते समय प्रारंभिक मिश्रण प्रक्रिया के दौरान, पोषक तत्वों के साथ, कवक बीजाणुओं सहित प्रस्ताव करते हैं। जब अपरिहार्य दरार पड़ती है और पानी अपने रास्ते में मिल जाता है, तो सुप्त फफूंद बीजाणु अंकुरित हो जाएंगे।
जैसे-जैसे वे बढ़ते हैं, वे कैल्शियम कार्बोनेट क्रिस्टल की वर्षा को बढ़ावा देने के लिए कंक्रीट की कैल्शियम युक्त परिस्थितियों में उत्प्रेरक के रूप में काम करेंगे। ये खनिज जमाव दरारों में भर सकते हैं। जब दरारें पूरी तरह से फूल जाती हैं और अधिक पानी नहीं घुसता है, तो कवक फिर से बीजाणु का निर्माण करेगा। यदि दरारें फिर से बनती हैं और पर्यावरण की स्थिति अनुकूल हो जाती है, तो बीजाणु जाग सकते हैं और प्रक्रिया को दोहरा सकते हैं।
टी। रेसी ईको-फ्रेंडली और नॉनपैथोजेनिक है, जिससे मानव स्वास्थ्य को कोई खतरा नहीं है। उष्णकटिबंधीय मिट्टी में इसकी व्यापक उपस्थिति के बावजूद, जलीय या स्थलीय पौधों या जानवरों में प्रतिकूल प्रभाव की कोई रिपोर्ट नहीं है। वास्तव में, टी। रेसी का कार्बोहाइड्रेट-एंजाइम के औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन में सुरक्षित उपयोग का एक लंबा इतिहास है, जैसे कि सेल्यूलस, जो वाइनमेकिंग के दौरान किण्वन प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। बेशक, शोधकर्ताओं को ठोस बुनियादी ढांचे में हीलिंग एजेंट के रूप में इसके उपयोग से पहले पर्यावरण और मानव स्वास्थ्य पर किसी भी संभावित तत्काल और दीर्घकालिक प्रभावों की जांच करने के लिए एक गहन मूल्यांकन करने की आवश्यकता होगी।
भविष्य के सीमेंट व्यंजनों में कवक शामिल हो सकते हैं। (टर्नर पार्क, CC BY पर मिडटाउन क्रॉसिंग) हम अभी भी पूरी तरह से इस युवा लेकिन होनहार जैविक मरम्मत तकनीक को नहीं समझते हैं। कवक के लिए कंक्रीट एक कठोर वातावरण है: बहुत उच्च पीएच मान, अपेक्षाकृत छोटे छिद्र आकार, गंभीर नमी की कमी, गर्मियों में उच्च तापमान और सर्दियों में कम तापमान, पोषक तत्वों की सीमित उपलब्धता और सूर्य के प्रकाश से पराबैंगनी किरणों के संभावित संपर्क। ये सभी कारक कवक की चयापचय गतिविधियों को नाटकीय रूप से प्रभावित करते हैं और उन्हें मौत के लिए असुरक्षित बनाते हैं।
हमारा शोध अभी भी प्रारंभिक चरण में है और आत्म-चिकित्सा कंक्रीट को व्यावहारिक और लागत प्रभावी बनाने के लिए एक लंबा रास्ता तय करना है। लेकिन अमेरिकी अवसंरचना की चुनौतियों का दायरा इस तरह के रचनात्मक समाधानों की खोज को सार्थक बनाता है।
यह आलेख मूल रूप से वार्तालाप पर प्रकाशित हुआ था।
कांग्रु जिन, मैकेनिकल इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर, बिंघमटन विश्वविद्यालय, न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय
