ด้วยความสามารถในการอุดรอยร้าวได้ด้วยตนเองผ่านปฏิกิริยาเคมีหรือจุลชีพที่ผสานอยู่ คอนกรีตซ่อมตัวเองกำลังกลายเป็นหนึ่งในวัสดุล้ำสมัยที่มีการวิจัยและประยุกต์ใช้ในหลายประเทศ เปิดโอกาสในการเปลี่ยนแปลงวิธีการก่อสร้างและบำรุงรักษาโครงสร้างในอนาคต.
คอนกรีตซ่อมตัวเองคืออะไร?
คอนกรีตซ่อมตัวเอง (self-healing concrete) คือคอนกรีตที่ถูกออกแบบให้สามารถอุดรอยร้าวขนาดเล็กที่เกิดขึ้นระหว่างการใช้งานได้โดยอัตโนมัติ โดยไม่ต้องอาศัยการซ่อมแซมด้วยมือ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้ กระบวนการซ่อมอาจเกิดขึ้นได้ด้วย:
ประเภทของคอนกรีตซ่อมตัวเอง
ขึ้นอยู่กับกลไกการทำงาน คอนกรีตซ่อมตัวเองสามารถแบ่งออกได้ดังนี้:
คอนกรีตซ่อมตัวเองด้วยแบคทีเรีย หรือที่เรียกว่า คอนกรีตซ่อมตัวเองทางชีวภาพ ใช้แบคทีเรีย (โดยมากเป็น Bacillus) เพื่อสร้างแคลเซียมคาร์บอเนตมาปิดรอยร้าวขนาดเล็ก.
คอนกรีตซ่อมตัวเองที่มีพอลิเมอร์ผสม ฝังไมโครแคปซูลพอลิเมอร์หรือกาวพอลิเมอร์ที่สามารถเชื่อมติดกันเองเมื่อเกิดรอยร้าว.
คอนกรีตซ่อมตัวเองด้วยกระบวนการตกผลึกแคลเซียมคาร์บอเนต อาศัยปฏิกิริยาตกผลึกตามธรรมชาติของแคลเซียมคาร์บอเนตจากไอออนแร่ธาตุ (เช่น ซิลิเกต อะลูมิเนต) ที่มีอยู่ในคอนกรีต กระบวนการนี้เลียนแบบกลไกการก่อตัวของปะการัง ทำให้คอนกรีตซ่อมตัวเองได้ กันซึม และทนการกัดกร่อน เหมาะสำหรับโครงสร้างใต้ดิน ห้องใต้ดิน คลังแช่เย็น หรือสภาพแวดล้อมใกล้ทะเล.
คอนกรีตซ่อมตัวเองด้วยอนุภาคนาโน ใช้อนุภาคนาโนซิลิกาหรือไทเทเนียมที่สามารถตรวจจับและอุดรอยร้าวขนาดจิ๋ว พร้อมเสริมความทนทานและป้องกันการกัดกร่อน เทคโนโลยีนี้กำลังอยู่ในช่วงทดสอบสำหรับโครงสร้างที่ต้องการความมั่นคงสูงมาก เช่น โรงงานเคมี หรือสิ่งปลูกสร้างด้านการป้องกันประเทศ.
ข้อดีเด่นของคอนกรีตซ่อมตัวเอง
เพิ่มอายุการใช้งานของโครงสร้าง: คอนกรีตซ่อมตัวเองช่วยยืดอายุการใช้งานของสิ่งปลูกสร้าง โดยป้องกันรอยร้าวจากการขยายตัว และลดการซึมผ่านของน้ำและก๊าซที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน.
ลดค่าใช้จ่ายบำรุงรักษาระยะยาว: การอุดรอยร้าวขนาดเล็กได้เองช่วยรักษาความแข็งแรงและความทนทานต่อการซึมของน้ำ ทำให้ลดจำนวนครั้งที่ต้องซ่อมแซมด้วยมือ.
ตัวอย่างการใช้งานในเนเธอร์แลนด์ เทคโนโลยีซ่อมตัวเองด้วยแบคทีเรียของ Basilisk ถูกนำมาใช้ที่ช่องทางรถโดยสาร Hoogwaardig Openbaar Vervoer Schiphol ทำให้อายุการใช้งานเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 15 ปี ผลลัพธ์ที่ได้มีความโดดเด่น ได้แก่ ลดค่าใช้จ่ายตลอดอายุการใช้งานประมาณ 33% ลดการปล่อยก๊าซ CO₂ มากกว่า 90% และลดเวลาการซ่อมแซม
ป้องกันการซึมและลดการกัดกร่อน: ด้วยความสามารถในการอุดรอยร้าว คอนกรีตซ่อมตัวเองจึงช่วยลดการซึมน้ำและก๊าซ ป้องกันเหล็กเสริมภายในจากการกัดกร่อน บางเทคโนโลยียังสามารถซ่อมตัวเองได้ในสภาพความชื้นสูงหรือในน้ำทะเล เหมาะสำหรับโครงสร้างชายฝั่งและโครงสร้างใต้ดิน.
ยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: คอนกรีตซ่อมตัวเองช่วยยืดอายุการใช้งาน ลดความต้องการผลิตและใช้ปูนซีเมนต์ ซึ่งเป็นวัสดุที่ก่อให้เกิดการปล่อย CO₂ ประมาณ 8% ของโลก บางระบบจุลชีพที่ใช้ในคอนกรีตยังสามารถสร้างตะกอนแคลเซียมคาร์บอเนตโดยการดูดซับ CO₂ จากสิ่งแวดล้อมในระหว่างกระบวนการมีชีวิต.
การประยุกต์ใช้คอนกรีตซ่อมตัวเองในงานก่อสร้าง
คอนกรีตซ่อมตัวเองถูกนำมาใช้ในโครงสร้างที่ต้องการอายุการใช้งานยาวนานและเข้าถึงเพื่อบำรุงรักษาได้ยาก เช่น อุโมงค์ใต้ดิน สะพานยกระดับ ถังเก็บน้ำ โครงสร้างริมชายฝั่ง และโรงงานอุตสาหกรรม ความสามารถในการอุดรอยร้าวขนาดเล็กช่วยป้องกันการซึมของน้ำและก๊าซ ปกป้องเหล็กเสริม ลดการกัดกร่อน และยืดอายุการใช้งานของโครงสร้าง.
การใช้วัสดุนี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมและลดการหยุดชะงักของงานก่อสร้างเนื่องจากการบำรุงรักษา ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบสำคัญในโครงสร้างที่ต้องทำงานอย่างต่อเนื่อง เช่น โรงงาน สถานีสูบน้ำ หรือโครงการโครงสร้างพื้นฐานด้านคมนาคม.
อุโมงค์ที่เมือง Rijen ประเทศเนเธอร์แลนด์ ใช้คอนกรีตซ่อมตัวเองทางชีวภาพ ช่วยลดการใช้เหล็กเสริมลง 35% และยืดอายุการใช้งานของโครงสร้าง
โครงการแรกที่ใช้คอนกรีตซ่อมตัวเองในท่อส่งน้ำที่ออสเตรเลีย ดำเนินการโดยศาสตราจารย์ Yan Zhuge ผู้เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมจากมหาวิทยาลัย University of South Australia ในปี 2022
นอกจากนี้ คอนกรีตซ่อมตัวเองยังเหมาะสมกับโครงสร้างที่มุ่งเน้นการพัฒนาอย่างยั่งยืน การลดความต้องการบำรุงรักษาและการยืดอายุการใช้งานช่วยลดการปล่อย CO₂ ตลอดวงจรชีวิตของโครงสร้าง สอดคล้องกับมาตรฐานอาคารเขียวและแนวโน้มการก่อสร้างสมัยใหม่.
ต้นทุนของคอนกรีตซ่อมตัวเอง
เช่นเดียวกับเทคโนโลยีวัสดุล้ำสมัยอื่น ๆ ต้นทุนการผลิตคอนกรีตซ่อมตัวเองยังคงอยู่ในระดับสูง เนื่องจากสารออกฤทธิ์พิเศษ เช่น แบคทีเรีย หรือไมโครแคปซูลเคมียังไม่ได้ผลิตในเชิงอุตสาหกรรมจำนวนมาก ทำให้ราคาของวัสดุนี้อาจสูงกว่าคอนกรีตทั่วไปประมาณ 25–100% ซึ่งจำกัดการใช้งานในวงกว้าง อย่างไรก็ตาม สถาบันวิจัยและภาคธุรกิจในเนเธอร์แลนด์ สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น จีน ฯลฯ กำลังพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อปรับปรุงกระบวนการผลิตและค้นหาทางเลือกที่มีประสิทธิภาพในด้านต้นทุน เมื่อเทคโนโลยีนี้เติบโตและเข้าสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรม คอนกรีตซ่อมตัวเองมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นวัสดุหลักในการก่อสร้าง ช่วยสร้างโครงสร้างอุตสาหกรรมที่ยั่งยืน ปลอดภัย และลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานในระยะยาว.
ดูเพิ่มเติม: พื้น Vinyl – วัสดุป้องกันไฟฟ้าสถิตเพื่อความปลอดภัยให้กับสภาพแวดล้อมการทำงาน
ดูเพิ่มเติม: สียีดหยุ่น: ทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับอาคารผลิต อาคารอุตสาหกรรมที่เขตภูมิอากาศแบบร้อนชื้น
ดูเพิ่มเติม: ศักยภาพของแกรฟีน – วัสดุแข็งแรงที่สุดในโลก
