Un composto, chiamato CAOXY, che si forma quando il sale stradale interagisce con il calcestruzzo è alla base del deterioramento del manto stradale e della formazione di buche. I ricercatori della Drexel University stanno cercando di contrastare la formazione di CAOXY utilizzando un tipo speciale di batteri. Credito:Università Drexel
Piccoli batteri potrebbero presto rompersi per impedire alle strade di scheggiarsi in inverno, secondo i ricercatori della Drexel University che stanno cercando nuovi modi per rendere la nostra infrastruttura più resiliente.
Sostanze chimiche, come il cloruro di calcio, comunemente chiamati "sali stradali", sono usati per prevenire la formazione di ghiaccio e l'accumulo di neve che possono portare a condizioni di viaggio pericolose. Ma sono anche noti colpevoli dietro le buche e il deterioramento della superficie stradale. Questo degrado è causato dalle sostanze chimiche che reagiscono con il calcestruzzo e l'acqua nel ghiaccio e nella neve per formare un composto espansivo che può abbattere il calcestruzzo generando espansioni e disagi interni.Il composto deleterio, chiamato CAOXY, abbreviazione di ossicloruro di calcio, può anche incuneare pezzi di cemento mentre si infiltra nella superficie stradale prima del congelamento e dello scongelamento.
Nella loro ricerca, recentemente pubblicato sulla rivista Materiali da costruzione e da costruzione , Yaghoob Farnam, dottorato di ricerca, Cristoforo Vendite, dottorato di ricerca, e Caroline Schauer, dottorato di ricerca, ricercatori del College of Engineering di Drexel, mostra come la miscelazione di un po' di batteri nel calcestruzzo può ridurre la formazione di CAOXY.
La coppia è arrivata alla loro teoria mentre studiava un ceppo di batteri chiamato Sporosarcina pasteurii . S. pasteurii è piuttosto insolito perché è in grado di indurre la reazione chimica che crea il carbonato di calcio, una sostanza spesso chiamata "cemento della natura". Solo pochi tipi di batteri sono in grado di sfruttare questo trucco, chiamata precipitazione microbica di carbonato di calcio, o "biomineralizzazione, "ma puoi vedere il loro lavoro nelle deposizioni minerali che formano calcari e marmi.
Negli ultimi dieci anni batteri come S. pasteurii sono stati studiati come un modo per riparare le crepe nelle statue e nelle infrastrutture in calcestruzzo, e, più recentemente, come un'opzione ecologicamente sostenibile per la produzione di mattoni. Ma i ricercatori di Drexel si sono resi conto che uno degli altri talenti dei batteri potrebbe anche essere molto utile per prevenire la formazione di quelle crepe.
Un batterio speciale chiamato Sporosarcina pasteurii , potrebbe essere la chiave per evitare gli effetti collaterali distruttivi dell'uso del sale stradale. Credito:Università Drexel
"In realtà stavamo osservando il prodotto finale di una reazione chimica che coinvolge questi batteri, la calcite, ma ci siamo resi conto che il modo in cui lo producono potrebbe essere molto utile quando si tratta di deviare la reazione che trasforma il sale stradale in una sostanza che deteriora la strada. composto, " ha detto Farnam. "Sapevamo che i batteri richiedono cloruro di calcio per produrre la calcite, che è un composto innocuo. Quindi, se potessimo trovare un modo per avere i batteri presenti quando il sale stradale di cloruro di calcio colpisce il cemento, potrebbe interagire con i batteri e ridurre la reazione che causa il degrado della strada".
Per testare la loro teoria, Sales e Farnam hanno realizzato una serie di campioni di calcestruzzo utilizzando il tipo di cemento comunemente usato nelle strade e aggiunto una miscela di S. pasteurii e le sostanze nutritive di cui hanno bisogno per sopravvivere ad alcuni dei campioni. Dopo 28 giorni di esposizione a una soluzione di cloruro di calcio, simulando un mese di trattamento stradale in inverno, hanno eseguito una serie di test sui campioni per determinarne l'integrità strutturale e misurare la quantità di CAOXY presente.
Osservando sia le vibrazioni acustiche che lo sviluppo di micropori nel campione di malta, che sono entrambi modi per quantificare la forza del campione, i ricercatori hanno scoperto che il calcestruzzo prodotto con la miscela di batteri non ha subito quasi alcun deterioramento dopo l'esposizione al cloruro di calcio.
Inoltre, i livelli di CAOXY erano molto più bassi nei campioni carichi di batteri, come risultato della precipitazione microbica del carbonato di calcio. E la presenza di carbonato di calcio suggerisce che l'interazione dei batteri potrebbe essere utilizzata anche per rafforzare il manto stradale, anche se questa applicazione richiederebbe più ricerca, secondo la squadra.
"I batteri sono in grado di modificare il microambiente che li circonda, " Sales ha detto. "In particolare, creano un ambiente a pH elevato convertendo le sostanze chimiche nel liquame nutritivo in una base debole, ammoniaca. Questo ambiente favorisce la precipitazione di ioni calcio e ioni carbonato in carbonato di calcio, piuttosto che la formazione di CAOXY."
Poiché i batteri si trovano in natura e non sono patogeni, sarebbero una soluzione ecologicamente sicura al problema del deterioramento delle strade. Le vendite e Farnam sperano di spingere questo lavoro al livello successivo collaborando con i dipartimenti dei trasporti locali e nazionali per ulteriori test e sviluppo.
