Betonnen constructies gaan lang mee, maar ze kunnen ook groots en meeslepend stukgaan. Microben en nieuw onderzoek kunnen helpen om de boel overeind te houden.

Beton is vrij goedkoop, behoorlijk goed bestand tegen weersinvloeden en eenvoudig in het gebruik. Daarnaast is het ook nog eens oersterk en kan het in vele vormen toegepast worden, van bruggen tot woontorens.

Maar het is ook weer niet niet onverwoestbaar en dus wordt er druk onderzoek gedaan naar manieren om de toestand van beton te meten. Bij de Amerikaanse universiteit van Delaware doen ze dat door te kijken naar bacteriën die in het beton leven. En met een beetje mazzel kunnen die zelfs een bijdrage leveren aan het repareren van gaatjes en scheuren in betonnen constructies.

Lees ook:

• Waar blijft de betonrevolutie?
• Onderzoekers maken buigbaar beton

Het bacterieraadsel

Bacteriën komen op bijna alle plekken voor: van de ijzige kou op de Noordpool tot in de bloedhete woestijnen. En dus ook in een droge, zoute, alkalische (dus niet-zure) en voedselarme omgeving als beton. Maar wat de micro-organismen daar precies te zoeken hebben, wat voor soorten ze zijn en waar ze zich bijvoorbeeld mee voeden, bleef lang een raadsel.

“Er was eigenlijk helemaal niets bekend over microben in beton,” zegt onderzoeksleider Julie Maresca. “Het is het meest gebruikte bouwmateriaal ter wereld, maar wat zit er in het beton en doet het iets? Kan het ons iets vertellen?”

Om daar antwoord op te krijgen, stortte ze met haar team veertig betoncilinders, elk ongeveer ter grootte van een literfles. Een serie bestond uit een betonmengsel dat gevoelig is voor een alkali-silicareactie (ASR) – een chemische reactie die het beton als het ware inwendig kapot drukt. In een tweede serie was er vliegas doorheen gemengd om ASR te voorkomen. Beide betonmonsters werden twee jaar lang op een dak achtergelaten, waarbij om de zes weken DNA-monsters werden genomen.

Indringers

De onderzoekers ontdekten dat tussen de 50 en 60 procent van de bacteriën die in het beton waren aangetroffen, al met het basismateriaal van zand en grind waren meegekomen. Andere drongen later in het beton door via kleine scheuren in het materiaal. De meest voorkomende soorten waren Proteobacteria, Firmicutes, en Actinobacteria.

Het aantal verschillende bacteriën nam na verloop van tijd weliswaar af, maar de soorten die overbleven, bleken gevoelig voor de seizoenen. En dus denken de onderzoekers dat bacteriële gemeenschappen die in het beton voorkomen, vroegtijdig kunnen waarschuwen voor alkali-silicareacties die het beton aantasten, maar heel lastig te detecteren zijn. Dat gebeurt normaal gesproken pas als zich scheuren in het beton vormen.

Bovendien zouden sommige soorten geschikt kunnen zijn (of worden gemaakt) om het beton te repareren. Sommige produceren namelijk calciumcarbonaat, waarmee scheuren en poriën in beton kunnen worden gevuld. Dat idee is overigens niet nieuw. Maar uit eerder onderzoek bleek dat bacteriën die daartoe in staat zijn, slechts een maand of twee in beton kunnen overleven.

Betonzorgen

Het onderzoek kan op de warme belangstelling rekenen van de overheidsinstanties die verantwoordelijk zijn voor het onderhoud van wegen en bruggen. De Federal Highway Administration (FHA) bijvoorbeeld bestempelde in 2020 de toestand van meer dan 45.000 van de 618.456 bruggen in de VS als ‘slecht’. Ook de toestand van andere betonconstructies baart de FHA grote zorgen, vooral nadat op 24 juni een flatgebouw aan het strand bij Miami gedeeltelijk instortte; een ramp die 98 levens kostte.

“Hoe eerder je een probleem kunt opsporen, hoe meer tijd je hebt om het op te lossen voordat het een écht probleem wordt,” vindt Maresca. “En aangezien we in ons land zoveel wegen en bruggen hebben die gevaar lopen, is er een manier nodig om ze te prioriteren. Welke reparaties zijn dringend nodig en welke niet?”

DNA-monsters

Het onderzoek van Maresca en haar team is een mooie eerste stap. In de volgende fase van de studie analyseren de onderzoekers DNA uit monsters van bruggen, wegen en funderingen in Delaware en New Jersey om nog meer informatie te vergaren over het micro-leven in betonnen constructies.

Bronnen: mSystems, Universiteit van Delaware, New Atlas

Beeld: Universiteit van Delaware

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!