Concrete is the most widely used construction material in the world. It can be found in swathes of city pavements, bridges that span vast rivers, and the tallest skyscrapers on earth. But this sturdy substance does have a weakness: it’s prone to catastrophic cracking that costs tens of billions of dollars to repair each year. But what if we could avoid that problem, by creating concrete that heals itself?
El hormigón es uno de los materiales de construcción más usados en el mundo. Con él se pavimentan las ciudades, se construyen puentes que unen grandes ríos y se levantan los rascacielos más altos del mundo. Pero este resistente material tiene un punto débil: tiende a formar peligrosísimas grietas cuya reparación demanda un gasto de millones de dólares al año. Pero, ¿y si pudiéramos evitar ese problema inventando un hormigón que se autorreparara?
This idea isn’t as far-fetched as it may seem. It boils down to an understanding of how concrete forms, and how to exploit that process to our benefit. Concrete is a combination of coarse stone and sand particles, called aggregates, that mix with cement, a powdered blend of clay and limestone. When water gets added to this mix, the cement forms a paste and coats the aggregates, quickly hardening through a chemical reaction called hydration. Eventually, the resulting material grows strong enough to prop up buildings that climb hundreds of meters into the sky.
La idea no es tan descabellada como parece. Solo se trata de entender cómo se forma el hormigón y cómo se puede aprovechar el proceso para nuestro beneficio. El hormigón es una mezcla de piedras y partículas de arena llamadas "agregados", que se unen con el cemento, un polvo formado de caliza y arcilla. Cuando se agrega agua a esta mezcla, el cemento forma una pasta que recubre los agregados y se endurece mediante una reacción química llamada "hidratación". De este modo, el material formado es lo suficientemente fuerte como para sostener edificios de cientos de metros de altura. Si bien se usa una variedad de recetas
While people have been using a variety of recipes to produce cement for over 4,000 years, concrete itself has a surprisingly short lifespan. After 20 to 30 years, natural processes like concrete shrinkage, excessive freezing and thawing, and heavy loads can trigger cracking. And it’s not just big breaks that count: tiny cracks can be just as dangerous. Concrete is often used as a secondary support around steel reinforcements. In this concrete, even small cracks can channel water, oxygen, and carbon dioxide that corrode the steel and lead to disastrous collapse. On structures like bridges and highways that are constantly in use, detecting these problems before they lead to catastrophe becomes a huge and costly challenge. But not doing so would also endanger thousands of lives.
para fabricar cemento desde hace 4000 años, el hormigón en sí tiene una vida útil sorprendentemente efímera. Transcurridos entre 20 y 30 años, los procesos naturales como la contracción del material, el enfriamiento y el calentamiento en exceso, y el sobrepeso de la carga pueden formar grietas. Pero no son solo las grandes las que importan; también las grietas pequeñas pueden ser peligrosas. El hormigón suele usarse como refuerzo secundario en estructuras de acero. En este caso, aun las grietas pequeñas pueden propiciar el ingreso de agua, oxígeno y dióxido de carbono, lo cual corroe el acero y produce derrumbes, con terribles consecuencias. En estructuras de tránsito intenso como puentes y carreteras, la detección de estos problemas antes de que ocurra una catástrofe es un enorme y costoso desafío. Pero si no se lo enfrenta, miles de vida estarían en peligro. Afortunadamente, ya se están haciendo experimentos
Fortunately, we’re already experimenting with ways this material could start fixing itself. And some of these solutions are inspired by concrete’s natural self-healing mechanism. When water enters these tiny cracks, it hydrates the concrete’s calcium oxide. The resulting calcium hydroxide reacts with carbon dioxide in the air, starting a process called autogenous healing, where microscopic calcium carbonate crystals form and gradually fill the gap. Unfortunately, these crystals can only do so much, healing cracks that are less than 0.3mm wide.
para lograr que este material pueda autorrepararse. Parte de la solución radica en los mecanismos naturales de autorreparación del hormigón en sí. Cuando el agua se filtra por estas pequeñas grietas, el óxido de calcio del hormigón se hidrata. El hidróxido de calcio que allí se forma reacciona con el dióxido de carbono del aire, iniciando un proceso denominado "reparación autógena", donde se forman microscópicos cristales de carbonato de calcio que van rellenando las grietas. Lamentablemente, estos cristales solo pueden reparar fisuras menores a 0,3 mm de ancho. Los especialistas en materiales
Material scientists have figured out how to heal cracks up to twice that size by adding hidden glue into the concrete mix. If we put adhesive-filled fibers and tubes into the mixture, they’ll snap open when a crack forms, releasing their sticky contents and sealing the gap. But adhesive chemicals often behave very differently from concrete, and over time, these adhesives can lead to even worse cracks.
han descubierto la forma de reparar grietas que miden el doble incorporando pegamento a la mezcla de hormigón. Si se le agregan fibras y tubos rellenos de un material adhesivo, estas se abrirán cuando se forme una grieta, liberarán ese contenido adhesivo y de ese modo sellarán la grieta. Pero las sustancias químicas adhesivas no suelen actuar como el hormigón y, con el tiempo, este material adhesivo puede derivar en grietas aún peores. De modo que la mejor manera de reparar grietas grandes
So perhaps the best way to heal large cracks is to give concrete the tools to help itself. Scientists have discovered that some bacteria and fungi can produce minerals, including the calcium carbonate found in autogenous healing. Experimental blends of concrete include these bacterial or fungal spores alongside nutrients in their concrete mix, where they could lie dormant for hundreds of years. When cracks finally appear and water trickles into the concrete, the spores germinate, grow, and consume the nutrient soup that surrounds them, modifying their local environment to create the perfect conditions for calcium carbonate to grow. These crystals gradually fill the gaps, and after roughly three weeks, the hard-working microbes can completely repair cracks up to almost 1mm wide. When the cracks seal, the bacteria or fungi will make spores and go dormant once more— ready to start a new cycle of self-healing when cracks form again.
quizá sea dándole al hormigón las herramientas para ayudarse. Los científicos descubrieron que algunas bacterias y hongos pueden producir minerales, como el carbonato de calcio, que participa en la reparación autógena. Las mezclas experimentales de hormigón incluyen estas esporas de bacterias u hongos, junto con nutrientes en la mezcla de hormigón, donde podrían permanecer inactivas durante cientos de años. Cuando finalmente aparecen las grietas y el agua se escurre en el hormigón, las esporas germinan, crecen y consumen los nutrientes que están a su alrededor, modificando así ese medio ambiente para crear las condiciones óptimas que propicien el crecimiento del carbonato de calcio. De a poco, estos cristales van llenando los huecos y, al cabo de unas tres semanas, los microbios pueden, con su arduo trabajo, terminar de reparar grietas de hasta casi 1 mm de ancho. Cuando las grietas se sellan, las bacterias o los hongos fabricarán esporas y volverán a quedar inactivas, listas para comenzar un nuevo ciclo de autorreparación para la próxima grieta.
Although this technique has been studied extensively, we still have a ways to go before incorporating it in the global production of concrete. But, these spores have huge potential to make concrete more resilient and long-lasting— which could drastically reduce the financial and environmental cost of concrete production. Eventually, these microorganisms may force us to reconsider the way we think about our cities, bringing our inanimate concrete jungles to life.
Si bien esta técnica ha sido exhaustivamente investigada, aún queda mucho por recorrer hasta llegar a incorporarlas en la producción de hormigón a nivel masivo. Pero estas esporas tienen un gran potencial para hacer del hormigón un material más resistente y duradero, lo cual podría reducir notablemente el costo financiero y medioambiental para fabricar hormigón. Con el tiempo, estos microorganismos nos obligarían a un replanteo de la forma en que concebimos las ciudades, para darle vida a nuestras inanimadas junglas de hormigón.