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?
コンクリートは世界中でもっとも 普及している建設資材です 街中に張り巡らされた道路や 大きな川に架かる橋 この世で一番高い 超高層ビルにも使用されています しかし そんな頑丈な物質にも 欠点があります 破滅的なひび割れが生じやすく 修理に毎年 何百億ドルも かかるということです でも この問題を回避するのに 自己治癒力を持つコンクリートを 開発したら どうでしょう? とっぴな考えのようですが
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.
そうでもありません つまるところ コンクリートがどう形成するかや 問題解決のために この形成過程を どう利用するかの理解に帰着します コンクリートは砂利と 骨材と呼ばれる砂粒子に 粘土と石灰石の 粉状混合物であるセメントを 混ぜたものです この混合物に水を加えると セメントがペースト状になり 骨材の表面を覆い 水和という化学反応により 素早く固まります 最終的に 完成したコンクリートは 何百メートルもの高さでそびえ立つ建物を 支えるのに十分強力になります 何百メートルもの高さでそびえ立つ建物を 支えるのに十分強力になります 人々は4千年以上にわたり
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.
多様なセメントの製造法を 用いてきたにもかかわらず コンクリート自体は 意外にも寿命が短いのです 20~30年経つと コンクリートの収縮 過剰な凍結や融解などの自然過程や 荷重が ひび割れを生じさせます そして大きな破損だけでなく 些細なひび割れも 同じくらい危険であると言えます コンクリートは 鉄筋周りの補助的な支持材として よく使用されます この種のコンクリートでは 小さなひび割れでも 水や酸素、二酸化炭素が忍び込み 鉄筋を腐食させ 破滅的な崩壊につながる可能性があります 絶えず使用される 橋や幹線道路などの構造で 大惨事を引き起こす前に こういった問題を検出することは 大規模で費用のかかる作業になります しかし 作業を行わないと 何千人もの命を 危険にさらすことにもなります 幸いにも
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.
自己修復する材料の実験が 既に開始されています 解決策の一部は コンクリートが持つ自然治癒機構から 発想を得ています 小さなひび割れに水が入ると コンクリートの酸化カルシウムを水和します その結果生じた水酸化カルシウムは 空気中の二酸化炭素と反応し 自己治癒と呼ばれる過程が始まり 微視的な炭酸カルシウムの結晶が形成し 徐々に割れ目を埋めるのです 残念ながら この結晶は 幅0.3ミリ以下の割れ目を 修復することしかできません 材料科学者が見出したのは
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.
コンクリートに 接着剤を埋設することで 倍の大きさの割れ目を修復する方法です 接着剤入りの繊維と管を 混合材の中に挿入すると ひび割れが起こる際に それらがパチンと開き 粘着性のある内容物が放出され 割れ目が閉じるということです しかし粘着性のある化学物質の性質は コンクリートとはまったく異なり 時間が経つとともに 接着剤が 割れ目を 悪化させることもあります 大きな割れ目を埋める 最善の方法はおそらく
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.
コンクリートに自己回復するための 手段を与えることでしょう 科学者が発見したのは 一部のバクテリアと菌類は ミネラルを生産できるということです これには自己治癒で見られる 炭酸カルシウムが含まれます 実験的なコンクリート混合材には このようなバクテリアや真菌胞子が 栄養分とともに含まれています それらは何百年もの間 休眠状態でいられます ついに ひび割れができて 水がコンクリートを濡らし始めると 胞子は発芽、成長し 周囲の栄養素を吸収することで 局所的な環境を変化させ 炭酸カルシウムの成長に 最適な状況を作ります この結晶は次第に割れ目を埋めていき 大体3週間経つと 活発な微生物によって 最大幅1ミリ弱の割れ目が 完全に修復されます 割れ目が閉じる際 バクテリアと菌類は胞子を作って もう一度 休眠状態に入り 自己治癒の新サイクルを始める準備をして 再度のひび割れに備えます
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.
この技術は 広く研究されているものの コンクリートの世界生産で それを具現化するまで まだ道のりは長いと言えます しかし これらの胞子は 非常に大きな可能性を持っており コンクリートに より優れた回復力と持続性を与え コンクリート製造における 金銭的なコストや環境コストを 大幅に削減することができます やがては こういった微生物が 無生物的なコンクリートだらけの世界に 命を吹き込むことで 私たちの 街に対する考え方を 再考させるかもしれません