Shotcrete di terowong jalan terurai dengan cepat

Artikel ini merupakan terjemahan langsung dari laman sesawang TechExplore dengan tajuk Concrete in Road Tunnles decomposes unexpectedly fast

Apabila air laut menembusi konkrit dalam terowong jalan raya di dalam laut, biofilem terbentuk yang memecahkan konkrit. Ini boleh menyebabkan kos yang tinggi dan risiko kerosakan jika batu dan konkrit jatuh dari bumbung terowong. Dalam kajian baharu, yang diketuai oleh pasukan penyelidik di Universiti Teknologi Chalmers di Sweden, kajian mendedahkan mekanisme di sebalik penghakisan, dan kadarnya yang tidak dijangka.

Apabila terowong kenderaan dibina melalui batu, bumbung dan dinding disembur dengan konkrit (shotcrete) untuk mencipta lapisan permukaan yang sekata dan mengelakkan batu daripada longgar dan jatuh ke atas jalan. Apabila terowong dikelilingi oleh air laut, seperti di Oslofjord, sebagai contoh, fenomena yang sering terjadi adalah "penerobosan air masin". Ini adalah proses yang membawa bakteria ke dalam persekitaran terowong dan bakteria ini kemudiannya membentuk koloni—biofilem—di permukaan konkrit. Bakteria memakan bahan dalam konkrit dan menyerang permukaan konkrit, yang menjadi konkrit rosak dan berliang.

Dalam penerbitan baru-baru ini, penyelidik telah menemui pandangan baharu tentang proses mikrobiologi di sebalik degradasi, dan itu berlaku agak pantas. Kajian itu diterbitkan dalam jurnal Scientific Reports.

"Kami telah mengambil ukuran di terowong Oslofjord sejak 2014, dan kami dapat melihat bahawa bakteria memakan konkrit dari laluannya sehingga ke permukaan konkrit dengan kadar 1cm setahun. Di mana terdapat penerobosan air masin, biofilem akan terbentuk, dan konkrit yang diliputi oleh biofilem itu akan larut secara beransur-ansur, "kata Frank Persson, Profesor Madya Biologi Molekul dan Jabatan Arkitek Awam Chalture di Jabatan Biologi Molekul dan Arkitek Mikrobial.

Kejadian biofilm bukan sesuatu yang unik kepada terowong-terowong di Norway

Shotcrete telah digunakan dalam terowong jalan pada skala yang lebih besar sejak tahun 1990-an, dan sejak itu, penyelidik telah dapat mengkaji kejadian biofilm ini. Walaupun begitu, setakat ini, kajian mengenainya tentang biokarat dalam terowong bawah air dalam persekitaran marin sangat sedikit.

Penetrating seawater carries bacteria that form colonies – biofilm. The bacteria attack the concrete that is supposed to prevent stones from loosening from the tunnel walls. The concrete becomes porous and risks breaking apart. The biofilm gets its distinctive color from rusting reinforcement in the shotcrete.

Frank Persson telah menyiasat terowong Oslofjord yang merupakan projek terowong oleh Swedish Transport Administration's Norwegian, Norwegian Public Roads Administration, tetapi menurut penyelidik, fenomena itu mungkin berlaku dalam persekitaran yang sama di seluruh dunia.

Shotcrete yang baru yang disembur pada dinding dan siling dalam terowong mempunyai nilai pH yang tinggi, tetapi apabila konkrit semakin tua, degradasi kimia semulajadi berlaku, yang menyebabkan nilai pH konkrit menurun dan menjadikan persekitaran lebih mesra kepada bakteria.

Bakteria itu kemudiannya mempercepatkan lagi pengaratan tetulang konkrit dan seterusnya, degradasi struktur shotcrete itu sendiri, apabila mereka memetabolismekan besi, mangan, sulfur dan nitrogen dalam konkrit. Para penyelidik telah melihat bahawa kemerosotan shotcrete apabila terkena dengan bakteria itu agak cepat. Dalam keadaan yang melampau, bakteria boleh menembusi sehingga 10 cm dalam tempoh 5 tahun.

"Biofilem jenis ini adalah isyarat amaran yang cukup jelas. Anda perlu memantau aliran air dan penyebaran biofilem dan mencari konkrit longgar dan rosak untuk disembur semula, jika perlu, " kata Britt-Marie Wilén, Profesor Kejuruteraan Alam Sekitar dan Air Sisa di Jabatan Seni Bina dan Kejuruteraan Awam Chalmers.

Para penyelidik menekankan bahawa terowong jalan raya, walaupun biofilm ini, secara amnya selamat dan dipantau oleh pihak berkuasa Norway. Cadangan mereka, berdasarkan kajian, adalah untuk mengukur nilai pH konkrit secara berterusan, memeriksa aliran air bawah tanah melalui batu dan memantau penyebaran biofilm.

Penyelidikan telah dijalankan di terowong Oslofjord di Norway, tetapi kemerosotan shotcrete yang serupa mungkin juga berlaku dalam terowong yang sama di mana air tawar dapat meresap ke dalam konkrit, menurut Britt-Marie Wilén.

"Bagaimanapun, masalahnya mungkin lebih besar dalam persekitaran di mana air laut menembusi, sebahagiannya kerana air laut adalah baik untuk pertumbuhan bakteria tetapi juga kerana garam mempercepatkan kakisan dalam tetulang. Perubahan iklim juga menjadikan lautan lebih panas, dan dengan air yang lebih panas, nilai pH menurun lagi, yang boleh meningkatkan kadar kakisan, "katanya. Dengan memetakan komuniti mikrob di terowong Oslofjord, penyelidik Chalmers telah mendedahkan mikroorganisma baru yang tidak diketahui sebelum ini.