Metselwerk dat zichzelf repareert? Met de bacteriemortel van een onderzoeksteam van de TU Delft is dit in het lab al mogelijk. Op termijn is deze vinding interessant voor restauratie van monumenten en andere historische gebouwen.

Stel dat de scheuren in de huizen in Groningen zichzelf na een aardbeving zouden helen, zoals een snee in een vinger dat ook doet. Wensdenken? Als het aan Belen Gaggero ligt niet. Gaggero, promovendus civiele techniek aan de TU Delft, werkt met haar collega’s aan een bacteriepoeder dat ‘op commando’ calciumcarbonaat produceert. Hiermee hopen de Delftse onderzoekers uiteindelijk ‘zelfhelend metselwerk’ te kunnen maken.

Slapende bacteriën 

Scheuren in metselwerk ontstaan vaak op het grensvlak van de steen en de voeg, als gevolg van trillingen, bodemdaling, temperatuurwerking of krimp. Het leidt tot verlies aan stevigheid van het gebouw, problemen met de waterdichtheid en het weglekken van warmte.

De Delftse onderzoekers ontwikkelden een mix van bacteriën en voedingsstoffen om dit tegen te gaan. Deze mix kan worden toegevoegd aan de mortel, de substantie waarmee bakstenen aan elkaar worden gemetseld.

‘Het is een soort poeder waarin nutriënten en slapende bacteriën zitten’, legt Gaggero uit. Die bacteriën worden geactiveerd als ze in aanraking komen met water. ‘Zodra dat is gebeurd, eten ze de nutriënten op en scheiden calciumcarbonaat uit. Dat is hetzelfde spul dat ontstaat bij het initiële uitharden van traditionele mortel op kalkbasis.’ Hiermee zou een beschadiging, afhankelijk van de grootte van de scheur, in een maand of drie hersteld kunnen zijn.

Het idee van zelfhelend materiaal is op zich niet nieuw. In 2016 ontwikkelde Henk Jonkers van de TU Delft al een bacterieel mengsel waarmee beton zichzelf kan herstellen. Dat zit, volgens een artikel in dagblad Trouw van april 2025, inmiddels in waterzuiveringsinstallaties, infrastructurele projecten van ProRail, en het beton onder de trambaan op het universiteitsterrein in Delft.

Het werk van Gaggero en collega’s borduurt voort op dat van Jonkers. De grote vraag daarbij is of de bacteriën hun werk nog steeds doen in een kalkrijke omgeving.

Sporenvorming

‘De bacteriestammen die we gebruiken, zijn verwant aan Bacillus cohnii’, vertelt onderzoeker constructiemechanica Paul Korswagen van de TU Delft, die het promotieonderzoek begeleidde. ‘Het zijn alkalibestendige, sporenvormende bacteriën.’

Alkalibestendig houdt in dat de bacteriën bestand zijn tegen basische stoffen zoals kalk en beton. Wat deze bacteriën verder bijzonder maakt, is dat ze resistente sporen kunnen vormen bij ongunstige omstandigheden, zoals in dit geval de aanwezigheid van agressieve chemicalien, hoge temperaturen en uitdroging. Deze sporen ontkiemen als de omstandigheden weer gunstig zijn. De bacteriesporen worden geleverd in capsules gemaakt van polymelkzuur (PLA, poly lactic acid) door het bedrijf Basilisk, spinoff van de TU Delft en mede opgericht door Henk Jonkers. Deze korrels, van nog geen millimeter in doorsnee, worden aan de mortelspecie toegevoegd.

Juiste dosering 

‘De PLA-capsule heeft een dubbele functie’, zegt Korswagen. ‘Ze beschermt de sporen en dient tegelijkertijd als voedingsbron.’ Wanneer er een scheur in de mortel ontstaat en er water binnendringt, daalt de pH onder 11,5. De bacteriën worden dan geactiveerd en het polymelkzuur door hydrolyse omgezet in calciumlactaat. Dat eten de bacteriën op en zetten ze om in calciumcarbonaat en CO2.

De CO2 reageert op zijn beurt weer met calciumhydroxide in de mortelmatrix, waardoor nóg meer calciumcarbonaat wordt gevormd. Zo wordt de scheur opgevuld met kalksteen.

De hoeveelheid PLA-capsules die bij het mengen aan de mortel wordt toegevoegd, is bepalend voor de hoeveelheid schade die het systeem kan herstellen. Korswagen: ‘Als het polymelkzuur op is, stopt het mechanisme. De dosering moet dus worden afgestemd op de verwachte schadecondities.’

Trektest

Het kostte Gaggero enkele maanden om uit te zoeken hoe ze de bacteriën daadwerkelijk geactiveerd kon krijgen. Uiteindelijk bleek de structuur van de bakstenen daarbij een belangrijke rol te spelen: alleen als er voldoende water en zuurstof bij de bacteriën kon komen, konden deze hun werk doen.

Vervolgens deed ze labtesten met kleine gemetselde muurtjes. Die waren wit geverfd om het contrast dat wordt veroorzaakt door scheuren goed te kunnen zien en werden regelmatig gefotografeerd met hoge resolutiecamera’s.

Gaggero keek niet alleen of de scheuren zich met calciumcarbonaat vulden, zoals gehoopt, maar testte ook hoe sterk de muurtjes daarna nog waren. Hiervoor staat in het lab van de TU Delft een apparaat dat de bakstenen met een gecontroleerde kracht langzaam van elkaar trekt. Nadat een beschadiging door bacteriën is gerepareerd, herstelt de binding tussen de bakstenen zich wel, concludeerde Gaggero, maar wordt het geheel niet meer zo sterk als voorheen. Op dit moment test het team uit Delft andere eigenschappen van de gerepareerde scheuren, zoals de waterdichtheid.

Monumenten

Gaggero denkt dat de bacteriemix vooral een waardevolle toepassing kan vinden in monumenten of andere historische gebouwen. ‘Daarbij wil je natuurlijk zo min mogelijk ingrijpen, maar dat kan echt een uitdaging zijn.’ Met de nieuwe mortel kan zo’n gebouw zich in het ideale geval na één restauratie zelf onderhouden – zij het dus tijdelijk. Voordat het product de stap naar de praktijk kan maken zijn er nog veel testen nodig. ‘We zitten in de proofof-concept-fase. De stap naar toepassing op erfgoedgebouwen vereist vervolgonderzoek.’ Op dit moment werkt het mechanisme wel in proefblokken mortel, maar nog niet goed in echte muren, zegt Korswagen. Daarvoor moet onder meer het vochttransport tijdens het uitharden worden geoptimaliseerd. Ook is nog onbekend hoe het systeem presteert onder wisselende temperaturen en vochtregimes. ‘En de manier van toediening en de lange termijnprestaties moeten nog worden onderzocht.’

Of het concept daarna breed zal worden toegepast, is afwachten. Voor de vinding van Jonkers geldt dat de regelgeving – waarbij voor elke nieuwe toepassing van een innovatie moet worden aangetoond of deze wel aan de Europese normen voldoet – een grote doorbraak nog altijd in de weg staat. Wel is het vervolgonderzoek voor de komende jaren veiliggesteld: Gaggero, die haar proefschrift net af heeft, werkt als postdoc verder aan het project.