混凝土看似堅固耐用，但在自然環(huán)境面前卻出奇地脆弱?，F(xiàn)在，德雷克塞爾大學(xué)的研究人員展示了一種內(nèi)嵌"生物纖維"的自愈合混凝土，它能利用細(xì)菌修補形成的裂縫。要想成為世界上最常用的建筑材料，就必須做好幾件事--混凝土易于制造、強度高，而且在理想條件下可以長期耐久。
生物纖維自愈合混凝土工作時的彩色掃描電子顯微鏡圖像
但現(xiàn)實世界很少按照理想狀態(tài)運行，因此混凝土?xí)粩嗍艿斤L(fēng)化，從而產(chǎn)生裂縫。這才是真正的問題所在，因為溫度波動會迫使裂縫擴大，而濕氣則會引發(fā)各種侵蝕混凝土的過程。
因此，混凝土結(jié)構(gòu)需要經(jīng)常維護，這不僅成本高昂且不方便，還會增加制造這種材料對環(huán)境的影響（本來就很大）。如果能找到減緩劣化的方法，就能省去很多麻煩。
這就是德雷克塞爾生物纖維的用武之地。這些聚合物纖維不僅能起到物理加固作用，還具有重要的雙重作用，即自我修復(fù)機制。纖維表面涂有一層水凝膠，水凝膠中含有內(nèi)生孢子，內(nèi)生孢子是細(xì)菌的休眠形式，可以抵御極端環(huán)境，當(dāng)環(huán)境變得更舒適時，內(nèi)生孢子又會重新蘇醒。然后在水凝膠層上涂上一層薄薄的聚合物外殼。
生物纖維混凝土可以像其他混凝土一樣使用，但它的秘密超能力只有在以后開裂時才會顯現(xiàn)出來。當(dāng)水到達生物纖維時，水凝膠就會膨脹并破殼而出，推向地表。在這個過程中，沉睡的細(xì)菌被喚醒，它們開始從周圍的混凝土中吸取碳和鈣。這就產(chǎn)生了碳酸鈣，一種填充和修補裂縫的膠結(jié)材料。
該團隊的首席研究員阿米爾-法納姆（Amir Farnam）說："這是一項令人興奮的進展，因為我們一直在努力利用大自然的靈感來改進建筑材料。我們每天都在看到，老化的混凝土結(jié)構(gòu)正在遭受破壞，從而降低了其功能壽命，并需要進行昂貴的關(guān)鍵性維修。試想一下，它們能自我修復(fù)嗎？在我們的皮膚中，我們的組織通過注入自我修復(fù)液--血液--的多層纖維結(jié)構(gòu)自然實現(xiàn)自我修復(fù)。這些生物纖維模仿了這一概念，并利用造石細(xì)菌創(chuàng)造出能對損傷做出反應(yīng)的活體自愈混凝土。"
研究小組表示，雖然愈合時間可能會有所不同，但生物纖維似乎能夠在短短一兩天內(nèi)修補裂縫。以前的研究已經(jīng)制造出了注入細(xì)菌的自愈合混凝土，但主要挑戰(zhàn)之一是如何在混凝土完好無損的情況下保持微生物長期存活。使用包裹在聚合物保護殼下的水凝膠中的休眠內(nèi)生孢子可能就是答案。
雖然還有很多工作要做，但研究人員表示，生物纖維混凝土最終可以幫助降低建筑物的維護要求，并減少混凝土生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放量。
這項研究發(fā)表在《建筑與建材》雜志上。
