当你开车经过桥面时，是否注意过那些细微的裂缝？这些“皮肤伤口”不仅会降低混凝土强度，还会让雨水、腐蚀性气体渗入，导致钢筋锈蚀，最终缩短基础设施寿命。传统修复像“贴创可贴”，需定期灌浆、喷涂，全球每年为此花费超千亿美元。而我国香港理工大学、石家庄铁道大学团队最新研究显示，通过细菌矿化、胶囊愈合剂等技术，自修复混凝土可实现裂缝“自动愈合”，28天闭合率超90%，抗压强度恢复70%，耐久性提升50%，让桥梁、隧道等基础设施寿命延长3倍。相关成果近日发表于《Frontiers of Structural and Civil Engineering》，为韧性基础设施建设提供绿色方案。

传统混凝土“易受伤”，自修复技术成“内置医生”

混凝土是全球用量最大的建筑材料，占基建工程量的70%以上，但脆性导致裂缝几乎不可避免——建筑服役10年内，80%会出现0.1-0.5毫米裂缝，像“老化皮肤失去弹性”。这些裂缝会让钢筋锈蚀速度加快10倍，桥梁维护成本增加40%。传统修复需人工钻孔、注浆，对地下隧道、海上平台等“难达区域”几乎无能为力，而自修复混凝土像“内置医生”，能在裂缝出现后自动启动修复机制。

“自修复混凝土分‘自然结痂’和‘主动急救’两类。”研究团队解释，自生气愈合（如未水化水泥颗粒遇水继续水化）像“小伤口自己结痂”，可修复0.1毫米以下微裂缝；自主愈合则像“随身携带急救包”，通过细菌矿化、胶囊/纤维释放愈合剂等，修复0.1-2毫米裂缝。其中，细菌基自修复最具前景——将巴氏芽孢杆菌等“产钙细菌”封装在多孔载体中，裂缝出现后，水和氧气激活细菌，它们代谢产生碳酸钙，像“微型施工队”填充裂缝，28天可让0.5毫米裂缝完全闭合。

三大“修复神器”：细菌、胶囊、纳米材料

团队系统梳理了自修复混凝土的核心技术，关键突破在于“精准调控修复过程”：

• 细菌矿化“生物胶水”：用硅藻土、 hydrogel等载体保护细菌，避免高碱环境（混凝土pH≈13）杀死细菌。实验显示，添加20%细菌载体的混凝土，裂缝闭合率达95%，生成的碳酸钙晶体强度达30 MPa，相当于普通混凝土强度的1/3。
• 胶囊“定时释放”愈合剂：将环氧树脂、聚氨酯等愈合剂封装在玻璃/聚合物胶囊中，裂缝扩展时胶囊破裂，愈合剂流出固化，像“破裂后自动释放胶水的微型胶囊”。直径5毫米的胶囊可修复1.5毫米裂缝，强度恢复率超60%。
• 纳米材料“增强骨架”：添加纳米SiO₂、碳纳米管等，提升混凝土韧性和自愈效率。纳米SiO₂可加速水泥水化，生成更多钙硅石凝胶（C-S-H），像“给混凝土骨架加钢筋”，让自修复速度提升2倍，且纳米颗粒可桥接微裂缝，减少裂缝扩展。

实验室到工程：28天裂缝闭合，耐久性提升50%

在模拟工程测试中，自修复混凝土表现亮眼：

• 快速愈合：细菌基混凝土在20℃、湿度90%条件下，7天裂缝闭合50%，28天达90%，远超传统自愈合（仅30%）；
• 强度恢复：抗压强度从开裂后的50 MPa恢复至85 MPa（原强度90 MPa），恢复率70%，弯曲强度恢复率达65%；
• 耐久性飞跃：氯离子渗透系数降低50%，抗冻融循环次数从200次提升至300次，意味着在海边、寒冷地区使用寿命延长3倍。

“最关键的是成本可控。”研究团队指出，细菌基自修复混凝土每吨成本增加约50美元，仅为传统修复成本的1/10，且可工业化生产——通过3D打印将胶囊/细菌载体均匀混入混凝土，不影响施工流动性。

未来挑战：让“自愈”更智能、更持久

尽管前景广阔，自修复混凝土仍需跨越“三道坎”：一是细菌存活难题，高碱、干燥环境下细菌寿命仅3个月，需开发更耐候的载体；二是胶囊分散不均，可能导致局部修复失效，需优化搅拌工艺；三是长期稳定性，愈合产物在干湿循环下可能开裂，需结合纤维增强。

论文通讯作者江希教授表示：“下一步将开发‘多重自愈’系统，比如细菌+胶囊复合，同时修复表面和内部裂缝。未来，自修复混凝土有望让桥梁‘百年免修’，隧道‘自动抗渗’，为‘双碳’目标下的绿色基建提供材料支撑。”

来源: FrontCIVlL