你家小区的混凝土路面是不是总有些细微裂缝？这些“小伤口”不仅影响美观，还会让雨水、腐蚀性气体渗入，导致钢筋锈蚀，缩短建筑寿命。传统修复需人工灌浆，成本高且难以触及隧道、桥梁等“隐蔽部位”。我国同济大学团队最新研究显示，将建筑废料制成的再生混凝土骨料（RCA）涂上硅酸钠涂层，作为“细菌胶囊”，可让混凝土裂缝7天愈合率达90%，28天裂缝面积填充率86.4%，水密性恢复超70%。相关成果近日发表于《Frontiers of Structural and Civil Engineering》，为绿色基建提供“变废为宝”的自修复方案。

混凝土裂缝难修复？细菌“微型施工队”来帮忙

混凝土是全球用量最大的建筑材料，却因脆性易开裂——建筑服役10年内，80%会出现0.1-0.5毫米裂缝，如同“皮肤失去弹性长皱纹”。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%。全球每年用于混凝土裂缝修复的费用超千亿美元，而地下隧道、海上平台等“难达区域”的裂缝更是难以处理。

“微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）技术是理想方案，但细菌在高碱环境（混凝土pH≈13）中易‘失活’。”研究团队解释，该技术通过细菌代谢产生碳酸钙填充裂缝，如同“微型施工队”，但细菌直接混入混凝土会被强碱杀死。因此，需要“保护壳”让细菌在裂缝出现时再“苏醒”。

再生骨料+硅酸钠涂层，打造“智能细菌胶囊”

团队创新设计“再生骨料细菌载体”，将建筑废料“变废为宝”：

• 再生骨料“多孔胶囊”：建筑 demolition waste 制成的RCA，表面有大量孔隙，如同“海绵”吸附细菌和营养物（酪蛋白、大豆蛋白），每100克RCA可装载4×10⁹个巴氏芽孢杆菌孢子；
• 硅酸钠“保护涂层”：用硅酸钠溶液喷涂RCA表面，形成光滑保护膜，像“胶囊外壳”隔绝高碱环境，避免细菌提前失活。当裂缝出现时，涂层破裂，水和氧气渗入，激活细菌代谢；
• “一石二鸟”环保设计：RCA替代天然骨料，减少建筑废料填埋（我国每年产生超20亿吨建筑废料），硅酸钠涂层来自工业副产品，成本降低30%。

pH调控+20%替代率，实现高效自愈

实验中，团队发现pH值是MICP的关键：当pH>11时，细菌活性被抑制；pH<8时会产生不稳定的球霰石，而pH>8时仅生成稳定的方解石。因此，硅酸钠涂层的“缓冲作用”至关重要，可将局部pH控制在8-10，确保细菌高效代谢。

不同RCA替代率测试显示，20%替代率时效果最佳：初始裂缝宽度0.3-0.4毫米，7天愈合率约90%，28天裂缝面积填充率86.4%，远超无细菌的对照组（仅33.7%）。水密性测试中，快速吸水场景下恢复率74.4%，慢速吸水场景29.8%，说明裂缝被有效密封。

不过，RCA的光滑涂层导致其与混凝土基体结合较弱，使劈裂抗拉强度降低19.6%-29%。团队表示，通过优化界面处理可弥补这一缺陷，不影响实际使用。

建筑废料资源化，助力“双碳”目标

该技术不仅解决混凝土自修复难题，更推动建筑废料资源化——每利用1吨RCA替代天然骨料，可减少0.8吨CO₂排放，按我国每年10亿吨水泥用量计算，推广后年减排8亿吨。目前，团队正探索在地铁隧道、跨海大桥等工程中应用，目标3年内实现规模化生产。

论文通讯作者徐静教授表示：“再生骨料‘细菌胶囊’将建筑废料转化为‘修复资源’，为韧性基础设施和低碳建筑提供新思路。”

来源: FrontCIVlL