新型活性混凝土有自愈功能,還能持續(xù)生長

北京科協(xié) · 2020-02-06 09:02 留言

現(xiàn)代城市是建立在混凝土之上的,但我們付出了可怕的代價(jià)?;炷恋纳a(chǎn)不僅釋放出了大約5%的溫室氣體,一旦混凝土失效(混凝土結(jié)構(gòu)建筑的有效期一般為50年~70年),其后果可能是毀滅性的。而現(xiàn)在有一種由沙子和細(xì)菌制成的新型活性混凝土,只需要你給它提供營養(yǎng)并保持濕度,就可以持續(xù)生長。

就像珊瑚礁和貝殼,生物體構(gòu)建碳酸鈣結(jié)構(gòu)已經(jīng)持續(xù)了數(shù)百萬年。這種能力甚至被人類借用來在混凝土裂縫危及整個結(jié)構(gòu)之前為其添加填充物。來自科羅拉多大學(xué)博爾德分校的Wil Srubar博士有更遠(yuǎn)大的想法。

現(xiàn)有活性混凝土中的細(xì)菌活不了多久,因此無法大量繁殖。當(dāng)Srubar博士搜索了關(guān)于活性建筑材料的科學(xué)文獻(xiàn)時,他發(fā)現(xiàn)只有0.1%到0.4%的微生物能存活一個月。不同的鈣化細(xì)菌的功效可能不同,但普通的混凝土是堿性環(huán)境,試圖修補(bǔ)其孔洞對于本來應(yīng)該負(fù)責(zé)修補(bǔ)的有機(jī)體來說,反而是致命的。

Srubar博士從零開始,用的材料是藍(lán)細(xì)菌聚球藻屬、沙子以及由明膠和營養(yǎng)成分制成的水凝膠。藍(lán)藻利用光合作用將營養(yǎng)物質(zhì)合成碳酸鈣,碳酸鈣則與沙子結(jié)合形成混凝土。明膠提供了腳手架的作用,而細(xì)菌則負(fù)責(zé)從大氣中去除二氧化碳,兩者共同作用使材料得以凝固。

與之前不到1%的存活率不同,在Srubar的實(shí)驗(yàn)中,這些細(xì)菌30天的生存率為9%~14%。當(dāng)Srubar博士將一塊活性混凝土磚劈成兩半并添加額外的沙子、明膠和營養(yǎng)物質(zhì)時,存活的細(xì)菌便“殖民”了這塊新材料。經(jīng)過了三代細(xì)菌,這一塊磚變成了八塊。Srubar博士在一份聲明中稱:“這正是我們試圖創(chuàng)造的——一種有生命力的東西。

由細(xì)菌形成的混凝土制造、回收活建筑材料的過程

圖自Heveran et al./Matter

這項(xiàng)研究仍然存在一些挑戰(zhàn)。其中之一,是細(xì)菌需要相當(dāng)潮濕的條件才能不斷生長,但活性混凝土作為建筑材料,又必須處于干燥的狀態(tài),才能獲得最大的強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)室中保持適當(dāng)?shù)钠胶馐且换厥隆诮ㄖさ厣希@又是另一回事。此外,明膠是由動物膠原蛋白產(chǎn)生的。肉類行業(yè)的廢棄物為當(dāng)前的需求提供了充足的供應(yīng),但在城市建設(shè)中則又是一個問題。純素明膠替代品能否發(fā)揮作用還有待觀察。

論文承認(rèn),活性建筑材料“無意廣泛取代水泥材料”,但它們?nèi)钥赡芫邆湓S多用途,尤其是它們有修復(fù)受損部位的能力。細(xì)菌可以原地繁殖,這樣就節(jié)省了很多交通運(yùn)輸費(fèi)用,在交通不便的地區(qū)具有很大的優(yōu)勢,甚至是未來需要在火星上造房子的某一天。

編輯:劉群

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