神奇的微生物水泥和微生物智能混凝土

  微生物自地球歷史早期便廣泛的存在于地球表面環(huán)境，廣泛的參與自然界的成巖成礦過程。“學(xué)習(xí)自然、模擬自然”，如何將自然界數(shù)十億年前已經(jīng)存在的微生物礦化作用為人類所用，為人類造福，東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院錢春香教授團(tuán)隊(duì)自2004年開始潛心研究這一前沿課題，歷經(jīng)十余年成功研制出神奇的微生物水泥和微生物智能混凝土。

  早在粘土、火山灰、石灰這些膠凝材料發(fā)明之前，甚至在人類未出現(xiàn)之前，地球上就已經(jīng)擁有了具有生命調(diào)控機(jī)制的生物膠凝材料，微生物通過自身的新陳代謝礦化形成有序排列、結(jié)構(gòu)優(yōu)異、并具有膠凝特性的天然礦物材料，參與了自然界的成巖造丘過程。錢春香教授團(tuán)隊(duì)將這類微生物從自然界分離出來，通過人為調(diào)控，將其在自然界漫長的膠結(jié)過程縮短在幾天內(nèi)完成，制備出了環(huán)境友好的新型低碳微生物水泥，包括碳酸鹽微生物水泥、磷酸鹽微生物水泥兩大類，主要用于地基加固、邊坡防護(hù)、揚(yáng)塵治理、重金屬離子鈍化以及建筑預(yù)制品制備等，這些神奇的微生物可以膠結(jié)砂粒，可以固結(jié)揚(yáng)塵，可以制備磚塊，還可以在土壤中牢牢的“抓住”重金屬離子，阻止它們通過植物的根、莖、葉進(jìn)入人類的食物鏈中，如圖1～圖4所示。

  神奇的微生物介入混凝土，會給冰冷的混凝土賦予新的功能，錢春香教授團(tuán)隊(duì)秉持這個方向，取得了很多可喜的突破，實(shí)現(xiàn)了混凝土裂縫自修復(fù)、抗泛堿、防止玻璃纖維腐蝕等智能化發(fā)展。混凝土材料一旦開裂，其耐久性迅速衰減，科學(xué)家們一直期待混凝土能像我們的皮膚一樣自感知、自愈合。錢春香教授團(tuán)隊(duì)利用微生物生命活動的激發(fā)機(jī)制，將具有礦化能力并具有嗜堿特性的微生物預(yù)先埋入混凝土中，使其休眠；一旦混凝土開裂后，O₂、CO₂、水分等介質(zhì)可實(shí)現(xiàn)有效傳輸，激發(fā)微生物復(fù)蘇，在原位形成礦化產(chǎn)物，從而閉合裂縫，真正實(shí)現(xiàn)了混凝土對于開裂的自感知和自修復(fù)。此外，利用微生物還可以顯著提升墻板的抗泛堿能力，保護(hù)混凝土中的玻璃纖維不受腐蝕，如圖5～圖7所示。