神奇的微生物水泥和微生物智能混凝土

  微生物自地球历史早期便广泛的存在于地球表面环境，广泛的参与自然界的成岩成矿过程。“学习自然、模拟自然”，如何将自然界数十亿年前已经存在的微生物矿化作用为人类所用，为人类造福，东南大学材料科学与工程学院钱春香教授团队自2004年开始潜心研究这一前沿课题，历经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、石灰这些胶凝材料发明之前，甚至在人类未出现之前，地球上就已经拥有了具有生命调控机制的生物胶凝材料，微生物通过自身的新陈代谢矿化形成有序排列、结构优异、并具有胶凝特性的天然矿物材料，参与了自然界的成岩造丘过程。钱春香教授团队将这类微生物从自然界分离出来，通过人为调控，将其在自然界漫长的胶结过程缩短在几天内完成，制备出了环境友好的新型低碳微生物水泥，包括碳酸盐微生物水泥、磷酸盐微生物水泥两大类，主要用于地基加固、边坡防护、扬尘治理、重金属离子钝化以及建筑预制品制备等，这些神奇的微生物可以胶结砂粒，可以固结扬尘，可以制备砖块，还可以在土壤中牢牢的“抓住”重金属离子，阻止它们通过植物的根、茎、叶进入人类的食物链中，如图1～图4所示。

  神奇的微生物介入混凝土，会给冰冷的混凝土赋予新的功能，钱春香教授团队秉持这个方向，取得了很多可喜的突破，实现了混凝土裂缝自修复、抗泛碱、防止玻璃纤维腐蚀等智能化发展。混凝土材料一旦开裂，其耐久性迅速衰减，科学家们一直期待混凝土能像我们的皮肤一样自感知、自愈合。钱春香教授团队利用微生物生命活动的激发机制，将具有矿化能力并具有嗜碱特性的微生物预先埋入混凝土中，使其休眠；一旦混凝土开裂后，O₂、CO₂、水分等介质可实现有效传输，激发微生物复苏，在原位形成矿化产物，从而闭合裂缝，真正实现了混凝土对于开裂的自感知和自修复。此外，利用微生物还可以显著提升墙板的抗泛碱能力，保护混凝土中的玻璃纤维不受腐蚀，如图5～图7所示。