透过添加特殊的真菌,美团队要让混凝土能像人一样受伤后“自我修复”

2018-02-26 369
摘要:随着使用时间一长,混凝土建筑经常会出现微小裂缝,而这些裂缝便是许多问题的来源。如果没有经过适当处理,这些裂缝往往会进一步发展,最终导致结构问题及昂贵的维修费用。 但如果混凝土的裂缝能自我修复呢? 这并不是空谈,过去荷兰科学家 Henk Jonkers 就曾发明新型态的生物混凝土(Bioconcrete),透过细菌自我修复功

随着使用时间一长,混凝土建筑经常会出现微小裂缝,而这些裂缝便是许多问题的来源。如果没有经过适当处理,这些裂缝往往会进一步发展,最终导致结构问题及昂贵的维修费用。

但如果混凝土的裂缝能自我修复呢?

这并不是空谈,过去荷兰科学家 Henk Jonkers 就曾发明新型态的生物混凝土(Bioconcrete),透过细菌自我修复功能,让一定程度以下的裂缝都能自我修复,这项研究目前也仍在持续。

如今不只是荷兰,美国宾汉顿大学(Binghamton University)研究人员近日也开发出一种新型态的混凝土,透过添加特殊的真菌,混凝土在出现裂缝时将能自我修复,团队相信这将能够帮助基础设施上经常出现的修复问题。

团队成员之一、机械工程系助理教授 Congrui Jin 指出,混凝土的微小裂缝几乎是所有问题的来源,一旦这些裂缝扩展到钢筋周遭,一切就不再只是混凝土的问题,“在接触到空气中水、氧气、二氧化碳或氯化物的情况下,钢筋便会受腐蚀进而导致结构失效。”

考量到混凝土的应用如此广泛,这些裂缝可能会导致巨大、潜在性的基础设施问题,举例来说,核电厂的屏蔽层便是以混凝土打造,虽然运用结构补强技术能帮助老化的混凝土,但这仍然只是短暂的修复方法,等到下一个裂缝出现时一切又得重来一次。

(Source:Binghamton University/Jonathan Cohen)

为了避免这些情况,研究团队便开始着手寻找一种方法可长期修复混凝土。收集了许多资料后,他们得到一个不太寻常的答案:Trichoderma reesei 真菌。透过将真菌孢子和营养物一同放入混凝土基材(matrix)中混合,无法接触到空气的情况下,真菌会处于休眠状态,直到第一道裂缝出现。



团队之所以出现这个想法,主要受到人体能自我修复伤口的奇妙能力启发,就像人体一样,研究人员希望对混凝土受损的“皮肤”或“组织”,主体能透过采取营养产生新的替代品,来治疗受损的部位。

“当裂缝产生,水和氧气进入其中并逐渐达到充足,休眠的真菌孢子便会发芽、生长并沉淀碳酸钙来治疗裂缝。当裂缝被完全填满,最终不再有水和氧气进入时,真菌便会再变回孢子的型态,等到下一次环境适合时便会再次苏醒。”

这项研究仍处于初期阶段,目前最大的考验还是真菌在混凝土恶劣环境中的生存能力。随着进一步的调整,Jin 希望 Trichoderma 将能有效弥补裂缝。

虽然将高效率的自愈混凝土带到市场上仍是一个巨大的挑战.但 Jin 认为,这些应用替代微生物的混凝土具有潜在的重要性存在,因此团队仍会持续进行研究。

相关论文已经发布在《建筑与建材》(Construction and Building Materials)期刊。

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(首图来源:pixabay)