跳动城乡网为了生产能够修复裂缝的混凝土结构，德雷克塞尔大学工程学院的研究人员正在对旧技巧进行新的改造，以提高混凝土的耐久性。
自从第一批泥瓦匠将马毛混入泥浆中以来，纤维增强材料就已经存在。然而，德雷克塞尔研究小组正在将这种方法提升到一个新的水平，将增强纤维转变为活的组织系统，将混凝土修复细菌赶到裂缝部位以修复损坏。
最近在《建筑与建筑材料》杂志上报道，德雷克塞尔的“生物纤维”是一种聚合物纤维，包裹在充满细菌的水凝胶和保护性损伤响应外壳中。该团队报告说，嵌入混凝土结构中的生物纤维网格可以提高其耐用性，防止裂缝扩大，并实现自我修复。
“对于利用大自然的灵感来改进建筑材料的持续努力来说，这是一个令人兴奋的进展，”研究团队负责人、工程学院副教授AmirFarnam博士说。
“我们每天都看到老化的混凝土结构正在遭受损坏，这降低了它们的功能寿命，并且需要昂贵的关键维修。想象一下它们可以自我修复吗?在我们的皮肤中，我们的组织通过注入了“我们的自愈液体——血液。这些生物纤维模仿了这一概念，并利用制石细菌来制造损伤响应型活体自愈混凝土。”
延长混凝土的使用寿命不仅有利于建筑行业，而且已成为世界各国致力于减少温室气体排放的优先事项。制造混凝土成分的过程——在超过2,000华氏度的温度下燃烧石灰石、粘土或页岩等矿物混合物——占全球温室气体排放量的8%。
混凝土结构可在短短50年内降解，具体取决于其环境。在更换和对新建筑不断增长的需求之间，混凝土是世界上消耗最多和需求量最大的建筑材料。
生产使用寿命更长的混凝土将是减少其对全球变暖影响的一大进步，更不用说降低基础设施维修的长期成本，这就是为什么美国能源部最近发起了重点改善基础设施的努力。
在过去的十年中，德雷克塞尔在研究如何提高混凝土的可持续性和耐久性方面处于领先地位，而法纳姆的实验室是参与国防部加固其老化结构的团队的一部分。
“多年来，先进基础设施材料实验室一直在培育生物自修复水泥基复合材料的概念，”该研究的主要作者、法纳姆实验室的博士生穆罕默德·胡什曼德(MohammadHoushmand)说。
“BioFiber项目代表了一项协作性、多学科的努力，整合了土木工程、生物学、化学和材料科学领域的专业知识。主要目标是率先开发多功能自愈BioFiber技术，在交叉领域设定新标准。这些不同的学科。”
该团队创造生物纤维的方法受到皮肤组织的自我修复能力和脉管系统在帮助生物体治愈自身伤口方面的作用的启发。它使用他们开发的生物技术，在生物矿化细菌的帮助下实现混凝土基础设施的自我修复。
与MargaretC.Burns工程系主席CarolineSchauer博士、副教授ChristopherSales博士和助理教授AhmadNajafi博士领导的研究团队合作，所有来自工程学院的研究小组鉴定出一种球形赖氨酸芽孢杆菌菌株作为纤维的生物修复剂。
这种持久的细菌通常存在于土壤中，能够驱动一种称为微生物诱导碳酸钙沉淀的生物过程，从而产生一种类似石头的材料，这种材料可以稳定并硬化成补丁，以修补混凝土中暴露的裂缝。
当诱导形成内生孢子时，细菌可以在混凝土内的恶劣条件下生存，处于休眠状态直到被激活。
“这项研究的令人惊奇的事情之一是每个人如何从不同的专业知识中解决这个问题，因此创造新型生物纤维的解决方案更加强大，”绍尔说。
“选择细菌、水凝胶和聚合物涂层的正确组合是这项研究和生物纤维功能的核心。从大自然中汲取灵感是一回事，但将其转化为由生物成分组成的应用，这些生物成分可以在功能性中共存。结构是一项艰巨的任务，需要多方面的专家团队才能成功实现。”
为了组装生物纤维，该团队从能够稳定和支撑混凝土结构的聚合物纤维芯开始。它在纤维上涂上一层充满内生孢子的水凝胶，并用损伤响应聚合物外壳包裹整个组件，就像皮肤组织一样。整个组件的厚度略多于半毫米。
生物纤维在浇注时放置在整个混凝土的网格中，充当增强支撑剂。但只有当裂缝穿透混凝土足以刺穿纤维的聚合物外壳时，它的真正才能才会显现出来。
当水进入裂缝并最终到达生物纤维时，它会导致水凝胶膨胀并从外壳中挤出并向上推向裂缝表面。当这种情况发生时，细菌在混凝土中存在碳和营养源的情况下从其内生孢子形式被激活。细菌与混凝土中的钙发生反应，产生碳酸钙，充当胶结材料，将裂缝一直填充到表面。
愈合时间最终取决于裂缝的大小和细菌的活性(该团队目前正在研究这一机制)，但早期迹象表明细菌可以在短短一到两天内完成其工作。
法纳姆说：“虽然在检查自我修复动力学方面还有很多工作要做，但我们的研究结果表明，这是一种无需外部干预即可阻止形成、稳定和修复裂缝的可行方法。”“这意味着生物纤维有一天可以用来制造&luo;活的&ruo;混凝土基础设施并延长其使用寿命，从而无需进行昂贵的维修或更换。”
