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新型活性混凝土有自愈功能,还能持续生长

关键词: 发布时间:2020年02月10日 | 来源:澎湃新闻·澎湃号·政务

       现代城市是建立在混凝土之上的,但我们付出了可怕的代价。混凝土的生产不仅释放出了大约5%的温室气体,一旦混凝土失效(混凝土结构建筑的有效期一般为50年~70年),其后果可能是毁灭性的。而现在有一种由沙子和细菌制成的新型活性混凝土,只需要你给它提供营养并保持湿度,就可以持续生长。


就像珊瑚礁和贝壳,生物体构建碳酸钙结构已经持续了数百万年。这种能力甚至被人类借用来在混凝土裂缝危及整个结构之前为其添加填充物。来自科罗拉多大学博尔德分校的Wil Srubar博士有更远大的想法。


现有活性混凝土中的细菌活不了多久,因此无法大量繁殖。当Srubar博士搜索了关于活性建筑材料的科学文献时,他发现只有0.1%到0.4%的微生物能存活一个月。不同的钙化细菌的功效可能不同,但普通的混凝土是碱性环境,试图修补其孔洞对于本来应该负责修补的有机体来说,反而是致命的。


Srubar博士从零开始,用的材料是蓝细菌聚球藻属、沙子以及由明胶和营养成分制成的水凝胶。蓝藻利用光合作用将营养物质合成碳酸钙,碳酸钙则与沙子结合形成混凝土。明胶提供了脚手架的作用,而细菌则负责从大气中去除二氧化碳,两者共同作用使材料得以凝固。


与之前不到1%的存活率不同,在Srubar的实验中,这些细菌30天的生存率为9%~14%。当Srubar博士将一块活性混凝土砖劈成两半并添加额外的沙子、明胶和营养物质时,存活的细菌便“殖民”了这块新材料。经过了三代细菌,这一块砖变成了八块。Srubar博士在一份声明中称:“这正是我们试图创造的——一种有生命力的东西。



由细菌形成的混凝土制造、回收活建筑材料的过程 图自Heveran et al./Matter


这项研究仍然存在一些挑战。其中之一,是细菌需要相当潮湿的条件才能不断生长,但活性混凝土作为建筑材料,又必须处于干燥的状态,才能获得最大的强度。在实验室中保持适当的平衡是一回事——但在建筑工地上,这又是另一回事。此外,明胶是由动物胶原蛋白产生的。肉类行业的废弃物为当前的需求提供了充足的供应,但在城市建设中则又是一个问题。纯素明胶替代品能否发挥作用还有待观察。


论文承认,活性建筑材料“无意广泛取代水泥材料”,但它们仍可能具备许多用途,尤其是它们有修复受损部位的能力。细菌可以原地繁殖,这样就节省了很多交通运输费用,在交通不便的地区具有很大的优势,甚至是未来需要在火星上造房子的某一天。

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