青年报·青春上海记者 范彦萍

桥梁、码头、房屋等发生混凝土开裂是司空见惯的事，但传统的施工工艺工期长，造价高，普遍修复效果只有五六成。

那么，有没有可能用更先进的技术做修复呢？一旦这样的念头冒出后便一发不可收拾。上海城建职业学院的3位00后学子凭借《长生不老的砼——混凝土裂缝的微生物自感知、自修复》项目，摘得了近日由市教委、市科委和上海科普教育发展基金会联合主办的第二十二届上海市百万青少年争创“明日科技之星”活动赛事的“明日科技之星”一等奖，而他们所在的学校也是全市唯一获奖的高职院校。

值得一提的是，目前这一技术已经申请多项专利，并已经在国内的多个跨海桥梁及隧道项目中试用，获得了极佳的效果。

历经无数次试验失败

最终发明新型混凝土裂缝修复方式

微生物能修复裂缝？听起来不免有点天方夜谭。上海城建职业学院市政与生态工程学院的大学生王云鹏、倪倩倩和朱子谦分工，查找了诸多国内外的论文，发现国际上的确有一些尝试，但用的一般是微生物菌液。“问题来了，菌液的液体流动性强，导致修复效果很慢。而不同微生物达到的修复效果也不一样。”

王云鹏告诉记者，在综合了国外的相关论文后，团队成员复现了多个微生物品种，发现混凝土属于强碱性材料，微生物在碱性环境下反应效果比较慢，最后他们遴选了耐强碱的巴氏芽孢杆菌。为了解决菌液液体流动性高的问题，团队成员决定采用固载技术，将微生物菌液浸泡在珊瑚礁钙质沙里，可以提高载菌量和存活率。

做课题的过程困难重重。“我们最初选了五六种材料，在微生物培养时不知道是否真的能培养出来，培养期间，微生物频频遭遇死亡。菌种稳定后，涂在试块上，我们又对其表面是否处理干净，是否影响微生物生存心里没底，前前后后我们复刻了无数遍。”王云鹏介绍说。

所谓纸上得来终觉浅。当根据搜集来的素材上的要求，准备了酒精灯后，团队成员并不知道其真实用途。起初，酒精灯只是放在纯净台边的摆设。当团队成员迷惑为何实验的效果时好时坏时，指导教师李涛一句话点破天机：原来，酒精灯的存在是为了灭杂菌。值得一提的是，当大家把酒精灯离得近了，菌群因为温度太高活性反而降低。“你看，仅仅实验温度一个维度就要巧妙控制，维持不高不低。”王云鹏说。

固载技术的实施过程也经历了一波三折。如何将菌液灌注进珊瑚礁钙质沙，大家一开始想到的是加压，但后来发现不仅不安全，效果也不好。最后大家突发奇想萌发了反其道行之的念头——利用负压灌注，没想到效果出奇地好。

据悉，该项目针对混凝土裂缝严重影响混凝土结构的耐久性和安全性的问题，基于微生物自修复技术相较于传统修补方法更为绿色环保，沉积的生物碳酸钙与混凝土基体的相容性好，修复液渗透性强、易进入裂缝空间等多方面优点，积极探索出了新型混凝土裂缝修复材料，创新提出一种新型微生物固载材料和固载工艺并且进行实体工程应用，为建筑安全和生态可持续发展提供了强有力的技术支持。整个研发过程经过一年半的努力。

已在实体隧道和大桥上试用

效果显著、工期缩短

“让我们欣喜的是，这项新技术的造价是传统方式的五分之一。我们已经在申请三项专利了。微生物修复的效果高达80%。微生物会长出结晶，产生活性后，结合原本裂缝产生的钙离子，产生碳酸钙的沉淀，实现自修复自愈合。”王云鹏介绍说。

让人欣喜的是，在市政与生态工程学院院长、该项目指导教师李涛教授的推介下，这一全新的技术还应用到了鲁家峙大桥和武岭隧道两个实体项目，分别节省了4个月和1个月的工期，目前这两个项目已经成功修复完毕。

“微生物修复方式一种绿色低碳的方式，值得推广。”王云鹏告诉记者，目前诸如碳纤维等修复工艺手段比较成熟。但这种修复工艺，需要贴各种胶质，有毒有害，对环境有污染，还很贵。诸如碳纤维布在内的传统工艺只能恢复裂缝的40~50%，但采取微生物修复的效果可以达到80%。

对于项目的应用前景，指导教师李涛也十分有信心。曾有学生问过他一个问题，“跨海桥梁长时间受氯离子侵蚀，建成的跨海大桥设计寿命为100—120 年，海洋环境下钢筋锈蚀非常严重，这些跨海大桥耐久性问题怎么样？”李涛的答复是，“我国最近一次的腐蚀成本调查表明,当前我国腐蚀总成本至少为3.8万亿，约占GDP的3.34%，其中交通运输领域腐蚀成本每年677亿元。混凝土开裂导致钢筋锈蚀，耐久性降低，安全风险增大。因此我国桥梁工程耐久性研究迫在眉睫。而一项耐久性方面的新技术——混凝土裂缝的生物防护新技术恰恰可以解决燃眉之急。该技术应用领域包括铁道工程、水利工程、交通工程、海洋工程中的混凝土结构物。对在役混凝土桥梁、码头、房屋等耐久性提升具有积极贡献，应用前景广阔。”

那么，微生物修复的效果如何呢？李涛介绍说，根据力学和耐久性测试数据表明，混凝土裂缝微生物自修复技术能够显著提升混凝土结构物耐久性。课题组进行了大量SEM、XRD 等测试，采用无损检测手段：如超声波和红外线探测，利用图像识别方法（深度学习、利用卷积神经网络）对自修复效果进行评价。不仅如此，课题组还研究了藤壶生物胶与微生物诱导碳酸钙沉积技术的协同作用机制对提升海工混凝土耐久性的效果，并将开发混凝土裂缝自修复新一代生物材料。

李涛表示，此项新技术是混凝土裂缝修复的生物技术，修复成本低、生态环保，绿色低碳，符合可持续发展理念。现已经过工程实际项目使用验证。

青年报·青春上海记者 范彦萍

编辑:陆天逸

来源:青春上海News—24小时青年报