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[摘 要]混凝土原材料丰富、制作简单、施工方便。而且经久耐用，维修费用少，混凝土对自然条件影响具有较好的适应性。在正常使用情况下是一种寿命较长的工程材料。然而混凝土最大的缺点是容易产生微裂缝，混凝土结构因为开裂而失效的事故频频发生，因此对混凝土开裂损伤部位的实时自修复便尤为重要。微生物诱导碳酸盐沉积被认为是一种有效的微生物修复混凝土的策略，目前已逐渐引起人们的关注。本文回顾了混凝土自修复的发展背景和国内外发展现状，阐述了现今自修复混凝土研究中存在的问题，通过深入分析，展现了自修复混凝土的发展趋势和应用前景。
中图分类号：TU986 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0096-01
正文
随着我国现代化进程的不断发展，各种各样以混凝土为基础的设施建设方兴未艾。混凝土具有施工工艺简易多变、原材料丰富、在硬化前有良好的塑性、有较高的强度和耐久性维修费用少等优点，因而使应用量越来越大。并且混凝土对自然条件影响具有较好的适应性，这些特点使其在大量的建筑工程中广泛使用。
然而在混凝土被广泛应用时，一致命问题渐渐暴露。其自重太大、脆性高，在制备混凝土和使用时，由于荷载或温差因素的作用，由内而外容易产生裂缝、破碎、表皮脱落等缺陷甚至结构的坍塌。这些裂缝会导致环境中的酸性侵蚀性介质随着水渗入混凝土结构，久而久之损害混凝土的力学性能、耐久性能。这对地铁隧道混凝土的考验更大。早稻田大学的研究表明，混凝土出现裂缝是不可避免的。因此，对混凝土结构采需要采取适合的工程技术手段来修复裂缝，保持各方面功能，这对提高使用寿命、保证结构的安全性、减少费用损失、保证人们安全具有重要的意义。
1 背景技术
微生物诱导的碳酸钙沉积（MICP）技术是一种崭新的技术备用应用于混凝土修补中。MICP技术是指利用微生物诱导生成碳酸钙来修复裂缝，改善混凝土结构的强度和耐久性能。现在混凝土的修复主要有三种方案：（1）胶囊中加修复剂，当混凝土出现裂缝，水跟氧气渗入使胶囊破裂，修复剂流出修复混凝土（2）直接在制备混凝土时加入微生物，但是微生物存活时间较短，且混凝土中掺入的营养物质会减少工程结构的稳定性。（3）申请号为“201210580233.4”的专利公开了“一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，包括混凝土基体，所述混凝土基体内设有微生物复合胶囊，所述微生物复合胶囊内包覆有好氧型微生物及适合所述好氧型微生物生长的培养基。”可以不用外加培养基，混凝土即可以实现智能修复。其机理是裂纹穿透复合胶囊，释放出微生物发生代谢作用生成二氧化碳与钙离子反应成碳酸钙以修复裂缝，此方法有以下缺陷：第一、复合胶囊中的培养基以及微生物释放出之后会对混凝土的强度产生影响；第二、胶囊只能使用一次，不能对混凝土同一位置的裂纹进行持续修复；第三，胶囊外表面为圆滑结构，与混凝土的粘结性较差，且水流入之后易被冲走，而无法发挥修复作用。鉴于此，可持续修复混凝土胶囊的研究至关重要，能够大量解约人力物力，具有较大市场潜力。
2 国内外研究现状
2.1 国外的发展及水平
2010年，VanTittelboom等[1]，研究了在微观环境中尿素酶菌把尿素转化成氨基和碳酸根，从而产生碳酸钙沉淀的生物修复技术。结果表明：虽然单纯的细菌培养不能修复裂缝，但是裂缝可通过细菌为免受高pH值混凝土影响而产生的硅胶完全填满。
2011年，Jonker[2]使用真空技术把芽抱菌和乳酸钙固定在预先置入混凝土中的多空膨胀粘土颗粒中，内含细菌混凝土的裂缝因产生碳酸钙而有效愈合，芽抱菌的生存能力从2个月增至6个多月。
2013年，Huang等[3]对水泥基材料自愈合行为进行了表征和量化，指出在水泥浆体养护前期，其自愈合行为主要靠未水化水泥颗粒的进一步水化。
2.2 国内的研究现状和水平
国内对智能材料结构的研究一般都集中在对它的自诊断、自适应功能上，对于自修复的研究尚处于刚刚起步阶段[4]，与西方发达国家相比还有很大的差距。
2009年，钱春香课题组[5-6]在利用微生物诱导矿物沉淀来修复混凝土方面做了很多工作万他们利用菌株A和碳酸盐矿化菌生长繁殖过程中产生的酶化作用生成碳酸根，适时引入钙离子，形成碳酸钙，改善了水泥石的渗透性。
2010年，尹晓爽等[7]自培育斯氏假单胞菌，其对碳酸钙结晶过程具有抑制作用但可诱导亚稳态球霹石和中孔方解石型碳酸钙的生成。
2012年，阚黎黎等[8-9]研究了不同配比、不同龄期的ECC残余应变、裂缝分布特性、干湿自愈合循环环境中共振频率、力学性能的恢复情况以及自愈合产物的微观特性，指出ECC试件的残余应变约等于预加应变的50%，90d龄期试件拥有更多及更小宽度的裂缝，干湿循环有利于ECC材料的自愈合。自愈合后共振频率的恢复值可超过90%以上，最终强度及拉伸應变能力均达到甚至超过对比试样，自愈合产物中含有水化硅酸钙凝胶和碳酸钙。
3 研究意义
微生物持续自修复胶囊作为一种智能材料，可以解决很多原始方法难以解决或不能解决的关键问题，在及时修复混凝土结构裂缝和损伤方面有很大的潜力，并且在修复完成后微生物在隔绝水的前提下可自动进行休眠，持续性对混凝土裂缝进行修复，具有能耗低，绿色环保的特点，彻底解决以往修复技术效率低、对环境极易造成破坏、施工复杂、不可重复利用等特点。同时该修复技术一个较大的优势在于可自动监测混凝土构件的性能，混凝土构件发生渗漏，激活胶囊内微生物，从而修复裂缝。及时修复混凝土裂缝，可以提高混凝土的抗渗性、抗氯离子侵蚀以及抗碳化能力，阻止有害物质侵入混凝土内部，提高混凝土结构的使用寿命，从而可以达到降低地铁行业的施工难度、保证地铁的使用质量、延长地铁混凝土构件的使用年限等目的。 参考文献
[1] Tittelboom K V， Belie N D， Muynck W D， et al. Use of bacteria to repair cracks in concrete[J]. Cement & Concrete Research， 2010， 40（1）：157-166.
[2] Jonkers H M. Bacteria-based self-healing concrete[J]. Heron， 2011， 56：195.
[3] Huang H， Ye G， Damidot D. Characterization and quantification of self-healing behaviors of microcracks due to further hydration in cement paste[J]. Cement & Concrete Research， 2013， 52（10）：71-81.
[4] 袁朝龙，钟约先，马庆贤，等.孔隙性缺陷拟生自修复机制研究[J].中国科学：技术科学，2002，32（6）：747-753.
[5] 王瑞兴，钱春香，王剑云.微生物沉积碳酸钙研究[J].东南大学学报（自然科学版），2005，35（S1）：191-195.
[6] 王剑云，钱春香，王瑞兴，等.菌液浸泡法在水泥基材料表面覆膜研究[J].硅酸盐学报，2009，37（7）：1097-1102.
[7] 尹晓爽.一种假单胞菌诱导CaCO3结晶[J].应用化学，2010，27（8）：911-915.
[8] 阚黎黎，施惠生，翟广飞，等.高延展性纤维增强水泥基复合材料自愈合行为[J].硅酸盐学报，2011，39（4）：682-689.
[9] 阚黎黎，施惠生.工程水泥基材料裂缝分布及自愈合后力学性能[J].建筑材料学报，2012，15（1）：27-33.
作者簡介
张华玮（1996.05-），男，汉族，山东威海人，本科生，研究方向：混凝土裂缝自愈合生物制剂的研究。
基金项目
国家级大学生创新创业训练计划项目，混凝土裂缝自愈合生物制剂的研究（编号201610427006）。
中图分类号：TU986 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0096-01
正文
随着我国现代化进程的不断发展，各种各样以混凝土为基础的设施建设方兴未艾。混凝土具有施工工艺简易多变、原材料丰富、在硬化前有良好的塑性、有较高的强度和耐久性维修费用少等优点，因而使应用量越来越大。并且混凝土对自然条件影响具有较好的适应性，这些特点使其在大量的建筑工程中广泛使用。
然而在混凝土被广泛应用时，一致命问题渐渐暴露。其自重太大、脆性高，在制备混凝土和使用时，由于荷载或温差因素的作用，由内而外容易产生裂缝、破碎、表皮脱落等缺陷甚至结构的坍塌。这些裂缝会导致环境中的酸性侵蚀性介质随着水渗入混凝土结构，久而久之损害混凝土的力学性能、耐久性能。这对地铁隧道混凝土的考验更大。早稻田大学的研究表明，混凝土出现裂缝是不可避免的。因此，对混凝土结构采需要采取适合的工程技术手段来修复裂缝，保持各方面功能，这对提高使用寿命、保证结构的安全性、减少费用损失、保证人们安全具有重要的意义。
1 背景技术
微生物诱导的碳酸钙沉积（MICP）技术是一种崭新的技术备用应用于混凝土修补中。MICP技术是指利用微生物诱导生成碳酸钙来修复裂缝，改善混凝土结构的强度和耐久性能。现在混凝土的修复主要有三种方案：（1）胶囊中加修复剂，当混凝土出现裂缝，水跟氧气渗入使胶囊破裂，修复剂流出修复混凝土（2）直接在制备混凝土时加入微生物，但是微生物存活时间较短，且混凝土中掺入的营养物质会减少工程结构的稳定性。（3）申请号为“201210580233.4”的专利公开了“一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，包括混凝土基体，所述混凝土基体内设有微生物复合胶囊，所述微生物复合胶囊内包覆有好氧型微生物及适合所述好氧型微生物生长的培养基。”可以不用外加培养基，混凝土即可以实现智能修复。其机理是裂纹穿透复合胶囊，释放出微生物发生代谢作用生成二氧化碳与钙离子反应成碳酸钙以修复裂缝，此方法有以下缺陷：第一、复合胶囊中的培养基以及微生物释放出之后会对混凝土的强度产生影响；第二、胶囊只能使用一次，不能对混凝土同一位置的裂纹进行持续修复；第三，胶囊外表面为圆滑结构，与混凝土的粘结性较差，且水流入之后易被冲走，而无法发挥修复作用。鉴于此，可持续修复混凝土胶囊的研究至关重要，能够大量解约人力物力，具有较大市场潜力。
2 国内外研究现状
2.1 国外的发展及水平
2010年，VanTittelboom等[1]，研究了在微观环境中尿素酶菌把尿素转化成氨基和碳酸根，从而产生碳酸钙沉淀的生物修复技术。结果表明：虽然单纯的细菌培养不能修复裂缝，但是裂缝可通过细菌为免受高pH值混凝土影响而产生的硅胶完全填满。
2011年，Jonker[2]使用真空技术把芽抱菌和乳酸钙固定在预先置入混凝土中的多空膨胀粘土颗粒中，内含细菌混凝土的裂缝因产生碳酸钙而有效愈合，芽抱菌的生存能力从2个月增至6个多月。
2013年，Huang等[3]对水泥基材料自愈合行为进行了表征和量化，指出在水泥浆体养护前期，其自愈合行为主要靠未水化水泥颗粒的进一步水化。
2.2 国内的研究现状和水平
国内对智能材料结构的研究一般都集中在对它的自诊断、自适应功能上，对于自修复的研究尚处于刚刚起步阶段[4]，与西方发达国家相比还有很大的差距。
2009年，钱春香课题组[5-6]在利用微生物诱导矿物沉淀来修复混凝土方面做了很多工作万他们利用菌株A和碳酸盐矿化菌生长繁殖过程中产生的酶化作用生成碳酸根，适时引入钙离子，形成碳酸钙，改善了水泥石的渗透性。
2010年，尹晓爽等[7]自培育斯氏假单胞菌，其对碳酸钙结晶过程具有抑制作用但可诱导亚稳态球霹石和中孔方解石型碳酸钙的生成。
2012年，阚黎黎等[8-9]研究了不同配比、不同龄期的ECC残余应变、裂缝分布特性、干湿自愈合循环环境中共振频率、力学性能的恢复情况以及自愈合产物的微观特性，指出ECC试件的残余应变约等于预加应变的50%，90d龄期试件拥有更多及更小宽度的裂缝，干湿循环有利于ECC材料的自愈合。自愈合后共振频率的恢复值可超过90%以上，最终强度及拉伸應变能力均达到甚至超过对比试样，自愈合产物中含有水化硅酸钙凝胶和碳酸钙。
3 研究意义
微生物持续自修复胶囊作为一种智能材料，可以解决很多原始方法难以解决或不能解决的关键问题，在及时修复混凝土结构裂缝和损伤方面有很大的潜力，并且在修复完成后微生物在隔绝水的前提下可自动进行休眠，持续性对混凝土裂缝进行修复，具有能耗低，绿色环保的特点，彻底解决以往修复技术效率低、对环境极易造成破坏、施工复杂、不可重复利用等特点。同时该修复技术一个较大的优势在于可自动监测混凝土构件的性能，混凝土构件发生渗漏，激活胶囊内微生物，从而修复裂缝。及时修复混凝土裂缝，可以提高混凝土的抗渗性、抗氯离子侵蚀以及抗碳化能力，阻止有害物质侵入混凝土内部，提高混凝土结构的使用寿命，从而可以达到降低地铁行业的施工难度、保证地铁的使用质量、延长地铁混凝土构件的使用年限等目的。 参考文献
[1] Tittelboom K V， Belie N D， Muynck W D， et al. Use of bacteria to repair cracks in concrete[J]. Cement & Concrete Research， 2010， 40（1）：157-166.
[2] Jonkers H M. Bacteria-based self-healing concrete[J]. Heron， 2011， 56：195.
[3] Huang H， Ye G， Damidot D. Characterization and quantification of self-healing behaviors of microcracks due to further hydration in cement paste[J]. Cement & Concrete Research， 2013， 52（10）：71-81.
[4] 袁朝龙，钟约先，马庆贤，等.孔隙性缺陷拟生自修复机制研究[J].中国科学：技术科学，2002，32（6）：747-753.
[5] 王瑞兴，钱春香，王剑云.微生物沉积碳酸钙研究[J].东南大学学报（自然科学版），2005，35（S1）：191-195.
[6] 王剑云，钱春香，王瑞兴，等.菌液浸泡法在水泥基材料表面覆膜研究[J].硅酸盐学报，2009，37（7）：1097-1102.
[7] 尹晓爽.一种假单胞菌诱导CaCO3结晶[J].应用化学，2010，27（8）：911-915.
[8] 阚黎黎，施惠生，翟广飞，等.高延展性纤维增强水泥基复合材料自愈合行为[J].硅酸盐学报，2011，39（4）：682-689.
[9] 阚黎黎，施惠生.工程水泥基材料裂缝分布及自愈合后力学性能[J].建筑材料学报，2012，15（1）：27-33.
作者簡介
张华玮（1996.05-），男，汉族，山东威海人，本科生，研究方向：混凝土裂缝自愈合生物制剂的研究。
基金项目
国家级大学生创新创业训练计划项目，混凝土裂缝自愈合生物制剂的研究（编号201610427006）。