Ted talk · Section 1

如果混凝土裂缝可以自我修复会怎么样

混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料。常见于一条条城市道路，

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混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料。
常见于一条条城市道路，
跨江大桥，
和高耸入云的摩天大楼。
但是这种坚固的物质有一个弱点：
容易出现毁灭性的裂缝，
每年要花费数百亿美元来修补这些裂缝。
如果我们能发明自我修复的混凝土来避免这个问题呢？
这个想法并不像看上去那么遥不可及。
简单来说是要明白
混凝土是怎么形成的，
并且要知道怎样才能利用这一过程。
混凝土是一种混合物，
由粗石料和沙砾，称为集料，
与水泥混合，
水泥是黏土和石灰岩构成的粉状混合物。
在混合物中加入水后，
水泥变成糊状物，
包裹住集料，
通过化学反应迅速硬化，
这一过程即水合反应。
最终形成的材料
十分强固，
足以用来建设百米高楼，高耸入云。
虽然人们尝试了各种方法生产水泥，
已经有 4000 多年的历史了，
但混凝土本身的寿命却出人意料地短暂。
混凝土浇筑二三十年后，
自然过程，例如混凝土收缩、
过度融冻，
及负荷过重都会引发裂缝。
危险的不仅仅是大裂缝，
小裂缝也同样危险。
混凝土一般用作钢结构周围的二级支撑。
混凝土中的小裂缝
会成为水、氧气和二氧化碳的通道，
而这些物质会腐蚀钢结构，
导致灾难性坍塌。
针对桥梁、道路
这类频繁使用的建筑，
在灾难形成前，
进行问题排查，
是一项巨大而昂贵的挑战。
但不这么做的话，
又会危及数千条生命。
幸运的是，我们正在试验各种方法，
让混凝土进行自我修复。
其中一些方法，
灵感来自于混凝土天然的自我修复机制。
水进入小裂缝之后，
会与混凝土的氧化钙发生水合作用，
产生的氢氧化钙
与空气中的二氧化碳反应，
于是，混凝土开始了自我修复，
也就是微小的额碳酸钙晶体形成，
逐渐填补裂缝的过程。
不幸的是，
碳酸钙晶体“能力有限”，
只能填补宽度小于 0.3 mm的裂缝。
材料科学家已经找到了
让修复宽度翻一倍的方法，
即在混凝土混合物中加入胶粘剂。
如果我们将纤维胶液管，
加入到混凝土混合物中，
那么在出现裂缝时，
纤维胶液管就会破裂，
释放出胶粘剂修复裂缝。
但是胶粘剂化学物质的运动
与混凝土截然不同，
所以时间一长，
胶粘剂反而会造成更大的裂缝。
或许大裂缝最好的修复方式是
给混凝土提供自我愈合的工具。
科学家已经发现
一些细菌和真菌能够生成矿物质，
还有可以自我愈合的过程中。
发现的碳酸钙
混凝土试配时，
在混凝土混合物中加入细菌和真菌孢子
以及养分，
这些孢子可以在此休眠，时间长达数百年。
最终当裂缝出现，水渗入混凝土裂缝时，
孢子就会开始发芽生长，
消耗周围养分，
改变周围环境，
为碳酸钙的形成
创造完美条件。
碳酸钙晶体会慢慢填补裂缝，
大约三周后，
这些勤勤恳恳的微生物
就能完全修复
宽达 1mm 的裂缝。
当裂缝修复后，
这些细菌和真菌会重新回到孢子状态，
重新进入休眠状态。
等待裂缝再次出现时，
开始新一轮的自我修复。
虽然这项技术已经被广泛研究，
但是将这种办法用于全球混凝土生产，
还有很长的路要走。
不过这些孢子拥有巨大的潜力，
能使混凝土更加持久耐用
这能大大降低混凝土生产的资金和环境成本。
最后，或许这些微生物
会促使我们重新审视我们看待城市的方式，
让毫无生气的混凝土丛林焕发勃勃生机。