據英媒4月2日報道，混凝土中的細小裂縫幾乎能自行修復，因為細菌可在裂縫內部生成礦物質。較寬和呈斜向的裂縫則能使漏水減少多達80%。這些發現表明，混凝土裂縫的形狀在自我修復過程中起著關鍵作用，這一見解讓一個頗具前景的想法轉變為工程師可預測和利用的系統。
長安大學公路學院副教授周永超及其團隊在測試塊上制造了垂直、斜向、寬和細小等不同類型的裂縫，發現裂縫自我修復速度最快的地方是礦物質能附著在凹凸不平內表面的位置。周永超將每種裂縫模式與不同的愈合結果聯系起來，發現性能因裂縫類型而差異顯著，而非均勻提升。對于橋梁橋面和隧道襯砌而言，裂縫類型意味著破壞可能沿著特定薄弱路徑發展，而非圖紙上想象的單一平均裂縫。
細菌引發微生物誘導碳酸鈣沉淀，形成堅硬晶體，這是礦物質形成的過程。當水分進入裂縫時，這一過程啟動，新晶體沉積在裂縫壁上，每次有新鮮溶液流經損傷處，裂縫間隙就會逐漸收緊。由于這種沉積物與混凝土礦物質的匹配度優于許多樹脂，因此能密封空間且不留較軟補丁。工程師在希望在不添加單獨涂層的情況下實現耐久性時，會注意到這一優勢。
并非所有裂縫都為微生物提供了相同的附著點，因為幾何形狀會影響新礦物質在原位的留存時間。沿斜向路徑，更粗糙的裂縫壁減緩了水流速度，使更多晶體能在下一個濕潤周期前沉積。研究人員將這種曲折路徑描述為迂曲度，即受損混凝土內部路徑的曲折程度。周永超寫道：“裂縫的迂曲度和表面粗糙度越大，碳酸鈣沉積和自我修復的速度就越快”。
測量漏水情況為研究提供了比外觀更全面的測試，因為表面看似密封的裂縫內部仍可能滲水。在垂直裂縫中，表面修復程度與漏水減少程度同步上升，為工程師提供了更清晰的警示信號。對于斜向損傷，這種聯系呈曲線狀，因此外觀相似的修復并不總是能同等程度地阻擋漏水。維修人員判斷修復后的裂縫是否安全時，仍需進行漏水測試，而不僅依賴照片。
細小裂縫最易修復，因為即使很薄的晶體層也能在狹窄裂縫壁之間架起橋梁。在有利條件下，最小開口在較大缺陷完全閉合前，幾乎能達到完全的面積修復。這種尺寸優勢源于距離因素，因為礦物質在裂縫兩面鎖緊并阻止移動前，所需的堆積量較少。然而，細小裂縫的成功修復并不能解決所有安全問題，因為較大裂縫仍控制著許多危險破壞。
周永超的論文不僅展示了修復現象，還開始估算不同損傷模式的恢復速度。研究人員將裂縫形狀與修復速度隨時間的變化聯系起來，而非將所有裂縫一視同仁。這些估算在實驗室結果與維護規劃之間架起了實用橋梁，其中修復窗口、濕度和風險都至關重要。不過，預測依賴于受控條件，該研究縮小了驚人結果與設計規則之間的距離。
早期實驗已表明，當細菌被包裹在載體中而非直接混合時，在混凝土中的存活率更高。一篇論文發現，硅藻土在水泥漿中能更好地保護細菌，幫助它們持續沉積礦物質。后來，另一項研究使用再生骨料作為載體，修復了比直接添加細菌更寬的裂縫。載體技術的進步為周永超的論文奠定了基礎，該論文提出了一個更難的問題，即關注裂縫形狀而非簡單證明修復現象。
混凝土內部的惡劣化學環境在裂縫出現前就已威脅到細菌的生存。固化過程中產生的熱量、有限的食物供應和干燥條件都會削弱細菌的生存能力，甚至在修復周期真正開始前就已如此。一項關于包裹孢子的案例研究發現，載體設計至關重要，尤其是在硬化過程中溫度升高時。目前，自修復混凝土大多仍處于試驗階段，尚未廣泛應用于日常的人行道、高樓或橋梁更換工程中。
當裂縫在維修人員到達前自行密封時，結構漏水減少、腐蝕減緩，可避免一些緊急修補。減少緊急維修可降低交通延誤、縮短封閉時間，并延長現有混凝土的使用壽命。由于水泥生產碳排放成本高昂，讓現有材料使用更長時間與新設計同樣重要。不過，這項技術并不能保證整個結構自行修復，而是指向更早、更小的修復。通過揭示裂縫形狀對修復速度、漏水和閉合程度的影響，該研究使自修復混凝土更具可預測性。下一個挑戰是在不受控環境中測試這些“活”修復，因為天氣、荷載和時間很少會配合。
（原文標題：Scientists are testing a biological technology that allows concrete to repair cracks on its own）
