近日，在第51屆瑞士日內瓦國際發明展上，天津城建大學榮輝教授、王海良教授團隊牽頭完成的“負載多元微生物的陶砂自修復混凝土設計制備應用成套技術”，從全球35個國家和地區的千余項發明中脫穎而出，一舉摘得金獎。這項為冰冷混凝土注入“生命”的原創成果，正從實驗室走向工程一線，讓建筑擁有“自愈”能力。
日內瓦國際發明展由瑞士聯邦政府、日內瓦州政府、日內瓦市政府與世界知識產權組織共同主辦，是全球歷史最悠久、規模最大的發明盛會之一，被譽為“發明界的奧林匹克”。本屆評審團由包括諾貝爾獎得主和知名院士在內的80余位國際專家組成，金獎代表了國際發明領域的頂尖水準。
裂縫，一直是水泥基材料難以根治的“頑疾”。在荷載、溫濕變化和介質侵蝕下，混凝土結構不可避免地會產生裂縫，如同建筑的慢性傷口，不斷削弱耐久性、縮短服役壽命。傳統修復方式往往是在裂縫擴大后被動修補，成本高、效率低的同時還難以從源頭阻止損傷擴展。面對這一行業痛點，天津城建大學榮輝、王海良教授團隊決定為冰冷的水泥基材料注入“生命”——賦予其主動感知裂縫并自主修復的能力。
圍繞微生物自修復水泥基材料，團隊多年攻關，逐一突破微生物分布不均、修復速率慢、復雜環境適應性不足等行業共性技術難題，先后研制出磁性微生物、多元微生物及陶砂固載微生物等自修復材料體系。
團隊首先探明了微生物濃度與底物用量之間的線性關系，提出了基于微生物摻量調控的針對性修復理論與技術方案，為不同裂縫尺度和服役條件下的精準修復提供依據。針對微生物難以精準富集在裂縫區域的難題，創新開發出磁性微生物自修復材料，闡明了其在磁場作用下的定向遷移機制，使微生物能夠主動“奔赴”裂縫區域并高效礦化沉積，實現對損傷的主動“圍堵”。
面對微生物在水泥基材料中存活率低、長期活性不足的痛點，團隊根據陶砂作為固載微生物載體的適用性和優越性特點，研發出陶砂固載微生物自修復材料，使裂縫28天面積修復率達100%。同時，面向高海拔、高寒及大溫差等極端服役環境，構建并評估了適用于復雜服役環境的微生物自修復材料體系，為特殊地區基礎設施耐久性提升提供了技術支撐。
在修復能力上，團隊進一步突破單一菌種修復能力受限的技術瓶頸，揭示了多元微生物協同礦化機制：其中菌株A主要負責提供碳酸根離子；菌株B優化局部環境并提供成核位點，為深層裂縫修復提供CO2；菌株C高效催化碳酸鹽生成。三者優勢互補、協同聯動，提高了裂縫修復能力，使裂縫14天面積修復率達100%。在此基礎上，成功開發出面向工程應用的微生物自修復水泥基材料。
國家發展改革委公布的《產業結構調整指導目錄（2024年本）》中明確鼓勵混凝土自修復材料的開發和應用。《2025—2031年中國自修復混凝土市場全景調查與投資前景分析報告》中預測2030年全球自修復混凝土市場規模將達到0.23億美元。該技術能夠延長結構壽命、減少維修與更換需求，降低資源消耗，為綠色低碳基礎設施建設提供了創新方案，展現出廣闊的應用前景和顯著的社會經濟價值。
當前，我國正深入推進城市更新、新型城鎮化和交通強國建設，大量基礎設施逐步進入養護維修期，市場對長壽命、綠色化智能修復技術的需求日益增長。微生物自修復技術能夠有效減少傳統修復材料消耗和頻繁維護帶來的資源與能源投入，為基礎設施耐久性提升和低碳運維提供有力技術支撐。目前，這套技術已在廣東東莞示范工程中得到應用，并在“十四五”國家重點研發計劃項目子課題、天津市杰出青年科學基金等支持下，獲省部級科技獎勵3項，出版學術專著1部，牽頭起草地方標準1部，授權發明專利3項，登記軟件著作權7項，入選天津市國資委高校重點待轉化項目清單。
天津城建大學相關負責人表示，此次獲獎不僅是對天津城建大學科研團隊科研實力的一次權威認定，也彰顯出學校面向國家重大需求、服務高水平科技自立自強的創新策源能力，是學校長期深耕土木工程優勢特色學科、主動對接國家“雙碳”目標與強國建設需求的又一生動注腳。下一步，學校將進一步整合科研團隊和平臺資源，加大對青年科技人才的托舉力度，密切對接行業龍頭企業和京津冀協同發展需求，加快構建集基礎研究、標準編制、成果轉化于一體的創新鏈條，努力在服務國家重大基礎設施建設和綠色低碳發展大局中貢獻更多智慧與力量。
