透過添加特殊的真菌,美團隊要讓混凝土能像人一樣受傷後「自我修復」

作者 | 發布日期 2018 年 01 月 19 日 19:00 | 分類 尖端科技 , 材料 , 自然科學 follow us in feedly

隨著使用時間一長,混凝土建築經常會出現微小裂縫,而這些裂縫便是許多問題的來源。如果沒有經過適當處理,這些裂縫往往會進一步發展,最終導致結構問題及昂貴的維修費用。



但如果混凝土的裂縫能自我修復呢?

這並不是空談,過去荷蘭科學家 Henk Jonkers 就曾發明新型態的生物混凝土(Bioconcrete),透過細菌自我修復功能,讓一定程度以下的裂縫都能自我修復,這項研究目前也仍在持續。

如今不只是荷蘭,美國賓漢頓大學(Binghamton University)研究人員近日也開發出一種新型態的混凝土,透過添加特殊的真菌,混凝土在出現裂縫時將能自我修復,團隊相信這將能夠幫助基礎設施上經常出現的修復問題。

團隊成員之一、機械工程系助理教授 Congrui Jin 指出,混凝土的微小裂縫幾乎是所有問題的來源,一旦這些裂縫擴展到鋼筋周遭,一切就不再只是混凝土的問題,「在接觸到空氣中水、氧氣、二氧化碳或氯化物的情況下,鋼筋便會受腐蝕進而導致結構失效。」

考量到混凝土的應用如此廣泛,這些裂縫可能會導致巨大、潛在性的基礎設施問題,舉例來說,核電廠的屏蔽層便是以混凝土打造,雖然運用結構補強技術能幫助老化的混凝土,但這仍然只是短暫的修復方法,等到下一個裂縫出現時一切又得重來一次。

(Source:Binghamton University/Jonathan Cohen

為了避免這些情況,研究團隊便開始著手尋找一種方法可長期修復混凝土。收集了許多資料後,他們得到一個不太尋常的答案:Trichoderma reesei 真菌。透過將真菌孢子和營養物一同放入混凝土基材(matrix)中混合,無法接觸到空氣的情況下,真菌會處於休眠狀態,直到第一道裂縫出現。

團隊之所以出現這個想法,主要受到人體能自我修復傷口的奇妙能力啟發,就像人體一樣,研究人員希望對混凝土受損的「皮膚」或「組織」,主體能透過採取營養產生新的替代品,來治療受損的部位。

「當裂縫產生,水和氧氣進入其中並逐漸達到充足,休眠的真菌孢子便會發芽、生長並沉澱碳酸鈣來治療裂縫。當裂縫被完全填滿,最終不再有水和氧氣進入時,真菌便會再變回孢子的型態,等到下一次環境適合時便會再次甦醒。」

這項研究仍處於初期階段,目前最大的考驗還是真菌在混凝土惡劣環境中的生存能力。隨著進一步的調整,Jin 希望 Trichoderma 將能有效彌補裂縫。

雖然將高效率的自癒混凝土帶到市場上仍是一個巨大的挑戰.但 Jin 認為,這些應用替代微生物的混凝土具有潛在的重要性存在,因此團隊仍會持續進行研究。

相關論文已經發表在《建築與建材》(Construction and Building Materials)期刊。

(首圖來源:pixabay