据英媒4月2日报道，混凝土中的细小裂缝几乎能自行修复，因为细菌可在裂缝内部生成矿物质。较宽和呈斜向的裂缝则能使漏水减少多达80%。这些发现表明，混凝土裂缝的形状在自我修复过程中起着关键作用，这一见解让一个颇具前景的想法转变为工程师可预测和利用的系统。
长安大学公路学院副教授周永超及其团队在测试块上制造了垂直、斜向、宽和细小等不同类型的裂缝，发现裂缝自我修复速度最快的地方是矿物质能附着在凹凸不平内表面的位置。周永超将每种裂缝模式与不同的愈合结果联系起来，发现性能因裂缝类型而差异显著，而非均匀提升。对于桥梁桥面和隧道衬砌而言，裂缝类型意味着破坏可能沿着特定薄弱路径发展，而非图纸上想象的单一平均裂缝。
细菌引发微生物诱导碳酸钙沉淀，形成坚硬晶体，这是矿物质形成的过程。当水分进入裂缝时，这一过程启动，新晶体沉积在裂缝壁上，每次有新鲜溶液流经损伤处，裂缝间隙就会逐渐收紧。由于这种沉积物与混凝土矿物质的匹配度优于许多树脂，因此能密封空间且不留较软补丁。工程师在希望在不添加单独涂层的情况下实现耐久性时，会注意到这一优势。
并非所有裂缝都为微生物提供了相同的附着点，因为几何形状会影响新矿物质在原位的留存时间。沿斜向路径，更粗糙的裂缝壁减缓了水流速度，使更多晶体能在下一个湿润周期前沉积。研究人员将这种曲折路径描述为迂曲度，即受损混凝土内部路径的曲折程度。周永超写道：“裂缝的迂曲度和表面粗糙度越大，碳酸钙沉积和自我修复的速度就越快”。
测量漏水情况为研究提供了比外观更全面的测试，因为表面看似密封的裂缝内部仍可能渗水。在垂直裂缝中，表面修复程度与漏水减少程度同步上升，为工程师提供了更清晰的警示信号。对于斜向损伤，这种联系呈曲线状，因此外观相似的修复并不总是能同等程度地阻挡漏水。维修人员判断修复后的裂缝是否安全时，仍需进行漏水测试，而不仅依赖照片。
细小裂缝最易修复，因为即使很薄的晶体层也能在狭窄裂缝壁之间架起桥梁。在有利条件下，最小开口在较大缺陷完全闭合前，几乎能达到完全的面积修复。这种尺寸优势源于距离因素，因为矿物质在裂缝两面锁紧并阻止移动前，所需的堆积量较少。然而，细小裂缝的成功修复并不能解决所有安全问题，因为较大裂缝仍控制着许多危险破坏。
周永超的论文不仅展示了修复现象，还开始估算不同损伤模式的恢复速度。研究人员将裂缝形状与修复速度随时间的变化联系起来，而非将所有裂缝一视同仁。这些估算在实验室结果与维护规划之间架起了实用桥梁，其中修复窗口、湿度和风险都至关重要。不过，预测依赖于受控条件，该研究缩小了惊人结果与设计规则之间的距离。
早期实验已表明，当细菌被包裹在载体中而非直接混合时，在混凝土中的存活率更高。一篇论文发现，硅藻土在水泥浆中能更好地保护细菌，帮助它们持续沉积矿物质。后来，另一项研究使用再生骨料作为载体，修复了比直接添加细菌更宽的裂缝。载体技术的进步为周永超的论文奠定了基础，该论文提出了一个更难的问题，即关注裂缝形状而非简单证明修复现象。
混凝土内部的恶劣化学环境在裂缝出现前就已威胁到细菌的生存。固化过程中产生的热量、有限的食物供应和干燥条件都会削弱细菌的生存能力，甚至在修复周期真正开始前就已如此。一项关于包裹孢子的案例研究发现，载体设计至关重要，尤其是在硬化过程中温度升高时。目前，自修复混凝土大多仍处于试验阶段，尚未广泛应用于日常的人行道、高楼或桥梁更换工程中。
当裂缝在维修人员到达前自行密封时，结构漏水减少、腐蚀减缓，可避免一些紧急修补。减少紧急维修可降低交通延误、缩短封闭时间，并延长现有混凝土的使用寿命。由于水泥生产碳排放成本高昂，让现有材料使用更长时间与新设计同样重要。不过，这项技术并不能保证整个结构自行修复，而是指向更早、更小的修复。通过揭示裂缝形状对修复速度、漏水和闭合程度的影响，该研究使自修复混凝土更具可预测性。下一个挑战是在不受控环境中测试这些“活”修复，因为天气、荷载和时间很少会配合。
（原文标题：Scientists are testing a biological technology that allows concrete to repair cracks on its own）
