一群细菌，竟让水泥拥有了“自愈力”? | 科学世界·视点

有一天，你家的墙壁出现了一道细小裂缝，你却没有请工人来修补，但几天之后，这道裂缝悄然消失，墙体恢复如初；一座桥梁在风吹日晒中产生细小损伤，却能像人体皮肤一样逐渐愈合；甚至在海边，长期遭受海浪冲击和盐分侵蚀的防波堤，不仅没有破损，反而越用越坚固——这听起来像是科幻小说中的场景，但在当代材料科学的前沿，这种“会自愈的建筑材料”已经不再只是想象，它被称为“微生物水泥”。今天，就跟着小科一起走进这位微观世界的“建筑大师”！

传统水泥的“致命短板”

图源：网络

·传统水泥的生产过程“高耗能、高排放”。

它以石灰石、黏土等为原料，需要在上千度的高温下煅烧，每生产1吨水泥，就会排放近1吨二氧化碳——要知道，全球水泥行业的碳排放总量，占全球工业碳排放的10%以上，是导致全球变暖的重要因素之一。在“双碳”战略（碳达峰、碳中和）的宏大背景下，寻找低碳替代材料已不再是“锦上添花”，而是“迫在眉睫”。

·传统水泥“易破损、难修复”。

水泥本身具有脆性，在温度变化、机械荷载、环境侵蚀等作用下，很容易出现裂缝。这些裂缝看似微小，却会成为水分、氯离子、硫酸盐等有害物质的“通道”，逐渐渗透到建筑内部，腐蚀钢筋、破坏结构，最终导致建筑寿命缩短。传统的修补方式不仅耗时耗力、成本高昂，还很难达到原始结构的强度，往往是“修了又裂、裂了又修”，陷入恶性循环。

微生物水泥的核心秘密

巴氏芽孢八叠球菌分解尿素，生成碳酸根离子排出体外。碳酸根离子遇到环境中的钙离子，形成碳酸钙，以方解石的形式矿化，使土体胶结。

微生物水泥的核心秘密，藏在一种名为“微生物诱导碳酸钙沉淀”（Microbially Induced Carbonate Precipitation，简称MICP）的自然过程中。这一过程并非简单的“细菌黏合”，而是一场精密的生物化学反应。

简单来说，就是科学家们筛选出一些特殊的微生物，将它们与沙子、土壤等原料混合，微生物自身充当“生物催化剂”，加入适合的“营养物质”，让微生物在颗粒之间“工作”，最终将原料胶结成一个坚固的整体，效果跟传统水泥“旗鼓相当”。当这种微生物水泥出现裂缝时，这些微生物会再次被激活，通过自身的代谢活动，产生碳酸钙并结成晶体，像“胶水”一样将裂缝填补起来，实现建筑的自我修复。

微生物水泥的“附加技能”

图源：AI生成

·卓越的耐久性和抗腐蚀能力。

传统水泥在高盐、高湿、酸等极端环境下，很容易出现腐蚀、剥落等问题，而微生物水泥在抵抗中等强度酸侵蚀方面表现优于普通水泥。

·毫不逊色的力学性能。

在标准养护条件下，微生物水泥的抗压强度虽然略低于普通硅酸盐水泥，但已完全满足非承重结构、边坡防护、地下工程注浆等多数应用场景的需求。同时，微生物水泥的弹性模量和抗拉伸强度也优于传统水泥，能更好地适应温度变化和机械荷载，减少裂缝的产生。

·良好的生态相容性。

与传统水泥相比，微生物水泥总体上是一种更环保的材料，尤其在固碳减排和生态修复方面具有显著优势。但不是完全环境无害，其潜在的生态风险主要集中在制造过程中特定工艺产生的氨排放，以及工程应用中对生态系统可能产生的间接影响。

·能够促进植物生长。

在生态修复场景中，微生物水泥还能促进植物生长——碳酸钙晶体能改善土壤的透气性和保水性，而微生物的代谢活动能增加土壤中的养分，帮助植被快速恢复。

想知道哪些微生物可以在裂缝里“盖房子”吗？

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实习编辑：陈舒雯