【趣味科普】你造吗?除了做酸奶,细菌还能补房子!

对于细菌在生活中的用处,大家最容易想到的是制酸奶、做泡菜、酿醋等常见的用途。但是,作为自然界中分布最广、个体数量最多的菌菌们,你们以为他们就只这点雕虫小技!!!细菌宝宝们表示是不服气的。

除了制作美味的食品这些基本技能,其实它们还能修复墙壁裂缝的!从此自家的房子就算有了裂缝了,也不用可怜巴巴找物业蜀黍来帮忙修补,自己就能愈合了。啊哈哈哈哈~~想想有些小激动呢!

裂缝与细菌?!!

咱们知道,绝大部分建筑物比如房屋、桥梁等,都是以混凝土为材料,物实价廉不说,强硬又抗压。但是,耐久性再强,在岁月的洗礼中或者渣渣工程的潜规则施工下,混凝土表面和内部会仍会产生裂缝。

常见的裂缝修补方法有沿裂缝嵌入修补材料的填充法,也有将材料制成液体用设备灌入裂缝的化学灌浆法。这些方法不仅需要大量的人力物力,而且对所需填补裂缝的宽度和深度也有限制,如填充法适合补宽度大于5mm、深度浅的裂缝;化学灌浆法适合灌注较深的裂缝。但对于肉眼可见、宽度深度又很低调的裂缝,如果用普通的方法,岂不是非要等到裂缝“长大”到一定的时候才能动手?!!OMG~~接受唔到!

恰巧,某年,科学家们发现了自然界中,有些微生物能在细胞内部或外部利用钙离子生成一些相对不溶的化合物(多糖、各种聚合物、CaCO3、磷钙土、硅石等一些有机或无机化合物矿质晶体,),能够填塞或黏结岩石中的小孔洞或裂缝。而容易产生裂缝的混凝土可以提供钙。于是迷之一般的将这两者联想到一起,用这些特殊的具有矿化能力的细菌来修复裂缝,绿色环保无污染还省力。简直不要太完美~

水泥试件之间连接的是由细菌产生的碳酸钙
扫描电镜下的细菌产生的碳酸钙

细菌是怎么补裂缝的?

研究发现,能够进行裂缝修复的细菌在一定的物理、化学条件下,可通过影响或控制无机环境中的离子,在细胞外或细胞内将它们转变为固体无机矿物。强行用下面化学方程式粗暴的表示:

专业版解释:厌氧细菌通过脲酶水解尿素经过一系列反应生成碳酸钙沉淀,在细胞内尿素通过酶的一系列新陈代谢反应水解成氨和碳酸,伴随着碳酸盐平衡的转变(CO2到HCO3−和 CO32-),混凝土中的钙离子与碳酸根离子发生反应,从而在细胞表面形成不溶性的碳酸钙沉积物。

好氧细菌则是通过有氧呼吸代谢底物产生CO2,与溶液中的OH–反应生成HCO3–,然后在碱性条件下与水泥浆中的Ca2+继续反应生成CaCO3晶体。

说人话版:当混凝土出现裂缝时,细菌产生的二氧化碳和混凝土中钙离子的反应,产生大量的碳酸钙沉淀,进而填补裂缝,起到修补裂缝的作用。

图片版:

左图:细菌修复前的裂缝试件;右图:细菌修复后的试件

当然,用细菌修复裂缝并不是说当裂缝出现了,咱傲娇地撒一把细菌上去,然后就翘着腿、吃着点心、吹着风坐等裂缝自己愈合。(咱这不是科幻片好伐~)正确的姿势是在初始制作的时候,把细菌和各种原料一起混合做成混凝土,让细菌均匀分布在混凝土中,这样当混凝土裂了时,哪里有缝补哪里~~

这时有小伙伴不服了,制作混凝土辣么剧烈的运动,辣么复杂的环境,直接放细菌进去,能活得了?不要欺负我读书少!是的,当然不是直接把细菌放进去,是把细菌芽孢与一些营养物质用特殊的材料包裹成形混入混凝土中。芽孢是细菌在恶劣条件下形成的一个圆形或椭圆形,厚壁,含水量低,抗逆性强的休眠体,这样当有裂缝出现时,空气中的水分等进入裂缝,环境中碱性减低,生存环境变好,芽孢开始苏醒,生成碳酸钙,填补裂缝。

所有的细菌都能够修复裂缝吗?

就目前而言,并不是所有的细菌都能够用来修复裂缝。首先,它需要有生物成矿的能力,能形成碳酸钙;其次,在极坏的条件下,它要能产生芽孢抵抗环境威胁;再者,如果沿海边的桥梁有裂缝,因混凝土是强碱性的,还要能在碱性环境中生存。突然感觉想要做一个合格的修复裂缝的菌宝宝,不容易!目前,研究者们已经发现有许多种细菌有生物成矿的能力,比如巴氏芽孢杆菌(Bacillus Pasteurii)、球形芽孢杆菌(Bacillus sphaericus)、希瓦氏菌(Shewanella sp.)等, 这些都为研究应用提供了更多的可能。

说修复就能修复吗?

现阶段研究中,细菌形成碳酸钙的时间短的需要3天,长的可达28天,不同类型的细菌应对营养物质的代谢能力各不相同,在碳酸钙形成和混凝土修复效果方面也会有所差异。而且考虑到混凝土给微生物提供的环境(碱性)、混凝土使用年限、微生物的寿命等等一系列问题,需要综合考虑因素还有很多很多。比如:

1. 细菌与混凝土的兼容性。加入细菌进去后要没有副作用,不能影响混凝土的硬度、强度等;

2. 细菌要能活得久,至少50年。因为混凝土结构建筑的使用年限一般为50年;

3. 在修复的过程中,细菌和营养不被完全消耗,能持续修复;

4. 经济实惠。虽然已经发现满足成矿要求的微生物,但在真正将此运用于工业混凝土裂缝修复以及对混凝土性能的影响等方面还有待研究。

虽然咱家房子的裂缝一时半会儿还不能自己愈合,但是等这些问题都解决了,那肯定就妥妥的了~~未来值得期待,哈哈哈哈……

参考文献:

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