Skip to Content

March 2023

自行修复的混凝土

  • Basilisk Healing Agent(巴西利斯克治愈粘合剂)
  • 北海道新千岁机场裂纹修补的实证实验
  • 混凝土砌块中自愈裂缝(右)
Basilisk Healing Agent(巴西利斯克治愈粘合剂)

日本企业开发出就像生命体治愈伤口一样可以自行修复的混凝土,目前进入实用化阶段。通过使用这种混凝土作为建材,有望削减二氧化碳的排放量。

混凝土砌块中自愈裂缝(右)

混凝土抗压能力强,但抗拉能力弱,容易因干燥和收缩而产生裂缝。而加入钢筋的钢筋混凝土可以弥补这种缺点,大师,如果钢筋混凝土本身产生裂缝,水和空气就会进入,钢筋会生锈,引起断裂和崩溃。

为了弥补混凝土的这种弱点,总部位于北海道苫小牧市的会泽高压混凝土株式会社和荷兰王国的代尔夫特理工大学共同开发的出自愈混凝土“Basilisk Healing Agent(巴西利斯克治愈粘合剂)”。

会泽高压混凝土的董事长泽祥弘说:“如果说像生命体治愈伤口一样,混凝土会自己修复裂缝的话,对普通人来说可能会觉得这是一种梦幻般的技术。”长泽表示,“实际上,使用生物让混凝土具有自愈功能的技术研发有很长的历史,本公司的会泽技术研究所也从7年前开始使用纳豆菌*等方法。在研发过程中,邂逅到了荷兰代尔夫特理工大学的研究小组培养成功的一种耐碱细菌。”

代尔夫特理工大学的技术大致如下。制作由耐碱性强细菌和作为其营养源的聚乳酸构成的颗粒状胶囊,混合在混凝土中。于是,聚乳酸被混凝土内的水或碱成分逐渐分解,变成乳酸钾。另一方面,细菌处于休眠状态。因为pH值在12~13的强碱性混凝土内,细菌不能活化。但是,由于某种原因,该混凝土产生裂缝,雨水和氧气进入,混凝土的pH值降低到8~10时,细菌以乳酸钙为营养再次开始活化,进行增殖。然后,增殖的细菌一边摄取乳酸钙,一边排出碳酸钙。该碳酸钙会填补裂缝,修复混凝土。而且,在细菌活化的过程中,除了碳酸钙以外,还排出二氧化碳。即使该二氧化碳与从混凝土中溶出的氢氧化钙结合,排出碳酸钙。通过化学反应排出的碳酸钙,将填补一个个裂缝。而且,当裂纹的间隙完全填满时,混凝土内部的碱度再次提高,细菌再次进入休眠状态。

北海道新千岁机场裂纹修补的实证实验

但是,该技术的实用化存在课题。会泽社长回顾说:“开发自愈混凝土最大难关就是克服如何菌非常有希望,但采用的是将其与聚乳酸一起封装,混在混凝土中的方式,所以从生产效率和成本方面来看不适合大量生产。”

2017年开始共同开发,利用会泽高压混凝土株式会社的特殊混合技术而获得成功。用约2年半的时间确立了将尺寸极小的细菌封入聚乳酸中,大量制作出与胶囊同样的粉体**的减压超高速搅拌法,并建立了世界上第一个自愈混凝土的实用化和量产机制。并且,从2020年11月开始,日产10吨,年间可供应约70万立方米的自愈混凝土。

“在我们的研究中,细菌可以在混凝土中持续大约200年。也就是说,混凝土的自愈功能也会在这期间持续下去。这意味着与以往的钢筋混凝土大约50年到60年相比,其寿命会飞跃性地延长。另外,与以往的混凝土相比,修复裂缝和劣化所需的人力资源和成本会大大降低,而且,应该会对实现脱碳化社会会带来很大的影像。”

据说大量使用钢筋混凝土的道路和港湾等社会基础设施的构造体,在设计阶段设定了50年的寿命。通过使用自愈混凝土的活用,这个循环暂时延长2倍,不仅可以减轻公共成本,还可以生产原料混凝土的水泥时将CO2排放量累计值控制在一半以内。目前,在水泥生产中,每吨约释放0.8吨CO2。在日本,由于水泥生产排出的CO2每年约3400万吨,占全部产业的5-7%,所以抑制CO2排放量时多年的课题。从长远来看,自愈混凝土将为解决这一课题做出贡献。

自愈混凝土“Basilisk HA”于2022年7月被国土交通省注册为旨在促进新技术活用的数据库“新技术信息提供系统(NETIS)”,2023年1月获得了第9届“制造日本大奖(优秀奖)”。在日本,社会基础设施设备迎来了寿命,老化正在发展,因此自愈混凝土将承担非常重要的作用。

混凝土的自愈机制

* 在商业纳豆生产中使用的一种枯草菌。
** 固体成为粒子集合多个的状态