混凝土裂缝是引起结构耐久性下降的重要因素，因此开展裂缝及时自修复研究有重要意义。本项目将微生物在混凝土拌合时预先添加，一旦混凝土开裂，在环境氧、湿或光的激发下休眠的微生物能迅速复活，将混凝土中预埋的底物转化为矿物，填充裂缝空隙，实现自修复。主要研究内容包括：自修复矿化微生物的分离、筛选、驯化和固载；自修复效果的表征及工艺因素对自修复效果及其耐久性的影响；休眠和复活的控制基因及基因工程调控方法；微生物对修复矿物质形成的作用及机理等。通过研究，在技术基础层面上探明混凝土裂缝自愈合材料的配方和工艺参数；在科学层面上，揭示自修复矿化微生物的休眠、复活调控基因，探明休眠、复活时长的预测方法，揭示混凝土服役环境因素对预埋微生物的影响规律以及修复矿物形成机理。结合研究，发表SCI和EI收录论文20篇，授权发明专利5件以上，至少培养博士、硕士研究生6名。

混凝土在使用过程和周围环境的影响下极易产生裂缝，对结构的使用性能和耐久性产生了诸多不利影响。本项目创新性的将微生物引入混凝土中，基于微生物的复苏和原位矿化机制，实现了混凝土对裂缝的自修复，充分发挥了微生物诱导矿化自修复裂缝的环境友好性。根据混凝土裂缝自修复矿化菌株所需具备的特征, 通过优选获取到了矿化能力及耐碱能力强的微生物, 探明了微生物诱导矿化修复机理，并采用耐碱性驯化、休眠调控及固载技术，提高了微生物在混凝土中的耐受性。细化研究了底物种类、微生物与底物比例及裂缝修复效果等方面，确定了微生物自修复剂的配方和制备工艺。采用图像法、X 射线断层扫描法、抗渗水修复率法和抗氯离子渗透率法对不同条件下的裂缝修复效果进行了表征，明确了养护方式、环境条件、开裂龄期、添加方式及裂缝宽度等不同因素对裂缝自修复效果的影响，确定了微生物自修复剂的适用环境和适用范围。基于二氧化碳在混凝土中扩散传输理论和钙溶蚀理论对微生物诱导矿化修复混凝土裂缝过程进行数值模拟，揭示矿化沉积修复的演化过程，预测了不同宽度裂缝下碳酸钙沉积深度，模拟预测结果与实际测量结果吻合良好。同时，研究了微生物自修复剂对混凝土工作性能、物理力学性能及耐久性能的影响，结果表明在合适的掺量下微生物自修复剂对混凝土常规性能的影响较小，但可以显著提高开裂混凝土的自修复能力，从而降低腐蚀介质渗透能力，提高混凝土的耐久性，为微生物自修复混凝土在实际工程中的应用提供了有力理论基础和技术支持。 在该项目的资助下，培养博士生2名，硕士生4名，在国内外核心期刊发表和投稿学术论文20篇，其中SCI和EI收录 17篇，出版著作1部，申请发明专利5项，其中授权2项。 2100433B

本项目拟对基于分子自组装微球的自修复水泥材料进行研究。将组合化学技术、计算机辅助设计技术以及量子化学计算相结合，设计用于合成能聚合成自修复微球的功能单体；筛选及改造合适的修复液，利用分子自组装技术，将获得的功能单体和修复液聚合成具有自修复功能的微球。进一步对自修复微球对混凝土环境的适应性、破裂强度的控制、微球与水泥基体的相容性等进行研究，用制备的各系列微球配制自修复混凝土，研究分子自组装微球的自修复效果，优化自修复微球的制备工艺。研究分子自组装微球破裂强度与应力的响应关系、自修复功能的可重复性（持续性）。通过本项目研究，揭示分子自组装微球对混凝土裂缝自修复的机理，为水泥混凝土裂缝的有效自修复提供理论依据。

探索混凝土裂缝自修复新方法是提高混凝土结构安全性和服役寿命的重要途径之一，也是近些年混凝土研究的国际前沿热点之一。本项目根据混凝土材料的化学特性与应用环境特点，提出基于良好修复相容性的混凝土裂缝自修复的矿物自愈合新方法。研究混凝土结构损伤开裂信息传递机制，提出矿物材料自修复混凝土裂缝的设计方法；试验研究其关键影响因素，并提出自愈合效果有效评价方法；应用反应热力学与动力学理论探讨裂缝矿物自愈合成因，探明混凝土裂缝矿物自愈合的诱导机制；提出中子成像技术动态跟踪矿物离子在混凝土裂缝中扩散、迁移、诱导成核与结晶过程，采用CT扫描技术微观测试手段监测裂缝界面区沉积物生长过程及其与基体相容性，从微观、细观和宏观三个层次阐明矿物自愈合法修复混凝土裂缝的愈合过程与愈合机理，从而揭示矿物自愈合法修复混凝土裂缝的激励机制这个关键科学问题。研究成果为矿物自愈合法修复混凝土裂缝的理论与应用解决科学问题与关键技术。

本项目对基于分子自组装微球的自修复水泥材料进行了研究。通过利用分子自组装技术构建化学传感器，掌握分子自组装技术的理论与实验技巧以及传感技术，为本项目的基于分子自组装微球的自修复水泥材料的研究奠定必备和良好的研究基础。在此基础上，设计合成了能聚合成自修复微球的功能单体；筛选及改造合适的修复液，优化了最佳反应条件，囊材与芯材的比例，研究了微球形貌的对修复能力的影响。利用分子自组装技术，将获得的功能单体和胶黏剂聚合成具有自修复功能的微球。制备的水泥自修复微球，用于水泥混凝土材料的修复具有优异的效果，提高了自修复微球对混凝土环境的适应性、破裂强度的控制、微球与水泥基体的相容性。用制备的微球配制到自修复混凝土，内置微球大大提高了水泥砂浆强度及其自修复能力，促进了分子自组装微球的自修复效果，同时研究了矿物掺合料对内置微球砂浆损伤自修复能力影响，优化了自修复微球的制备工艺。通过本项目研究，揭示了分子自组装微球对混凝土裂缝自修复的机理，为水泥混凝土裂缝等的有效自修复提供理论依据。本项目的研究内容与结果撰写发明专利1项（公开，并已完成审查意见的修改），相关内容撰写发明专利3项(已授权)；发表学术论文总计27篇，其中被SCI收录22篇，被EI收录2篇，被ISTP收录 1篇。