为什么五角大楼正在研究自愈混凝土？

作者简介:迈克尔·派克

迈克尔·派克（Michael Peck）撰写有关国防和国际安全问题以及军事历史和兵棋推演的文章。他的作品出现在国防新闻，外交政策杂志，政治，国防杂志，国家利益，航空航天美国和其他出版物上。他拥有罗格斯大学政治学硕士学位。

盖蒂图片社

对于曾经在人行道或车道上绊倒的人来说，混凝土开裂是一个恼火的问题。但是，如果混凝土可以自我修复呢？有裂缝的建筑物可以在损坏扩散之前或结构崩溃之前消除损坏。或者，一条因磨损而开裂的混凝土跑道 - 或被敌人炸弹击中 - 可以自行填补漏洞并允许飞机起飞。

五角大楼的宠物研究办公室国防高级研究计划局（DARPA）希望为军事设施制作这种类型的混凝土。 仿生修复老化混凝土建筑（BRACE）计划将融合生物学和混凝土，使之成为现实。

这是一个奇怪的组合。在文学和电影中，混凝土经常被描绘成生活的对立面。然而，BRACE实际上结合了生物有机体，在混凝土内部创造了一个本质上的血管系统。这种循环系统可以在裂缝到达结构表面之前从内部治愈裂缝，使混凝土能够像生物一样“愈合”。它还可用于诊断混凝土劣化的原因。

“BRACE的核心假设是，混凝土可以注入生物体中常见的自我修复能力，从人类中发现的血管系统和庞大的丝状真菌网络中汲取灵感，这些真菌可以跨越数英亩的土地，规模与混凝土建筑相似，”DARPA在最近的一份新闻稿中说。“这样的系统可以为材料深处的愈合提供一个运输网络，以便在裂缝到达表面之前和导致故障之前修复裂缝。

Brace将研究几种受真菌和细菌启发的生物学方法，DARPA生物技术办公室的项目经理Matthew Pava告诉 Popular Mechanics。“虽然生物策略是该计划将探索的一种潜在的技术方法，但依赖于酶和陶瓷类材料的生物启发方法也在研究中。

Pava说，目标是将支撑“插入老化混凝土的裂缝和空隙中以开始修复，然后保持存在以修复随着时间的推移而出现的其他裂缝”。

混凝土是一个具有挑战性的生物环境。帕瓦说，它是高碱性的，“就像排水管清洁剂一样”，很少有有机化合物，如蛋白质，可以维持生命。另一方面，混凝土与生活并不矛盾。“生物学无处不在，最近的研究表明，即使是混凝土也有自己独特的微生物组。我们计划采用'工程生活材料'来帮助解决这个问题，限制与混凝土建筑相关的碳排放，并可能降低民用和军用基础设施的维修成本。

美国军方肯定会问的一个问题是，自愈混凝土是否可以在战区用于加强机场、道路、桥梁和其他基础设施。虽然现在确定这是否可行还为时过早，但BRACE将沿着两条道路前进：一条针对大型永久性结构的战略轨道，如导弹发射井和海军码头，以及一条快速修复远征军使用的临时机场的战术轨道。

空军技术中士詹姆斯·梅迪罗斯（中），伦纳德伍德堡第 364 训练中队第 1 分队路面维护和设备操作员学徒课程教官，演示如何均匀分布混凝土。

美国陆军

BRACE将跨越4.5年，因为包括劳伦斯利弗莫尔国家实验室，科罗拉多大学博尔德分校和巴特尔纪念研究所在内的几个承包商都使用不同的方法来开发该技术。

也许是因为BRACE使用生物有机体和工艺，DARPA的公告强调“安全是最重要的，所有研究都将受到独立实验室和监管机构的定期审查，以确保BRACE技术不会对人类或结构健康构成威胁。研究人员将被要求与专家合作，了解该技术的“道德、法律和社会影响”，并在实验室外测试 BRACE 时满足 EPA 要求。

“DARPA不假设安全，”帕瓦解释说。“我们进行测试，凭经验确定该技术是否符合适当的安全标准，我们根据适当的监管机构（包括但不限于环境保护局）进行。

自愈混凝土或“ 生物混凝土”的概念并不新鲜。但军事用途的好处可能是巨大的。 美国军事设施的设施摇摇欲坠已成为一个主要问题：从营房到补给站，结构陈旧且分崩离析。可以自我修复的建筑物可以节省资金并提高士气。在战斗中，自我修复的跑道将节省维护费用，并使无法确定空军基地是否会很快恢复运营的攻击者的任务复杂化。

而且，也许有一天，人行道会自行修复。

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