文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
#细菌#求生意识坚强！混凝土中的细菌们 ， 有助于监测建筑结构安全？
我们都知道生命是非常顽强的 ， 在一些极端环境如高热强酸的火山温泉、高压强碱的深海等 ， 都能找到一些生物定居 。 不过如果想找极端的生存环境 ， 不必到这么危险的地方 ， 你我身边其实随处都有 ， 那就是「混凝土」之中 。 混凝土内部的环境对生物来说也是极端苛刻：强碱、高盐、干旱、缺乏食物 。 而近期发布在mSystems上的研究显示 ， 即便是混凝土之中 ， 也有生命存在[1
。
混凝土的组成与缺陷
混凝土是由骨料 (砾石和沙子)、水泥、水和添加物依适当比例配置而成的复合材料 。 混凝土因有着硬度高、耐高压、可塑性强、成本低廉、制作简单、可适用于各种自然环境等特性 ， 成为世界上使用最多最广的建筑材料 ， 几乎绝大部分的现代土木工程都会用到 。
混凝土的构造 。
混凝土虽然是优秀的建材 ， 但也并非没有弱点 。 碱-硅反应（alkali–silica reaction ASR）就是一个会破坏混凝土结构的常见因素 。 ASR会让混凝土产生俗称「混凝土癌」的状态 。 而形成 ASR的主要原因 ， 就在混凝土中的水泥身上 。
因 ASR所产生的混凝土癌 。
混凝土中最常使用的水泥为「波特兰水泥」 ， 即硅酸盐水泥 。 当水泥和水混和后会发生一系列复杂的物理与化学反应 ， 使其凝结与固化 。 而在这个过程中 ， 会产生大量强碱物质如氢氧化钙 ， 这就让混凝土内部的 pH值处在 12.5左右 。
水泥的水化反应 。
正常的混凝土其内部结构相当致密 ， 基本没有水分 。 但当混凝土受到撞击、摇晃等外在冲击而产生裂缝后 ， 水就能渗入其中 。 而当水进入混凝土后 ， 会使混凝土内部的强碱和硅酸盐类产生反应 ， 形成水合硅酸盐 。 这些水合硅酸盐会在混凝土内部产生不均匀的膨胀 ， 而当水合硅酸盐的数量达到一定后 ， 就会造成混凝土的破裂 。
ASR的化学反应示意 。 图／ScienceDirect
要避免 ASR的一个方法 ， 是在混凝土中加入飞灰（fly ash） 。 飞灰是火力发电厂在燃烧后所产生的废弃物 ， 其主要成分为 SiO2、AI2O3和CaO 。 飞灰会和水泥中的强碱进行卜作岚反应（pozzolanic reaction） ， 该反应是通过 SiO2和 AI2O3等物质与强碱反应形成胶体 。 因此加入飞灰到混凝土中 ， 不仅能降低 pH值 ， 产生的胶体也可用来填补孔隙并胶结骨材 ， 以更好的填塞混凝土中的孔隙 。
卜作岚反应的化学式 。
混凝土中的细菌种类
研究已知有多种细菌能生长在混凝土的表面 ， 而当混凝土因 ASR或其他因素产生裂缝后 ， 细菌也能从表面进入到混凝土内部 ， 而这就有可能会对混凝土产生进一步的影响 。 由于混凝土是世界上最常见的建材 ， 为了确保建筑物、桥梁和道路的结构安全 ， 越来越多科学家开始关注生存在此的微生物群 ， 与其可能对混凝土所造成的影响 。
过往的研究已证实混凝土内部确实有细菌生长 ， 但这些研究的主要对象是随着裂缝从表面进入混凝土之中的细菌 。 而美国特拉华大学的研究团队更进一步 ， 研究「本来」就生活在混凝土内部的细菌 。
为了进行研究 ， 研究团队制作了两种混凝土样本：一般混凝土和加入飞灰的混凝土 ， 并将这两种样本放在屋顶上仿真自然风化的环境 ， 然后每六周进行一次取样分析 ， 以了解混凝土内部的细菌组成 。
研究示意图 。
他们最初的设想是 ， 没有加入飞灰的样本会因 ASR产生更多裂缝 ， 这样混凝土表面的细菌进入到内部的机会就更大 ， 这就会让两种混凝土内部的细菌种类会随着时间推移而有所不同 。
推荐阅读
- 人类还会再进化吗？会进化成什么样子？
- 为人类敲响警钟！57000年前的尸体重见天日，史前生物现身引发关注
- 发现难、治愈难，人类什么时候才能攻克癌症？
- 罗布泊千年干尸分析：祖先是古北亚欧人，1.2万年前几乎灭绝
- 青藏高原曾发现22万年前，清晰印在石板上的手印，怎么回事？
- 78万年前外星人改造了智人基因? 科学家: 事实远没这么简单！
- 生殖隔离是什么？包括人类在内，自然界的生殖隔离到底有多可怕？
- 20多年前就造出克隆羊，为何不敢克隆人？“多莉”羊的下场有多恐怖？
- 基因的力量！妈宝同款“高原红”，让网民们感叹
- 土壤农业化学家朱兆良院士逝世