[论文解读] Interactions of Fungi with Concrete: Significant Importance for Bio-Based Self-Healing Concrete

Jing Luo, Xiaobo Chen+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2017

Microbial Applications in Construction Materials参考文献 85被引用 14

一句话总结

本研究提出利用真菌 *Trichoderma reesei* 作为混凝土中的生物基自修复剂，利用其在高pH环境中存活并使钙碳酸盐晶体在菌丝上沉淀的能力。尽管由于氢氧化钙溶出，pH值从6.5升高至13.0，*T. reesei* 孢子仍成功萌发并有效生长，XRD与SEM分析证实了方解石的形成，表明其在可持续混凝土裂缝修复方面具有强大潜力。

ABSTRACT

The goal of this study is to explore a new self-healing concept in which fungi are used as a self-healing agent to promote calcium mineral precipitation to fill the cracks in concrete. An initial screening of different species of fungi has been conducted. Fungal growth medium was overlaid onto cured concrete plate. Mycelial discs were aseptically deposited at the plate center. The results showed that, due to the dissolving of Ca(OH)2 from concrete, the pH of the growth medium increased from its original value of 6.5 to 13.0. Despite the drastic pH increase, Trichoderma reesei (ATCC13631) spores germinated into hyphal mycelium and grew equally well with or without concrete. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) confirmed that the crystals precipitated on the fungal hyphae were composed of calcite. These results indicate that T. reesei has great potential to be used in bio-based self-healing concrete for sustainable infrastructure.

研究动机与目标

• 研究真菌作为自修复剂在混凝土中用于可持续基础设施的可行性。
• 评估真菌在典型混凝土养护条件下高度碱性环境中的存活与生长能力。
• 评估真菌在混凝土表面的矿物沉淀能力。
• 识别能够在碱性环境中沉淀碳酸钙的真菌种类。

提出的方法

• 将多种真菌的菌丝盘无菌接种于已固化的混凝土板上。
• 在混凝土表面覆盖真菌生长培养基，以评估养分吸收与pH变化。
• 随时间监测培养基的pH值，以追踪混凝土中Ca(OH)2溶出引起的碱度变化。
• 采用X射线衍射（XRD）识别沉淀矿物的晶体相。
• 采用扫描电子显微镜（SEM）观察真菌菌丝与矿物沉积物。
• *Trichoderma reesei*（ATCC13631）根据初步筛选结果被选为详细分析对象。

实验结果

研究问题

• RQ1 真菌是否能在混凝土中因Ca(OH)2溶出而形成的高碱性环境中存活并生长？
• RQ2 哪些真菌种类在典型混凝土的碱性条件下具备沉淀碳酸钙的能力？
• RQ3 真菌生长是否促进方解石晶体的形成，从而可密封混凝土裂缝？
• RQ4 由于混凝土溶出，培养基的pH值升高到何种程度，真菌能否耐受？
• RQ5 真菌菌丝是否可作为混凝土中方解石沉淀的成核位点？

主要发现

• 由于混凝土基底中Ca(OH)2的溶出，真菌培养基的pH值从6.5升高至13.0。
• *Trichoderma reesei* 孢子即使在高pH环境中也成功萌发并发育成菌丝体。
• X射线衍射（XRD）分析证实，沉积在真菌菌丝上的晶体成分为方解石。
• 扫描电子显微镜（SEM）显示，方解石晶体直接与真菌菌丝相关联，表明其作为成核位点的作用。
• *T. reesei* 在极端碱性条件下仍能生长并沉淀方解石，显示出其在生物基自修复混凝土中应用的强潜力。
• 无论有无混凝土存在，真菌生长均无显著差异，表明其对碱性条件具有耐受性。