混凝土是最經常使用的建築材料之一，因為它的成本低廉、抗壓強度大且易於製造。然而由於城市化進程的加快，用於跟混凝土混合的天然骨料–包括沙子和礫石–供應有限。

雖然可以用回收材料代替天然材料來製造再生粗集料混凝土(RCAC)，但這樣做可能會引起一些問題。在寒冷的氣候條件下尤其如此，每天的凍融循環會破壞混凝土、損害其結構的完整性，而這些往往會導致安全問題。

在最近發表在《The Journal of Cleaner Production》上的一項研究中，西安交通大學利物浦分校土木工程系的科學家們將脫硝細菌應用於再生粗集料(RCA)並提高了混凝土的強度和耐久性。經過處理的RCAC是在寒冷氣候下廣泛使用的理想選擇，因為它可以承受225次凍融循環，比沒有處理的多75次。

傳統方法

研究論文的通訊作者Chee Seong Chin教授說道，改善混凝土抗凍融性的傳統方法從長遠來看是不可持續的。

“這些方法如降低水灰比和增加化學外加劑增加了化學物質的使用量，它們對可持續性留下了不利影響。相比之下，我們提供了一個環境友好的解決方案。我們的方法使用反硝化細菌，其不包含或產生有毒或污染性物質，”他說道。

減少吸水率

Chin教授表示，減少吸水率對於提高RCAC的抗凍融性至關重要。

在凍融循環中，水會滲透到混凝土中，這會使結構產生裂縫並降低其耐久性。當水凍結時，它則會膨脹。水越多，膨脹越大，而膨脹越大，損害越大。

“如果不經過細菌處理，在混凝土中使用RCA，那麼會因為其結構鬆散、孔隙率高會而增加吸水率，而反硝化細菌則可以堵住水進入的孔洞並有效地將混凝土內部吸收的自由水減少33%。它可以防止從外部吸水，從而減少從內部膨脹的情況，”Chin教授說道。

一個更穩定的結構

此外，Chin教授還指出，細菌還可以通過創造一個更穩定的結構來提高混凝土抵禦水凍膨脹的能力。“RCAC的空隙和孔隙被細菌創造的碳酸鈣晶體所填充，這使得結構變得更加密集並減少了冷凍水的膨脹效應。根據我們的實驗，反硝化細菌可以將抗壓強度和拉伸分裂強度分別提高30.3%和20.3%。此外，細菌在生物礦化過程中會消耗多餘的氫氧化鈣，從而使混凝土更耐凍。骨料和水泥基體之間的氫氧化鈣通常被認為是強度和耐久性方面的負面因素。”

Chin教授表示，儘管這種新方法大大增加了RCAC的抗凍性，但它還需要通過使用納米材料或其他水泥材料的生物礦化方法來提高抗凍性以展開進一步的研究。另外，他還補充道：“未來的研究需要調查經濟成本，並用生命週期評估來量化環境影響。”