打开文本图片集

摘要：在土木工程中，微生物材料的应用正逐步成为推动可持续发展的关键技术之一。主要探讨了微生物材料在生物水泥和生物修复技术中的应用及其对可持续发展的贡献。通过微生物诱导碳酸钙沉积的生物水泥技术，可以有效修补裂缝并增强土壤稳定性。同时，生物修复技术利用微生物处理污染的土壤和水体，减少环境污染。这些技术不仅降低了建筑材料的环境足迹，还通过生物降解和资源循环利用，提高了资源效率。

关键词：微生物材料，生物水泥，生物修复，可持续发展，土木工程

引言：

随着全球对可持续发展目标的追求加剧，土木工程领域迫切需要采用新技术来应对环境挑战。微生物材料的出现，特别是在生物水泥和生物修复技术方面的应用，为建筑行业带来了创新的可持续解决方案。这些技术利用微生物的自然过程，不仅有效地改善建筑材料的性能，还提供了处理环境污染的新方法。通过细致探讨微生物材料如何促进资源的循环利用和环境保护，展示了这一领域的最新进展和潜在的环境益处。

一、微生物材料在土木工程中的应用现状

（一）生物水泥的开发与实际应用

生物水泥技术是一种新兴的环境友好型建材技术，利用微生物通过其生物代谢过程产生无机物质，以此强化或修复混凝土结构。在中国，生物水泥的开发与应用正在逐渐受到关注，特别是在城市基础设施维护和老旧建筑修复中显示出其独特的优势。据研究显示，微生物水泥不仅可以提高混凝土的抗压强度，还能有效延长建筑物的使用寿命。例如，中国科学家在实验中发现，一种名为“Bacillus pasteurii”的细菌能通过其生命活动促进碳酸钙的沉积，这种碳酸钙能够填充混凝土中的微小裂缝，从而恢复其结构完整性并显著提高其耐久性。实验结果表明，使用该微生物处理过的混凝土，其抗压强度比未处理的混凝土高出约20%。

（二）生物修复技术的进展与挑战

生物修复技术利用微生物来清除环境中的污染物，是一种有效的生态修复手段。在中国，随着工业化进程的加快，土壤和水体污染问题日益严重，生物修复技术因其成本效益高和环境友好的特点，成为解决这些问题的一种可行方法。在土壤修复领域，中国科研团队已经成功利用微生物处理了多种重金属污染土壤【1】。例如，江苏省某化工厂周边的土壤受到严重的镉污染，通过引入能够吸附和转化镉的微生物，经过一定周期的处理后，土壤中的镉含量从每千克土壤200毫克降低到50毫克以下，达到了国家土壤环境质量标准。水体修复方面，生物修复技术也表现出色。浙江省某城市的湖泊由于长期受到工业废水和生活污水的影响，水质恶化。当地环保部门采用微生物修复技术，通过增加能够分解有机物和氮磷的微生物种群，经过连续几个月的治理，湖泊水质得到明显改善，总磷和氨氮的浓度均降低了40%以上。

二、微生物材料促进土木工程可持续发展的机制

（一）降低建筑材料的生态足迹：

建筑业是全球资源消耗和废弃物排放的主要来源之一。据中国建筑材料协会数据显示，目前中国每年建筑废弃物总量已经超过30亿吨，其中大部分由混凝土、砖瓦等传统建筑材料构成。传统建筑材料的生产和使用过程往往伴随着高能耗和高排放，对环境造成了严重影响。然而，微生物材料的应用为降低建筑材料的生态足迹提供了新的解决方案。生物水泥技术是一种利用微生物诱导碳酸钙沉积的新型建筑材料制备技术。通过引入特定菌种，结合适当的培养条件，可以在混凝土中诱导碳酸钙的形成，从而形成坚固的生物水泥。据中国建筑材料科学研究院的研究数据显示，与传统水泥相比，生物水泥的生产过程中CO2排放量可降低50%以上。这一技术的应用不仅减少了对传统水泥原材料的需求，还大大降低了生产过程中的能耗和环境污染。另一方面，生物修复技术也在降低建筑材料生态足迹方面发挥着重要作用。通过利用微生物处理建筑废弃物中的有机污染物，可以将这些污染物转化为无害的物质，从而减少对环境的污染。例如，中国某大型建筑工地采用了生物修复技术处理废弃的木材和纤维板，成功将有机污染物降解率提高到80%以上，大大减少了废弃物对周边环境的负面影响。

（二）促进循环经济与资源再利用：

微生物材料的应用不仅可以降低建筑材料的生态足迹，还有助于促进循环经济与资源再利用【2】。据中国环境保护部发布的数据显示，目前中国的建筑业废弃物处理率仅为20%左右，大部分废弃物被填埋或焚烧，造成了严重的资源浪费和环境污染。在这一背景下，微生物材料的应用为建筑废弃物的资源化利用提供了新的途径。生物水泥技术的应用可以将建筑废弃物转化为新型建筑材料，实现废物利用。例如，中国某建筑材料企业利用建筑废弃物中的混凝土碎片和砖瓦等原材料，成功生产出生物水泥制品，实现了建筑废弃物的资源化利用。据企业统计数据显示，目前生物水泥制品的市场占有率已达到10%，预计未来几年将进一步提升。

三、未来研究方向与实践挑战

（一）技术创新与效能提升：

微生物材料的应用在土木工程中催生了技术创新和效能提升的重大进展。以生物水泥技术为例，近年来中国科学院土木工程研究所与多家企业合作开发出一种基于微生物诱导碳酸钙沉积的新型生物水泥，其强度和耐久性明显优于传统水泥。根据中国建筑材料协会的数据，这种生物水泥的抗压强度可以达到80MPa，比普通水泥提高了30%以上，且具有更好的耐腐蚀性和自修复能力。这一技术创新不仅提升了建筑材料的性能，还大幅减少了生产过程中的能源消耗和环境污染。另一方面，生物修复技术的效能提升也取得了显著成果。中国某城市的土壤生物修复项目采用了新型微生物菌剂，成功将污染土壤中有机物质降解率提高到90%以上，有效改善了土壤质量。

（二）政策支持与行业应用的扩展：

政策支持是推动微生物材料在土木工程中广泛应用的重要保障。中国政府出台了一系列支持可持续建筑发展的政策和措施，为微生物材料的研发、生产和应用提供了政策保障和财政支持【3】。例如，中国建设部颁布了《绿色建筑评价标准》，明确支持利用生物材料和生物技术进行建筑环境改善。此外，地方政府也纷纷出台了相关政策，鼓励企业投资研发和推广应用微生物材料技术。在政策支持的推动下，微生物材料在土木工程领域的应用得到了迅速扩展。中国某省份的一项土木工程建设项目就采用了生物水泥技术，成功修复了长期存在的混凝土结构裂缝问题，提高了工程的安全性和耐久性。

结语：

微生物材料的应用正在土木工程领域掀起一场革命。通过生物水泥技术和生物修复技术的创新应用，我们不仅实现了建筑材料生态足迹的降低和资源的循环利用，还促进了技术创新与效能提升，并得到了政策支持与行业应用的扩展。这一进展不仅推动了土木工程行业向绿色、可持续发展方向转型，也为实现中国建筑业的绿色转型和可持续发展目标提供了有力支持。展望未来，我们期待着更多创新技术的涌现，更多政策的支持，以及全社会对可持续发展的共识与行动。

参考文献：

[1] 王晓明. 微生物材料在土木工程中的应用与发展趋势[J]. 建筑材料，2020，（12）：45-50

[2] 李华，张强. 生物水泥技术在混凝土结构修复中的应用研究[J]. 建筑科学，2019，（6）：32-37

[3] 陈小红，刘伟. 生物修复技术在土壤污染治理中的应用及效果评价[J]. 环境科学研究，2021，（3）：78-83

杨小彤 女 汉 甘肃 1997.08.10 本科  助理工程师 土木工程类