《Journal of Building Engineering》：Repair and Performance Enhancement of Microbial Self-Healing Concrete Cracks at High Altitudes Under Different Humidity Conditions
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微生物自愈混凝土高海拔适应性研究；湿度30%-70%与开裂时间3-28天系统评估显示，70%湿度下修复率94%-100%，30%湿度仍达66%-80%，验证低氧低压下微生物活性稳定，环境适应性良好，为高海拔应用提供数据支持。
惠荣|田伟阳|周博宇|王海亮|刘志华|金侃|吴洪刚|陈晓晓|邓坤
天津城建大学材料科学与工程学院，中国天津300384
摘要：
本研究系统评估了微生物自修复混凝土在不同湿度水平（30%±5、50%±5、70%±5）和开裂时间（3-28天）下的自修复性能，考虑了高海拔地区的环境特性，如低气压和显著的湿度波动。结果表明，环境湿度显著影响裂缝修复效果。在70%±5的湿度条件下，0.3–0.5毫米裂缝的修复面积在28天时达到94%–100%，水渗透性恢复率为90%–95%，抗压强度恢复率为79%–85%。在50%±5的湿度条件下，这些数值分别为89%–100%、86%–94%和69.7%–73%。在30%±5的湿度条件下，这些数值分别为66%–80%、83%–92%和56%–60%。高海拔环境并未完全削弱微生物自修复混凝土的裂缝修复效果，其修复面积、渗透性恢复率和抗压强度恢复率仅比正常大气压条件低1-5%，表明微生物在低压条件下仍能保持稳定的功能。微生物修复的混凝土在高海拔地区表现出高度的环境适应性，其裂缝修复效果与正常压力条件相当。这为促进微生物自修复混凝土在高海拔地区的应用提供了关键数据。
引言
混凝土是现代土木工程中最广泛使用的结构材料之一。在其使用寿命期间，裂缝不可避免地会产生，不仅为水分和腐蚀性介质提供了通路，导致钢筋腐蚀和冻融破坏，还会加速性能下降并缩短使用寿命[1]，[2]。传统的裂缝修复方法主要是反应性的，在损坏发生后进行局部干预。这些方法施工周期长、成本高，并且在抑制裂缝扩展方面的效果有限[3]。近年来，基于微生物诱导矿化的自修复技术因环保、可持续和可再激活的优势而受到广泛关注，显示出在整个生命周期内提高混凝土耐久性的潜力[4]，[5]。
然而，现有的研究主要在常温常湿条件下进行，对微生物在高海拔等特殊环境中的适应性和效果了解不足[6]，[7]，[8]。高海拔地区通常具有低温、低氧水平、强烈的紫外线辐射和显著的昼夜温差等环境特征[9]。过大的昼夜温差（例如超过15°C）会在混凝土内部产生显著的温度梯度和不均匀变形，导致拉应力超过材料的抗拉强度并引发裂缝[10]，[11]。同时，低温和干燥条件会抑制微生物的新陈代谢，而低氧会改变它们的能量获取和矿化途径。强烈的紫外线辐射可能导致微生物失活。这些因素共同削弱了微生物活性和碳酸盐矿化效率，从而影响裂缝自修复性能[12]，[13]。总之，现有研究主要关注在正常大气压条件下微生物自修复混凝土的性能评估。系统研究高海拔、低压环境下湿度波动和裂缝老化时间共同作用的影响仍然较少。特别是，在不同裂缝老化阶段和湿度条件的协同影响下的性能恢复机制尚不清楚。因此，有必要进行高海拔环境适应性研究，以揭示微生物自修复混凝土在特殊使用条件下的修复模式和机制。
因此，本研究调查了在高海拔使用条件下形成的高原环境中微生物自修复混凝土的裂缝修复性能。研究了三个因素的影响：相对环境湿度（30%±5、50%±5、70%±5）、裂缝宽度（0.3-0.5毫米）和开裂时间（3天、7天、14天、28天）。通过裂缝面积恢复率、水渗透性恢复率和抗压强度恢复率等指标评估了混凝土裂缝在不同湿度环境和裂缝时间组合下的自修复性能。结合对微生物活性和矿化沉积特性的分析，探讨了其背后的机制，为在高海拔地区推广微生物自修复混凝土的应用提供了理论支持和数据参考。
测试材料
测试材料
骨料：本实验使用了细骨料和粗骨料。细骨料由陶瓷砂（粒径≤4.75毫米）和天然河砂混合而成，部分用陶瓷砂替代天然砂以固定微生物。粗骨料为分级碎石（粒径5-20毫米），来自天津，符合混凝土骨料分级要求。
水泥和矿物外加剂：使用了P·O 42.5级波特兰水泥，并添加了高质量的粉煤灰
修复面积率
图5（a-c）显示了不同修复时间（3天、7天、14天、28天）对高海拔环境中固定微生物群落诱导的裂缝自修复性能的影响。
如图5（a-c）所示，经过28天的修复后，含有微生物的混凝土组的裂缝基本闭合，而普通混凝土组和饱和陶瓷砂混凝土组只有少数裂缝部分修复。总体修复效果显著
结论
本研究系统分析了高海拔环境下微生物自修复混凝土在不同环境湿度水平（30%±5、50%±5、70%±5）和开裂时间（3天、7天、14天、28天）下的裂缝修复性能。高海拔条件和常压条件下的比较得出以下结论：
- (1)
环境湿度显著影响裂缝自修复效果。当湿度从30%±5%增加到70%±5%时，裂缝面积修复率、水
作者贡献声明
邓坤：方法学。陈晓晓：软件。吴洪刚：软件。金侃：调查。刘志华：资金获取。王海亮：正式分析。周博宇：数据管理。田伟阳：概念构思。惠荣：撰写——初稿
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
本工作得到了国家重点研发计划（2023YFC3806100）、国家自然科学基金（52278268）、天津杰出青年学者科学基金项目（22JCJQJC00020）、天津市自然科学基金（23JCZDJC00430）以及天津创新平台的中外联合研究中心专项基金（24PTLYHZ00240）的支持
