近日，在第51届瑞士日内瓦国际发明展上，天津城建大学荣辉教授、王海良教授团队牵头完成的“负载多元微生物的陶砂自修复混凝土设计制备应用成套技术”，从全球35个国家和地区的千余项发明中脱颖而出，一举摘得金奖。这项为冰冷混凝土注入“生命”的原创成果，正从实验室走向工程一线，让建筑拥有“自愈”能力。
日内瓦国际发明展由瑞士联邦政府、日内瓦州政府、日内瓦市政府与世界知识产权组织共同主办，是全球历史最悠久、规模最大的发明盛会之一，被誉为“发明界的奥林匹克”。本届评审团由包括诺贝尔奖得主和知名院士在内的80余位国际专家组成，金奖代表了国际发明领域的顶尖水准。
裂缝，一直是水泥基材料难以根治的“顽疾”。在荷载、温湿变化和介质侵蚀下，混凝土结构不可避免地会产生裂缝，如同建筑的慢性伤口，不断削弱耐久性、缩短服役寿命。传统修复方式往往是在裂缝扩大后被动修补，成本高、效率低的同时还难以从源头阻止损伤扩展。面对这一行业痛点，天津城建大学荣辉、王海良教授团队决定为冰冷的水泥基材料注入“生命”——赋予其主动感知裂缝并自主修复的能力。
围绕微生物自修复水泥基材料，团队多年攻关，逐一突破微生物分布不均、修复速率慢、复杂环境适应性不足等行业共性技术难题，先后研制出磁性微生物、多元微生物及陶砂固载微生物等自修复材料体系。
团队首先探明了微生物浓度与底物用量之间的线性关系，提出了基于微生物掺量调控的针对性修复理论与技术方案，为不同裂缝尺度和服役条件下的精准修复提供依据。针对微生物难以精准富集在裂缝区域的难题，创新开发出磁性微生物自修复材料，阐明了其在磁场作用下的定向迁移机制，使微生物能够主动“奔赴”裂缝区域并高效矿化沉积，实现对损伤的主动“围堵”。
面对微生物在水泥基材料中存活率低、长期活性不足的痛点，团队根据陶砂作为固载微生物载体的适用性和优越性特点，研发出陶砂固载微生物自修复材料，使裂缝28天面积修复率达100%。同时，面向高海拔、高寒及大温差等极端服役环境，构建并评估了适用于复杂服役环境的微生物自修复材料体系，为特殊地区基础设施耐久性提升提供了技术支撑。
在修复能力上，团队进一步突破单一菌种修复能力受限的技术瓶颈，揭示了多元微生物协同矿化机制：其中菌株A主要负责提供碳酸根离子；菌株B优化局部环境并提供成核位点，为深层裂缝修复提供CO2；菌株C高效催化碳酸盐生成。三者优势互补、协同联动，提高了裂缝修复能力，使裂缝14天面积修复率达100%。在此基础上，成功开发出面向工程应用的微生物自修复水泥基材料。
国家发展改革委公布的《产业结构调整指导目录（2024年本）》中明确鼓励混凝土自修复材料的开发和应用。《2025—2031年中国自修复混凝土市场全景调查与投资前景分析报告》中预测2030年全球自修复混凝土市场规模将达到0.23亿美元。该技术能够延长结构寿命、减少维修与更换需求，降低资源消耗，为绿色低碳基础设施建设提供了创新方案，展现出广阔的应用前景和显著的社会经济价值。
当前，我国正深入推进城市更新、新型城镇化和交通强国建设，大量基础设施逐步进入养护维修期，市场对长寿命、绿色化智能修复技术的需求日益增长。微生物自修复技术能够有效减少传统修复材料消耗和频繁维护带来的资源与能源投入，为基础设施耐久性提升和低碳运维提供有力技术支撑。目前，这套技术已在广东东莞示范工程中得到应用，并在“十四五”国家重点研发计划项目子课题、天津市杰出青年科学基金等支持下，获省部级科技奖励3项，出版学术专著1部，牵头起草地方标准1部，授权发明专利3项，登记软件著作权7项，入选天津市国资委高校重点待转化项目清单。
天津城建大学相关负责人表示，此次获奖不仅是对天津城建大学科研团队科研实力的一次权威认定，也彰显出学校面向国家重大需求、服务高水平科技自立自强的创新策源能力，是学校长期深耕土木工程优势特色学科、主动对接国家“双碳”目标与强国建设需求的又一生动注脚。下一步，学校将进一步整合科研团队和平台资源，加大对青年科技人才的托举力度，密切对接行业龙头企业和京津冀协同发展需求，加快构建集基础研究、标准编制、成果转化于一体的创新链条，努力在服务国家重大基础设施建设和绿色低碳发展大局中贡献更多智慧与力量。
