穿过几条街巷，在剑桥特拉平顿街南端，我们找到了这栋古旧的红砖建筑。它是剑桥大学工程系的主楼，Abir Al-Tabbaa教授的办公室就在里。

办公室不大，书籍资料满桌满架，Abir Al-Tabbaa教授在这里和我们聊起了她正在做的有关可“自我修复”混凝土的研究。

可“自我修复”的混凝土，简单来说，就是这些混凝土将如同人类的肌肤一般，可以自我诊断、修复、弥合与重生。

这项技术将如何改变我们的日常生活呢？数据显示，英国每年用于修补、保养建筑、道路等混凝土结构的费用高达400亿英镑，从全球范围来看，这类费用还要高出许多。如果可“自我修复”的混凝土能够广泛应用到建筑行业中，将大大减少花在维修上的时间与金钱。

同一个目标，实现它的手段却可以是不同的。在实现混凝土可“自我修复”这个共同的目标之下，世界各国团队的研究大方向主要分为两个：一个是对自生性修复技术（Autogenous healing technique）的研究，另一个是对自动修复技术（Autonomic healing technique）的研究。自生性修复是水泥天然就具备的修复能力，但还可被进一步增强；自动修复，则是当损伤已超出了前者所能修复的程度时所采取的手段。

混凝土本身就有一种天然的自我修复能力。当混凝土被制成之时，其内部有一部分水泥仍然未被水化激活。当有微小的裂缝出现时，外部的水从这些裂缝渗入，就能水化激活这部分水泥，所形成的水化产物可以填补这条微小的裂缝。因此，如果这条裂缝极其微小，混凝土天然的自我修复能力，就能将其弥合。但当裂缝较大时，这种天然的修复机制就无法完全修复裂缝了。这就需要人们为它添加一些“自我修复”的组件。

图：团队研制的含有修复物质的“微胶囊”样品

Abir Al-Tabbaa团队的研究涉及以上两个领域，但目前最主要的研究重点是研发第二个方向的技术。他们在制作混凝土时，将许多装有修复物质的“微胶囊”植入水泥基中。当混凝土出现裂缝时，外力就会使得这些胶囊破裂，里面的物质就会被释放出来，对裂缝进行修复。

装在这些“微胶囊”里的物质是什么呢？世界上其他的研究者正在使用的是生物或化学物质，而Abir Al-Tabbaa教授及其团队在研发的则是一种以矿物质为主要成分的物质。相比于生物与化学物质，这种物质更接近混凝土本来的成分，因此与混凝土材料有更好的兼容性。

受访者简介：

Abir Al-Tabbaa，剑桥大学工程系土木与环境工程学教授。

从布里斯托大学的土木工程专业毕业后，她在剑桥大学获得了土壤力学的硕士与博士学位。随后，在奥雅纳工程顾问公司（Ove Arup & Partners）担任了三年的岩土工程师。1991年，她到伯明翰大学担任土木工程专业讲师。1997年，返回剑桥大学担任讲师，后来成为土木与环境工程专业教授。

她的研究兴趣广泛，包括建筑与先进材料、地基改良、污染土修复以及搅拌桩技术等领域，并都侧重于可持续性与耐久性的研究。

《华闻周刊》：可“自我修复”混凝土的研究在全世界热门起来的原因是什么？

Al-Tabbaa教授：这是因为它所能带来的潜在好处是巨大的。首先，如果材料能够自我修复，人们就可以省下检修、维护这些材料的时间和费用；第二，有些结构所在的位置，不方便人们前去检修，如果这些材料能够在出现损伤时自我修复，那就能提高其安全性和可靠性；第三，人们的日常生活不会因为这些建筑、道路的维修工作而被打断；第四，它能大大地增加混凝土结构的可持续性，因为它们不需要经常被更换。

整体来说，可“自我修复”的混凝土能够让这些结构更加安全、可靠和更具可持续性，并且从长期来看，可以减少相关的成本。

图：Abir Al-Tabbaa教授和她的团队在实验室里

《华闻周刊》：目前，世界上有多少个研究团队在做这个方面的研究？在你们剑桥大学的团队加入以前，英国其他的团队已经做了哪些研究？你们加入进来后，几个团队是如何合作的？

Al-Tabbaa教授：在我们之前，美国、荷兰和比利时已经有一些研究机构开展了相关领域的研究工作。在英国，卡迪夫大学、巴斯大学和我们剑桥大学的研究团队一起合作，是这个领域的领军者。

卡迪夫大学的研究者主要在研究混凝土中型/大型损伤的自我修复技术，原理是将有“形状记忆”的塑料筋置入混凝土中，当混凝土出现较大的裂缝时，热胀冷缩作用可以使得塑料筋收缩，从而修复裂缝。

巴斯大学的研究者主要负责研究混凝土微型/中型损伤的自我修复技术，原理是将可生产石灰的生物细菌和乳酸钙混入混凝土中，当混凝土出现裂缝时，空气和水分进入，这些细菌可将乳酸钙变成方解石，即石灰石的成分，从而将裂缝填塞上。而我们剑桥团队则负责研发内含修复物质的“微胶囊”，用该技术来实现混凝土纳米/微型层级损伤的自我修复。

“微胶囊”技术现在已经被大量地运用到可“自我修复”混凝土的研究中。其他的研究者，有的把胶合剂等强力胶装到玻璃长胶囊中，有的则是把细菌装入多孔集料中。

我们在研发我们自己的基于矿物质的修复物质，这种物质能更好地被水泥基所兼容，并且更接近于混凝土本来的成分，所以在完成“自我修复”之后，这个混凝土的构成成分与此前的成分不会有太大的变化。我们还对胶囊制作过程和胶囊外壳材料进行了一系列的研究。此外，除了研究裂缝等常见的物理损伤，我们还研究氯化物腐蚀或表层碳化等带来的化学损伤。

2013年，在英国自然基金会（EPSRC）的资助下，“地基与结构工程的挑战”（Ground and Structural Engineering Challenge）项目启动。我们与来自卡迪夫大学和巴斯大学的团队展开合作，这让我们有机会将三种不同的修复机制综合运用到同一块混凝土中。

图：研究员Antonis  Kanellopoulos博士解释混凝土裂缝修复原理

《华闻周刊》：在什么情况下，这些“微胶囊”里的物质可以释放出来？最大的技术难度在哪里？

Al-Tabbaa教授：通常情况下，混凝土中会用钢筋来抗拉力。当混凝土出现裂缝时，可能会一直裂到钢筋处，这使得水分能够沿着裂缝渗漏进来，最终导致钢筋被锈蚀破坏。我们试图去阻止这种情况发生。当然，即使没有裂缝出现，当混凝土外部出现盐水时，它们也可以侵入混凝土，腐蚀钢筋。

在制作混凝土的时候，我们会将这些装有“自我修复”物质的“微胶囊”置入水泥基中。这种胶囊的外壳可以在以上这些情况下溶解或者变得具渗透性，里面的修复物质就能被释放出来，以抑制腐蚀作用。

最关键的是要找到这个“微胶囊”自动释放内部物质的触发因素（Triggers）。

在物理触发因素（Physical Triggers）方面，我们已经有过大量的研究。但在化学触发因素（Chemical triggers）等方面，我们还有很多的研究可以做，因为化学触发因素比物理触发因素更为复杂。

图： 用微流体系统制出的单分散多孔聚合物纳米微囊，即文中提到的“微胶囊”的一种

图：嵌在混凝土中的破裂之后的“微胶囊”

《华闻周刊》：混凝土在完成一次“自我修复”之后，“微胶囊”里已经空了，万一在相同位置再次出现裂缝或损伤怎么办？

Al-Tabbaa教授：这是一个很好的问题。我们正在研究这个方面的问题，它也是英国自然基金会资助的这个项目的一部分。

我们考虑采用的第一个解决办法是，在混凝土里安置一个类似人体血管的系统，将所有这些“微胶囊”用微细的管道连接起来。这样一来，修复物质在这些“微胶囊”之间，就可以像人类的血液一样循环，当有一个地方出现伤口的时候，这些修复物质就可以循环到那里，去修复伤口。整个概念，就是模仿人体的血液循环系统。

第二个可能的解决方法是，我们可以用一种聚合物来作为修复物质，它有一种类似“钩子”的结构。每当混凝土出现裂缝之时，这些“钩子”就能够连接起来，如果之后再出现破裂的情况，它们还能再次连接。

还有一个可能的方法是，我们想找到一种修复物质，它在修复了裂缝之后，能让这个被修复的位置比其他的区域更加坚固。这样一来，裂缝下次就不会再在这个相同的位置出现了。

我的团队目前有8个成员，每个人负责一个研究方向。今年10月，还会有两个新的研究者加入进来。由于我们的研究领域引起了人们极大的兴趣，所以团队也在迅速地发展壮大。我们在运用不同的外壳材料、外壳形状、修复物质和生产方法来研制一系列的“微胶囊”。

“微胶囊”外壳的力学特性也非常重要。我们既要确保它们不会在混入混凝土时破掉，又要保证它们在混凝土出现裂缝或损伤时能够迅速、容易地裂开。

《华闻周刊》：“微胶囊”里面的修复物质有没有一个有效期？这个有效期多长？

Al-Tabbaa教授：我们现在用的是矿物质，原则上只要它们不被水侵入，就可以长期有效。

《华闻周刊》：在高温的环境下，这个“微胶囊”的性能会不会受到影响？

Al-Tabbaa教授：这是个有趣的课题，我们最近开始研究在油井或天然气井中运用可“自我修复”水泥的情况。我们的计划是研制出可以适用于高温环境的“微胶囊”。

图：研究团队的成员在做实验

《华闻周刊》：当“自我修复”的过程完成后，这个混凝土材料是否还能像之前一样坚固？

Al-Tabbaa教授：在以前用强力胶一类物质来修复的时候，让混凝土恢复到以前的强度，甚至变得更坚固，都是有可能的。我们现在用与矿物质来进行修复，它的强度还只能够恢复一部分。

但对“自我修复”的过程来说，更重要的是减少混凝土的可渗透性，这样一来水就无法再次侵入。

裂缝经常出现在受到拉力的区域，而对混凝土来说，最关键的是去保护里面的钢筋，因为钢筋是其抗拉强度的主要来源。

《华闻周刊》：你目前在研发的这个“自我修复”混凝土技术，它最初的灵感来自何处？

Al-Tabbaa教授：我们首先受到了其他领域研究的启发，其中最重要的是可“自我修复”的聚合物以及聚合物复合材料在航天领域中的运用；其次，我们受到了在其他领域被广泛使用的“微胶囊”技术的启发；第三，我们还受到了人体的启发，我们想模仿人体的自我修复机制，并将其运用到混凝土中。

《华闻周刊》：这种“自我修复”的混凝土，它本身的成本是不是会比普通的混凝土昂贵？从长远来看，是否划算？

Al-Tabbaa教授：我们进行过计算，即使这种材料前期比普通材料贵20%，相比于它能省下的费用，它也仍然是划算的。因为这种材料，不需要要经常检修和维护，也不需要经常更换。因此从长期来看，它预计可以节省约50%的维修费用。目前，我们正在和工业界的合作伙伴商讨，希望将商业化生产“自我修复”组件的成本降到最低。