研究用细菌与3D打印制造生物胶结建材,室温固化替代水泥煅烧

2026-11-04 09:18:58

苏黎世联邦理工学院的研究者卡伦·安托尔韦萨·帕埃斯开发了一种以细菌为胶结剂的建筑构件制造方法。细菌与沙粒混合后,通过微生物诱导方解石沉淀(MICP)在室温下将颗粒黏结为固体,无需水泥生产中的高温煅烧。

工艺分两种路径。第一种是3D生物胶结打印:将含活菌、海藻酸盐、黄原胶与沙的生物墨水挤出成型,再浸入含尿素和氯化钙的矿化液。细菌分解尿素产生碳酸根,与钙结合形成碳酸钙晶体,在沙粒间交错生长。过程持续两到五天,每天更换矿化液。

第二种是机器人喷涂:机械臂逐层交替沉积细菌、矿化液与沙子,适用于表面构筑。该工艺在2025年威尼斯建筑双年展上连续运行六个月。

力学数据来自一项相关研究:孢子嵌入水凝胶基质的生物复合材料经两周固化,抗压强度最高6.9兆帕,弹性模量855.1兆帕。研究者指出,这一强度仍低于常规混凝土,但优于此前多数活性建筑材料,潜在用途包括遗产修复与砖石砌筑。

在常规3D打印混凝土领域,另一项研究将粉煤灰负载的细菌接种物喷洒于打印层间,利用微生物矿化改善层间黏结力,说明细菌在水泥基材料中目前更多作为辅助手段使用。生物胶结建材能否用于承重结构,尚缺规模化应用数据。


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