水泥和混凝土是用于建造可抵御自然灾害和人为灾害的持久栖息地和基础设施的重要材料。尽管如此，混凝土开裂给社会带来了巨大的修复成本，而用于修复的过多水泥消耗会导致气候变化。因此，对更耐用的胶凝材料（例如具有自愈能力的胶凝材料）的需求变得更加迫切。近日， 美国太平洋西北国家实验室Carlos A. Fernandez、Manh-Thuong Nguyen对自我修复混凝土基础设施的跨尺度实验和模拟进行了综述回顾。
本文要点：
1) 作者介绍了在水泥基材料中实现自修复能力的不同策略作用机制：普通硅酸盐水泥和辅助胶凝材料以及地质聚合物的自修复，其中缺陷和裂缝通过内在碳酸化和结晶进行修复；通过生物矿化进行自主自愈，其中水泥中的细菌产生碳酸盐、硅酸盐或磷酸盐以修复损伤；聚合物-水泥复合材料，其中聚合物内部和聚合物处均发生自主自愈–水泥界面，以及抑制裂纹扩展的纤维，从而使自主愈合机制更加有效。
2) 作者介绍了每种自修复方法中基于实验数据开发的跨纳米到宏观计算模型的现状。作者总结评论时指出，虽然自主反应有助于修复小裂缝，但最富有成效的是在于设计策略中的额外成分，而这些成分可以迁移到裂缝中并引发化学反应，从而延缓裂缝扩展并修复水泥基体。
Manh-Thuong Nguyen et.al Toward Self-Healing Concrete Infrastructure: Review of Experiments and Simulations across Scales Chem. Rev. 2023
DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00709
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00709
