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新疆沙漠明渠岸坡衬砌因气候及水蚀易开裂，影响渠道安全。研究人员针对 0.1~5.0 mm 混凝土裂缝开展 MICP 修复试验，发现 16 周期内 1.0 mm 为最佳修复宽度阈值，可有效提升防水性与耐久性，为沙漠渠道裂缝修复提供新方向。
在广袤的新疆沙漠地区，明渠作为重要的水利设施，其岸坡结构长期遭受季节性气候变化与水蚀的双重挑战。反复的干湿交替、冻融循环使得衬砌层极易出现开裂，不仅导致防渗性能下降，还可能引发风沙土渗透、岸坡坍塌等安全隐患。传统的环氧树脂注射、灌浆等修复技术虽有一定效果，但在能耗、环境兼容性等方面存在局限。因此，开发一种高效、环保的裂缝修复技术成为保障沙漠明渠长期稳定运行的关键课题。
新疆农业大学的研究团队聚焦这一难题，开展了微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation, MICP）技术修复衬砌裂缝的研究。通过 16 周期的修复试验，研究首次明确了 MICP 技术在不同裂缝宽度下的修复效能，并提出 1.0 mm 为最佳修复宽度阈值。该成果发表于《Scientific Reports》，为沙漠地区水利工程的裂缝治理提供了创新性解决方案。
研究采用了一系列关键技术方法：首先通过正交试验优化孢子八叠球菌（Sporosarcina pasteurii）的培养条件，确定了最佳 pH、温度、母液体积等参数；利用钢板插拔法预制 0.1~5.0 mm 宽度的混凝土裂缝，模拟实际病害；采用注射法进行 MICP 修复，结合面积修复率、渗透系数、毛细吸水试验等宏观指标，以及 X 射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等微观分析，系统评估修复效果。
不同裂缝宽度下 MICP 修复效果分析
通过 16 周期修复发现，裂缝宽度对修复效果影响显著：0.1~0.8 mm 裂缝的面积修复率接近 100%，碳酸钙（CaCO?）沉淀均匀致密，有效封堵裂缝；当宽度达 1.0 mm 时，修复率降至 93.6%，但仍能形成连续防渗层；而超过 1.5 mm 的裂缝修复率不足 10%，沉淀难以填充宽大空间。渗透试验表明，0.1~2.0 mm 裂缝修复后渗透系数降低超 99%，但 5.0 mm 裂缝仅达 87%，显示宽大裂缝的修复稳定性不足。毛细吸水试验则显示，0.1~1.0 mm 裂缝的防水性能提升达 78.2%，印证了窄裂缝修复的高效性。
微观机制与修复层特性
XRD 分析显示，修复后裂缝内方解石（CaCO?）峰值显著增强，证实 MICP 过程生成的碳酸钙为主要修复物质。SEM 图像表明，修复层由规则或不规则椭圆状 CaCO?颗粒紧密堆积而成，与混凝土基质兼容性良好，形成连续屏障。微生物代谢产生的碳酸根离子（CO?2?）与钙离子（Ca2?）结合，通过酶促反应实现裂缝填充，其结晶动力学受裂缝宽度调控，窄空间更利于形成致密结构。
最佳修复宽度的确立与意义
综合宏观性能与微观结构分析，研究提出 1.0 mm 为 MICP 技术在 16 周期内的最佳修复宽度阈值。在此宽度下，既能保证 CaCO?沉淀的连续性与密实度，实现防水性与耐久性的显著提升，又可避免因修复周期过长影响渠道运行。该结论为实际工程应用提供了量化依据，建议对小于 1.0 mm 的裂缝优先采用 MICP 修复，而对于更宽裂缝可结合风沙土骨料进行复合修复，以增强环境适应性。
这项研究不仅拓展了 MICP 技术在干旱区水利工程中的应用场景，也为类似气候条件下的混凝土结构修复提供了新范式。通过微生物代谢驱动的自修复机制，有望减少传统修复技术的环境负荷，为沙漠地区水资源输送工程的可持续维护开辟新路径。未来研究可进一步探索多菌种协同作用及修复材料的长期稳定性，推动 MICP 技术从实验室走向更广泛的工程实践。
