随着社会经济和现代化建设的快速发展,高层建筑不断涌现,建筑密度不断加大,加之易燃材料的应用以及燃气、电器的普及,使建筑物发生火灾的概率大大增加。混凝土结构作为现代建筑中大量使用的结构类型,由于各种火灾事故,使其遭受突发性高温作用,短时间内可导致混凝土材料物理力学性能降低,构件或结构整体开裂、变形、承载力下降,进而影响结构物的安全性和耐久性。因此,科学合理的制订火灾后修复方案成为保障混凝土结构继续安全使用的关键。传统修复材料中高分子有机物与水泥基材料的粘结性不好、耐久性差、抗老化性能弱,并且这些材料多含有害成分,不符合环境友好型材料要求。生物矿化修复技术通过生物有机大分子的调控作用生成具有胶凝性质的无机矿物,其具备固结物料、填充裂缝、修复缺陷等功能,同时对环境污染小、工程成本低,与水泥基材料相容性好。利用生物矿化改进混凝土材料损伤修复技术具备鲜明的创新性。本研究针对混凝土火灾损伤修复,开展生物矿化修复混凝土火灾损伤机制及多尺度性能研究,进行工程材料与生命科学的交叉探索,主要研究工作如下:（1）生物脲酶活性研究脲酶催化尿素水解的活性决定生物矿化效率。为探索巴氏生孢八叠球菌（DSM33）及大豆脲酶的差异性,推进大豆脲酶的工程应用,本研究采用同条件对比试验,研究脲酶浓度、镍离子、酸碱度、底物浓度、胶结液浓度、外界环境条件因素对脲酶活性的影响规律,并对脲酶活性的保持和热稳定性进行修饰试验。结果表明:镍离子对微生物脲酶有明显激发作用,10μmol/L的镍离子掺量可使活性提高4倍;尿素或氨作为生物脲酶合成DNA链上必须的诱导物质,最大浓度不宜超过1.5 mol/L;pH值12时,微生物可以生长并保持一定活性,表明微生物具有耐碱性;非无菌环境,微生物脲酶活性保持率在77%以上,工程适用性强;大豆脲酶容易获取,活性较好,属于终端产物,和巴氏生孢八叠球菌一样可应用于混凝土材料修复领域,在pH值5～13溶液中大豆脲酶的沉淀、凝絮及分散特征表明了其具有典型的负电荷特性;20%的甘油保护剂对脲酶热稳定性有良好的修饰作用。（2）生物矿化碳酸钙特性及调控机制研究不同因素对碳酸钙晶相、粒度、力学性能等特性及其调控机制的研究是碳酸钙作为生物矿化修复材料的关键问题。通过研究9个酸碱度指标、5个胶结液浓度梯度及2种钙盐添加顺序对生物有机质调控碳酸钙的影响,结果表明:pH值7～9、胶结液浓度不高于1.5 mol/L的理化特征,矿化出的碳酸钙产率在80%以上;先加钙、pH值不为7～9的理化条件,优先矿化出方解石,含量大于矿物总量的80%,越不利于脲酶活性的条件,方解石纯度越高,晶体形貌各异,晶体结构堆砌和组装程度高,粒径分布范围广,黏附力性能好;反之,产物为形貌单一、粒径均匀、黏附力低的球霰石。试验结果与相变理论和晶系理论推定结果前后呼应,揭示了低离子活度积是方解石沉淀的机理。通过SEM、EDS及革兰氏染色试验,得出微生物细胞壁和大豆脲酶均具有负电荷性,这是其作为成核地点参与矿化反应的关键。（3）生物矿化修复混凝土火灾损伤适配机制研究适宜的理化条件是提升生物矿化修复混凝土火灾损伤效果的关键。通过生物矿化理化条件及混凝土火灾损伤特征研究,探讨两者间的适配机制,结果表明:温度在300℃及以上,混凝土产生的表面裂缝宽度大于60μm,最可几孔径大于3.6μm,平均孔径10μm以上,细观孔（＞1μm）占比超过25.4%,孔隙连通性强,表观裂隙以V型形式向内延伸与混凝土内部损伤连通为整体,且内部pH值低于13。这种特殊的损伤模式为生物矿化所需的氧气和修复液提供了通道;裂缝及孔隙损伤大小满足生物矿化所需最小空间,且与碳酸钙粒度分布相吻合;混凝土高温后pH值的降低保障了脲酶活性,延缓了对生物生存的不利影响。（4）生物矿化修复混凝土火灾损伤多尺度性能及其内在联系研究生物矿化修复混凝土火灾损伤多尺度性能研究是揭示生物矿化修复机制,建立理论及评价方法的关键。通过C60混凝土火灾模拟试验及生物矿化修复效果评价,结果表明:混凝土受300℃～700℃的火灾作用影响,强度和耐久性指标降低,微观孔结构劣化,材料导电性增强,500℃是混凝土损伤开始严重的起点温度;生物矿化修复后,试件表观裂缝被有效覆盖;300℃～600℃的受损试件吸水率可修复至常温时的状态;氯离子迁移系数最大降低60.6%,不超过500℃的试件抗氯离子渗透等级可恢复至Ⅲ级及以上;混凝土强度比基准温度最高提高了42%;生物矿化更适宜修复300℃～500℃的混凝土中、轻度损伤。研究生物矿化修复混凝土火灾损伤的细微观结构特征,结果表明:生物矿化修复后,混凝土孔隙率降低12.9%以上,多害孔降低40%以上,孔结构特征得到了有效修复和优化;混凝土孔隙溶液导电离子浓度和材料传质导电性的降低表明了混凝土内部孔隙导电路径减少,连通性降低。根据多尺度性能参数试验,揭示了生物矿化修复混凝土高温损伤机理是沉积产物胶结成连续致密的整体,修复、优化细微观孔隙结构,固封损伤位置,提高受损混凝土试件的密实度,实现混凝土性能的优化。