Addressing pervasive environmental challenges, sophisticated next-generation cement-based materials, engineered to fulfill comprehensive objectives including mechanical durability and functionality, are anticipated to be preeminent candidates for forthcoming pivotal engineering projects. A novel research paradigm, encompassing three distinct phases: deconstruction, re-construction, and upgrade-construction, has been rigorously developed and implemented in the synthesis of metamaterials featuring elaborate and sophisticated architectures derived from natural templates. This paradigm provides substantial theoretical and methodological guidance for the design and fabrication of advanced cement-based materials. Here, we articulate the groundbreaking concept of cement-based biomimetic metamaterials (CBMs), delineated by hierarchical multi-scale architectures and multiple excellent properties, and critically review the inspiration, fabrication strategies, property characteristics, and application prospects of representative CBMs, including biomimetic superhydrophobic cement, biomimetic high-toughness concrete, biomimetic cement aerogel, and biomimetic photothermal cement. The emergence and development of CBMs may radically upgrade the mechanical, functional and durable capabilities of contemporary civil engineering materials.

Superhydrophobic cement-based materials are promising candidates to alleviate the performance deterioration of concrete constructions caused by water penetration. However, the weak mechanical performance of superhydrophobic surfaces, and severe reduction in compressive strength due to bulk modification, present significant challenges for the application of superhydrophobic cement-based materials. In this work, a superhydrophobic mortar (S-mortar) was prepared using a facile and economical method by surface micro-nano roughness construction and matrix silane modification, and nano-silica was introduced to compensate for the strength loss. The obtained S-mortar exhibits superb surface mechanical durability and chemical stability, no significant decrease in superhydrophobic property after sandpaper rubbing, knife scratches, and exposure to extreme temperatures, while even new surfaces exposed by cutting and powders obtained by grinding possess excellent water repellency. Furthermore, the superhydrophobicity endows the S-mortar with self-cleaning, anti-fouling, anti-icing, anti-freezing, and anti-corrosion properties. This approach creates a balance between superhydrophobic property and mechanical performance, broadening application prospects of superhydrophobic cement-based materials.