建筑工程修復(fù)中生物加固材料的應(yīng)用

張晉哲

（成都第三十八中學(xué) 四川成都 610106）

建筑工程修復(fù)中生物加固材料的應(yīng)用

張晉哲

（成都第三十八中學(xué) 四川成都 610106）

生物修復(fù)加固材料由于其生態(tài)環(huán)保和優(yōu)良的性能，在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過分析生物修復(fù)加固材料的性能優(yōu)點(diǎn)，探討其在歷史文物建筑表面清洗修復(fù)、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)以及巖土工程性能改良方面的應(yīng)用。

生物修復(fù)加固材料；建筑工程；應(yīng)用

引言

在建筑工程修復(fù)工作中，可應(yīng)用的材料非常多，這些材料各有利弊，傳統(tǒng)化學(xué)清洗方式成本低廉、修復(fù)方式簡單，但是表面易泛黃，容易引發(fā)鹽結(jié)晶破壞與腐蝕性破壞，如果采用激光清洗修復(fù)技術(shù)，負(fù)作用較小，但是設(shè)備較為昂貴，不適合應(yīng)用于大規(guī)模修復(fù)與清洗。與傳統(tǒng)修復(fù)和加固材料相比而言，生物材料負(fù)作用小、反應(yīng)條件溫和，限制條件少，有著良好的發(fā)展前景。

1 生物修復(fù)加固材料在建筑物表面清洗修復(fù)工程中的應(yīng)用

因?yàn)榭諝庵械亩趸?、二氧化硫、有機(jī)化合物、灰塵以及微生物的作用會使得建筑物表面形成黑色污垢，嚴(yán)重影響建筑物的外觀，而且加快表面風(fēng)化，降低強(qiáng)度。通常利用傳統(tǒng)化學(xué)清洗修復(fù)材料過程簡便、成本低，但易造成表面被腐蝕破壞，顏色變黃，產(chǎn)生硬化并且對環(huán)境也會有污染。利用激光清洗，效果好、效率高，但所需設(shè)備價(jià)格比較昂貴，不適用于大規(guī)模的清洗修復(fù)。

利用生物修復(fù)加固材料，比如硫酸鹽還原菌可以在厭氧條件下將大理石表面風(fēng)化產(chǎn)生的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為方解石，而方解石中離解產(chǎn)生的鈣離子與細(xì)菌代謝過程產(chǎn)生的二氧化碳可以生成碳酸鈣，不僅可以清除黑色的硫酸鹽污垢，還可以增加表面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

使用生物修復(fù)加固材料，只要選擇合適的傳輸方式，對于建筑結(jié)構(gòu)表層的污垢清理具有非常明顯的作用，隨著研究的進(jìn)一步深入，已經(jīng)有研究者發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽還原菌在某些非厭氧的環(huán)境下也表現(xiàn)出良好的存活性和還原能力，這大大擴(kuò)展了硫酸鹽還原菌的適用性。因此生物修復(fù)加固材料在建筑物表面結(jié)構(gòu)的修復(fù)清理和加固方面開辟了新的思路和途徑，具有長遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。

2 生物修復(fù)加固材料在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)工程中應(yīng)用

當(dāng)今的建筑工程，絕大部分選擇用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此在工程中不可避免的出現(xiàn)裂縫，外界的水以及可溶性鹽滲入后易引起鋼筋銹蝕，從而影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能，這也是工程結(jié)構(gòu)研究人員一直重視的課題。通常在工程中所使用的裂縫修補(bǔ)材料有很多，比如結(jié)構(gòu)環(huán)氧膠、環(huán)氧樹脂以及其它合成材料，但這些材料對人體有一定的危害性，并且只能進(jìn)行一次修補(bǔ)，無法進(jìn)行長期的維護(hù)，因此需要一種能夠使得混凝土裂縫自己愈合的生物修復(fù)加固材料。

細(xì)菌混凝土便是一種修復(fù)混凝土裂縫的生物材料，應(yīng)用微生物硅酸鹽礦化沉積機(jī)理，可以改善混凝土結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)、吸水率以及滲透系數(shù)等參數(shù)，在修補(bǔ)的同時(shí)還可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。比如利用球形芽孢桿菌可以誘導(dǎo)碳酸鈣沉積，通過這種菌類可以有效的減小毛細(xì)水吸附性以及氣體滲透性能，并且處理完后表面的顏色并沒有太大的差別，有效的提升了混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性。

利用生物修復(fù)加固材料在修補(bǔ)混凝土裂縫時(shí)，由于現(xiàn)在所采用的菌株大多為好氧型，所以在表層修復(fù)效果比較顯著，對于深層裂縫的修復(fù)效果不明顯。但是隨著研究的深入，逐步發(fā)現(xiàn)更多厭氧型的菌株材料，將會大大提升深層裂縫的修復(fù)能力，屆時(shí)，生物修復(fù)加固材料將會在混凝土裂縫修補(bǔ)工程中發(fā)揮更為重大的作用。

3 生物修復(fù)加固材料在巖土工程中的應(yīng)用

為了提高巖土體的工程性能，目前在巖土工程中多采用化學(xué)灌漿、壓力灌漿的方法，通過灌入漿液來改善巖土性能，但這樣往往破壞巖土層中的生態(tài)環(huán)境，損害微生物群落的生存，對環(huán)境造成很大的污染。

利用生物修復(fù)加固材料處理巖土體，利用微生物誘導(dǎo)礦化沉積的作用機(jī)理，在改善巖土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，還能最大限度的維持巖土層中的生態(tài)平衡。比如將微生物培養(yǎng)基接種到淤泥、砂石、破損巖石中，經(jīng)過礦化沉積可以形成生物膜，將使得水力滲透系數(shù)降低三個(gè)數(shù)量級。通過蠕動泵將巴士芽孢桿菌、培養(yǎng)基、尿素以及可溶性鈣注入砂土試樣中，可以獲得更高的剪切剛度與極限剪切強(qiáng)度。

基于微生物及生物技術(shù)，利用生物修復(fù)材料將改良巖土體的工程性能，在解決砂土液化、地基壓縮沉降、防洪堤壩滲漏、邊坡失穩(wěn)等方面可以用來替代傳統(tǒng)的修復(fù)材料，并且取得非常理想的效果。在今后深層裂縫修補(bǔ)、細(xì)菌混凝土、自愈合混凝土的研究開發(fā)中，有必要聚焦于厭氧性或兼性厭氧細(xì)菌修復(fù)能力研究以及關(guān)注在厭氧條件下、極端堿性環(huán)境中具有存活代謝能力菌株修復(fù)能力的研究。

4 生物修復(fù)加固材料在歷史文物建筑物加固中的應(yīng)用

歷史文物建筑物表面結(jié)構(gòu)孔隙如果出現(xiàn)堵塞，會導(dǎo)致毛細(xì)水出現(xiàn)蒸發(fā)，引起表層結(jié)構(gòu)的剝落和損壞，每一種加固材料的屬性是存在差異的，在溫度荷載、干濕循環(huán)因素的影響下，也會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂破損的情況，為此，加固層材料需要與表層結(jié)構(gòu)材料的自然屬性是一致的。利用人工形成的生物礦化層即可解決這一問題，該種材料不會堵塞結(jié)構(gòu)的自然孔隙，與表層材料有著良好的生物相容性，這也為歷史建筑修復(fù)加固工作的開展提供了新的途徑。

5 結(jié)語

生物修復(fù)加固材料具有良好的相容性、有效性以及耐久性，已經(jīng)成為材料科學(xué)的重要研究方向之一。本文通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，總結(jié)了其在建筑物表面清理修復(fù)、混凝土裂縫修復(fù)、巖土體工程性能改造方面的應(yīng)用。在實(shí)際中，伴隨著生物科技的發(fā)展，越來越多的生物材料不斷被發(fā)現(xiàn)，生物修復(fù)加固材料在未來的建筑工程中定能發(fā)揮巨大的作用。

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2016-9-29