糯米漿改良戚城遺址仿遺址土強(qiáng)度特性與作用機(jī)理

岳建偉 陳穎 趙麗敏 張寶璽 孔慶梅 顧麗華 盧會(huì)芳

摘 要：戚城遺址本體土質(zhì)為粉質(zhì)黏土，存在結(jié)構(gòu)松散、強(qiáng)度低、毛細(xì)作用強(qiáng)烈及水穩(wěn)定性差等不利特性，如何改善修復(fù)遺址土的性能令人關(guān)注。選用糯米漿、石英砂、氧化鋁、氟化鈣作為外加材料，對(duì)戚城遺址粉質(zhì)黏土進(jìn)行改良，制備仿遺址土。研究0%、1%、3%、5%、7%、9%糯米漿濃度下仿遺址土的力學(xué)性能、顯微結(jié)構(gòu)及色差變化。結(jié)果表明：隨著糯米漿濃度的增加，土樣的強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角先增大后減小，黏聚力呈線性遞增趨勢(shì);3%濃度糯米漿改良仿遺址土的抗剪強(qiáng)度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及內(nèi)摩擦角最大，顯微結(jié)構(gòu)密實(shí);對(duì)試樣進(jìn)行色差分析，仿遺址土、3%濃度糯米漿仿遺址土與遺址土間的色差均較小。采用糯米漿對(duì)MICP技術(shù)進(jìn)行改良，發(fā)現(xiàn)糯米漿可以提高細(xì)菌活性，促進(jìn)碳酸鈣生成，隨著養(yǎng)護(hù)天數(shù)的增加，改良MICP土體強(qiáng)度持續(xù)提高，生物礦化時(shí)間長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：仿遺址土;粉質(zhì)黏土;糯米漿;戚城遺址;生物礦化

中圖分類號(hào)：TU444 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-6717（2022）02-0195-10

基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（212102310287、212102310271）

作者簡(jiǎn)介：岳建偉（1971- ），男，博士，教授，主要從事微生物巖土工程與土遺址保護(hù)研究，E-mail：yjwchn@126.com。

趙麗敏（通信作者），女，副教授，E-mail：mumu55882005@163.com。

Abstract： The ruins soil of Qicheng is silty clay， typically linked with unfavorable characteristics such as loose structure， low strength， strong capillary action and poor hydraulic property. How to improve the performance of the soil in the restoration site is of great concern. In this study， glutinous rice slurry， quartz sand， alumina and calcium fluoride were added to the silty clay in Qicheng site for improvement. The imitation ruins soil was prepared by this method. The mechanical properties， microstructure and color difference of the imitation ruins soil modified with different glutinous rice slurry contents （of 0%， 1%， 3%， 5%， 7%， and 9% concentrations） were studied. The results show that with the increase of the glutinous rice slurry concentration， the strength and internal friction angle of soil samples increase first and then decrease， and the cohesion shows a linear increasing trend; Imitation ruins soil improved by 3% concentration of glutinous rice slurry had the largest shear strength， unconfined compressive strength and internal friction angle， and its microstructure is dense; The color difference analysis of the soil sample shows that the color difference between the imitation ruins soil， imitation ruins soil improved by 3% concentration of glutinous rice slurry and the ruins soil are all small; Furthermore， using glutinous rice slurry to improve the MICP technique， it is found that glutinous rice slurry can increase the activity of bacteria and promote the production of calcium carbonate. With increasing of maintenance days， the strength of modified MICP soil has an increasing tendency， and the biological mineralization time is longer.

Keywords：imitationruins; silty clay; glutinous rice slurry; Qicheng site; biomineralization

濮陽(yáng)戚城遺址處于黃河中下游，土質(zhì)為結(jié)構(gòu)松散的粉質(zhì)黏土，具有水穩(wěn)定性差、毛細(xì)作用強(qiáng)烈等不利特性，受黃河泛濫的影響，土遺址破壞嚴(yán)重[1-2]。因黃河文化傳承和旅游發(fā)展的需要，黃河下游土遺址逐步得到恢復(fù)，但已經(jīng)修復(fù)的濮陽(yáng)戚城遺址出現(xiàn)了大量裂縫及表面不同程度的龜裂，其原因在于修復(fù)材料和修復(fù)的營(yíng)造技術(shù)缺乏合理性，古代土遺址營(yíng)造時(shí)添加糯米漿是否存在科學(xué)道理亟待解密。

糯米漿在耐久性、與古建筑本體的兼容性等方面具有突出優(yōu)點(diǎn)，引起了文物保護(hù)工作者的極大關(guān)注。Zeng等[3]、彭紅濤等[4]利用糯米漿改良三合土作為土遺址的修復(fù)材料，取得了顯著的改善效果。Yang等[5]利用糯米漿與碳酸鈣構(gòu)成的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料改良的石灰砂漿作為古砌體的修復(fù)材料。賈棟欽等[6]采用改性糯米漿固化黃土作為黃土窯洞遺址的墻面修復(fù)材料。諶文武等[7]發(fā)現(xiàn)糯米漿在75～80 ℃范圍內(nèi)加固遺址土的效果較好。劉強(qiáng)等[8]、范明明等[9]發(fā)現(xiàn)糯米漿對(duì)調(diào)控碳酸鈣晶體形貌和晶型有一定的影響。糯米漿改良土遺址研究集中于糯米漿在糊化后可以調(diào)控碳酸鈣晶體，進(jìn)而改善土遺址性能等方面。而糯米漿作為有機(jī)物質(zhì)對(duì)微生物礦化土體具有長(zhǎng)期的影響。

近年來(lái)，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)有機(jī)物質(zhì)對(duì)微生物礦化土體結(jié)構(gòu)有顯著影響。土壤中有大量的生物，包括細(xì)菌、古細(xì)菌、真菌和蠕蟲(chóng)，這些微生物可以產(chǎn)生生物膜、生物聚合物或生物礦物，直接使用原位微生物活性或異位微生物產(chǎn)物作為一種受環(huán)境影響土壤的改良方法[10-12]。陳鑫[13]指出，土壤表層缺乏有機(jī)質(zhì)會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致土壤顆粒黏聚力較大，進(jìn)而造成土壤板結(jié)。Li等[14]、黃磊等[15]發(fā)現(xiàn)有機(jī)物質(zhì)可以為土壤微生物增加營(yíng)養(yǎng)源，起到調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的作用。趙偉等[16]、Nakada等[17]發(fā)現(xiàn)微生物能產(chǎn)生淀粉酶，分解淀粉。裴迪等[18]指出蛋白質(zhì)可以為微生物提供氮源、碳源。相關(guān)研究[19-22]發(fā)現(xiàn)，糯米漿中含有豐富的淀粉和蛋白質(zhì)，可以為微生物礦化提供外加營(yíng)養(yǎng)源。因此，探究糯米漿作用下微生物改良土體機(jī)理具有重要意義。

目前，糯米漿的研究以西北黃土土遺址和灰漿為主，針對(duì)黃河下游的粉質(zhì)黏土土遺址尚未有人研究;對(duì)糯米漿的研究以關(guān)注土遺址短期力學(xué)性能為主，而對(duì)含有糯米漿土遺址的長(zhǎng)期性能及作用機(jī)理尚不清楚。筆者選用糯米漿、石英砂、氧化鋁、氟化鈣作為附加材料，對(duì)濮陽(yáng)戚城遺址周圍的粉土進(jìn)行改良，制備仿遺址土。通過(guò)直剪試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究了0%、1%、3%、5%、7%、9%糯米漿濃度下仿遺址土的強(qiáng)度、黏聚力及內(nèi)摩擦角的變化值，電鏡測(cè)試不同濃度糯米漿對(duì)仿遺址土的改良效果，根據(jù)色差分析、評(píng)定糯米漿改良仿遺址土是否符合土遺址修復(fù)原則，基于MICP技術(shù)探究糯米漿作用下微生物改良土體的作用機(jī)理。

1 試驗(yàn)材料

1.1 仿遺址土的制備

圖1所示為濮陽(yáng)戚城遺址土及周邊土取樣位置。由圖1可知，戚城土遺址破壞嚴(yán)重，為探求土遺址改良方法，采用傳統(tǒng)糯米漿改良遺址土。

鑒于土遺址屬于不可再生文物，研究土遺址不能以犧牲文物為代價(jià)，為了更好地保護(hù)戚城遺址，采取少許遺址土以及周邊土樣品進(jìn)行XRF分析，按照“缺什么補(bǔ)什么”的原則進(jìn)行仿遺址土的配制。

圖2所示為遺址土與周邊土的化學(xué)成分含量，由圖2可見(jiàn)：遺址土與周邊土化學(xué)成分差別不大，可以利用周邊土配制仿遺址土。選取含量超過(guò)1%氧化物的遺址土和周邊土進(jìn)行數(shù)據(jù)分析研究，對(duì)周邊土的氧化物含量進(jìn)行調(diào)整從而制備出仿遺址土，通過(guò)計(jì)算使仿遺址土的氧化物含量等于遺址土的氧化物含量，表1所示為周邊土、遺址土及仿遺址土的氧化物含量。

仿遺址土的配制：仿遺址土所添加的氟化鈣（CaF2）購(gòu)自河南鉑潤(rùn)鑄造材料有限公司;氧化鋁（Al2O3）購(gòu)自鞏義市恒鑫濾料廠，氧化鋁純度高達(dá)99.8%，是一種高硬度的化合物;石英砂（SiO2），石英砂細(xì)度為400目（38 μm），顏色為乳白色，是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，石英砂氧化物的主要組成成分為SiO2與Al2O3，含量分別為96.83%和1.78%?？紤]石英砂中SiO2、Al2O3的含量，經(jīng)數(shù)據(jù)分析后按照每100 g周邊土（過(guò)5 mm篩）中加入8.52 g石英砂（SiO2）、0.45 g氧化鋁（Al2O3）、0.15 g氟化鈣（CaF2）配成仿遺址土。

通過(guò)顆粒級(jí)配試驗(yàn)對(duì)遺址土與仿遺址土的粒徑進(jìn)行分析，如表2所示。根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123—2019）測(cè)得仿遺址土與遺址土基本物理性質(zhì)指標(biāo)如表3所示。

1.2 糯米漿的制備

采用由超市購(gòu)買的糯米粉，將不同質(zhì)量的糯米粉加蒸餾水配成濃度為1%、3%、5%、7%、9%的糯米漿，并將兩者充分拌勻，放入電飯鍋中，將糯米漿加熱煮沸，為使糯米漿充分糊化，煮沸時(shí)間至少4 h[23]。在熬制糯米漿過(guò)程中，記下電飯鍋的刻度，加入適量水，以保持糯米漿濃度不變[24]，將制備好的糯米漿冷卻至室溫備用[23]。

2 改良仿遺址土的力學(xué)性能試驗(yàn)

土樣的力學(xué)性能包括抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度（黏聚力、內(nèi)摩擦角）等參數(shù)，是決定土遺址修復(fù)材料效果的重要指標(biāo)。通過(guò)測(cè)定糯米灰漿改良仿遺址土的力學(xué)性能，評(píng)價(jià)糯米灰漿的修復(fù)效果，得出最優(yōu)修復(fù)配比。

2.1 試樣的制備

取仿遺址土土樣烘干，過(guò)2 mm篩備用，根據(jù)仿遺址土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，按照最優(yōu)含水率17%及干密度1.6 g/cm3進(jìn)行試樣制作。

直剪試驗(yàn)試樣制備：試樣尺寸為）61.8 mm×20 mm，體積為60 cm3，試樣總質(zhì)量為112.32 g，加水量為16.32 g。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試樣制備：試樣尺寸為38 mm×76 mm，體積為86.193 cm3，試樣總質(zhì)量為161.35 g，加水量為23.44 g。設(shè)置純水作為對(duì)照組及添加1%、3%、5%、7%、9%的糯米漿到仿遺址土中，利用攪拌器不斷攪拌至稠度不變[22]，土樣拌和均勻后，先將土樣靜置24 h，使糯米漿與水分散均勻，按照土工試驗(yàn)規(guī)程制作土樣，放入盒中密封養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)?？紤]到糯米漿中的溶質(zhì)會(huì)影響試樣的含水率，盡可能保證6組試樣的含水率相近，采用去溶質(zhì)的方法將不同濃度糯米漿中的糯米去除。改良仿遺址土試樣配比如表4所示。

2.2 低應(yīng)力下的直剪試驗(yàn)

試樣的抗剪強(qiáng)度是衡量土遺址修復(fù)材料性能和修復(fù)效果的重要指標(biāo)。戚城遺址的破壞主要是由坍塌、沖溝等引起的剪切破壞和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。采用直剪試驗(yàn)測(cè)定土遺址修復(fù)材料的抗剪切破壞能力。受傳統(tǒng)技術(shù)限制，土遺址高度一般較低，實(shí)際受到的豎向壓力往往低于現(xiàn)建建筑，現(xiàn)有規(guī)范給出的常規(guī)直剪試驗(yàn)方法并不適用于土遺址，研究土遺址在低應(yīng)力下的直剪試驗(yàn)更符合實(shí)際狀況。

選擇試樣豎向應(yīng)力為50、100、150、200 kPa，試驗(yàn)過(guò)程按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123—2019）進(jìn)行，土樣以0.8 mm/min的剪切速率使試樣在3～5 min內(nèi)剪損，每隔0.2 mm（15 s）記錄一次應(yīng)力環(huán)讀數(shù)，根據(jù)剪應(yīng)力與剪切位移圖，記錄峰值（若無(wú)峰值，取剪切位移為4 mm時(shí)的讀數(shù)），即為土樣破壞時(shí)的讀數(shù)。圖3所示為糯米漿改良試樣的剪切應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。由圖3可見(jiàn)：糯米漿改良仿遺址土剪切應(yīng)力應(yīng)變曲線呈規(guī)律性變化。即垂直壓力為50 kPa時(shí)，試樣具有非常明顯的應(yīng)變軟化特征;隨著垂直壓力進(jìn)一步增大至200 kPa時(shí)，試樣具有非常明顯的應(yīng)變硬化特征。

圖4所示為抗剪強(qiáng)度與糯米漿濃度、垂向應(yīng)力的關(guān)系。由圖4可見(jiàn)：抗剪強(qiáng)度與垂向應(yīng)力呈正相關(guān)，即豎向應(yīng)力增大，抗剪強(qiáng)度也相應(yīng)增大。隨著糯米漿濃度的增加，抗剪強(qiáng)度呈先增大后減小的變化規(guī)律，峰值對(duì)應(yīng)的糯米漿濃度為3%，此濃度下斜率最大即內(nèi)摩擦角最大;9%濃度糯米漿對(duì)應(yīng)的截距最大即黏聚力最大。

圖5所示為抗剪強(qiáng)度參數(shù)與糯米漿濃度的關(guān)系。由圖5可見(jiàn)：隨著糯米漿濃度的增加，內(nèi)摩擦角先增大后減小，黏聚力呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。主要原因是土樣中加入糯米漿后土顆粒間孔隙被逐漸填充，顆粒間的黏聚力也隨之增加;但隨著糯米漿濃度持續(xù)增加，過(guò)量糯米漿將會(huì)附著在土顆粒表面，造成土顆粒間的摩擦力降低，進(jìn)而導(dǎo)致土樣的內(nèi)摩擦角減小。

2.3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度能夠反映出試樣的抵抗變形能力與該材料修復(fù)效果間的關(guān)系，還能夠間接反映出試樣的密實(shí)度。根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，采用應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)限壓縮儀，按照1 mm/min的軸向應(yīng)變速率對(duì)仿遺址土試樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

圖6所示為不同濃度的糯米漿試樣應(yīng)變關(guān)系曲線。由圖6可見(jiàn)：隨著糯米漿濃度的增加，試樣抵抗破壞的能力呈先增大后減小的變化規(guī)律，糯米漿濃度為3%時(shí)，軸向應(yīng)力達(dá)到最大值，即無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值。

表5為試樣抗壓強(qiáng)度與糯米漿濃度養(yǎng)護(hù)7 d的變化關(guān)系。由表5可知：試樣中加入糯米漿，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗變形能力均得到明顯提高，1%、3%、5%、7%、9%濃度糯米漿改良試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別提高了19.3%、60.5%、40.26%、30.80%、32.1%;抗變形能力分別提高了11.9%、33.9%、44.9%、77.97%、42.37%。因此，試樣強(qiáng)度與糯米漿濃度有關(guān)，不同濃度的糯米漿對(duì)試樣的改良效果不同，3%濃度糯米漿改良仿遺址土表現(xiàn)出較好的力學(xué)特性。

2.4 SEM電鏡試驗(yàn)

為研究糯米漿改良仿遺址土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成變化的情況，分別對(duì)不同濃度糯米漿改良仿遺址土進(jìn)行電鏡掃描試驗(yàn)，取影響仿遺址土改良效果的典型電鏡圖片進(jìn)行分析。圖7所示為0%、3%、5%濃度糯米漿試樣的1 000、5 000倍SEM電鏡照片。由圖7可見(jiàn)：0%濃度的糯米漿試樣內(nèi)部孔隙較多、密實(shí)性差，且結(jié)構(gòu)松散、顆粒間連接不緊密;3%濃度的糯米漿試樣結(jié)構(gòu)密實(shí)，土顆粒上碳酸鈣晶體多，起到填充孔隙的作用，土顆粒間團(tuán)聚膠結(jié)連接緊密;隨著糯米漿濃度的不斷增加，當(dāng)糯米漿濃度為5%時(shí)，過(guò)量糯米漿將會(huì)附著在土顆粒表面，造成土顆粒間的黏聚力降低。糯米漿可以優(yōu)化土體的孔隙結(jié)構(gòu)，提高密實(shí)度，表現(xiàn)出宏觀力學(xué)性能增強(qiáng)的現(xiàn)象。

2.5 色差對(duì)比分析

土遺址文物保護(hù)工作的基本原則是不改變文物的顏色，即“修舊如舊”，在視覺(jué)上土遺址修復(fù)前后色差變化不大。圖8所示為烘干后的遺址土、周邊土、仿遺址土、3%濃度糯米漿改良仿遺址土試樣。由圖8可見(jiàn)：從外觀上來(lái)看，4個(gè)試樣差異較小，人肉眼看不出明顯色差。

為進(jìn)一步了解土樣色差變化大小是否符合土遺址修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，采用NR200色差分析儀對(duì)土樣進(jìn)行色差分析，將遺址土試樣作為標(biāo)樣，同其他3組試樣做對(duì)比分析，按式（1）進(jìn)行總色差計(jì)算。

表6所示為試樣色差分析結(jié)果。由表6可知：遺址土、周邊土、仿遺址土、3%濃度糯米漿改良仿遺址土總色差值ΔE均在1.0以內(nèi)。采取儀器檢測(cè)和人工結(jié)合的方法，糯米漿改良遺址土能否被選用，需反復(fù)核對(duì)糯米漿改良仿遺址土與遺址土間的顏色差異。

3 糯米漿作用下微生物礦化試驗(yàn)

3.1 微生物的活性研究

MICP技術(shù)是利用微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀。采用的微生物為巴氏芽孢桿菌，培養(yǎng)基配方（普通菌液）為1 mL蒸餾水、0.5 g/L酵母粉、1 g/L蛋白胨，1 g/L氯化鈉、1 g/L尿素;改良菌液配方為普通菌液培養(yǎng)基中加入3%濃度糯米漿，配制普通菌液（S1組）、3%濃度糯米漿改良菌液（S2組）兩組菌液。對(duì)菌液進(jìn)行OD600值檢驗(yàn)，OD600值反映了細(xì)菌的濃度，細(xì)菌濃度越高，OD600值越大。經(jīng)檢測(cè)S1組OD=1.403，S2組OD=1.754，S2組比S1組高25%。說(shuō)明糯米漿可以為細(xì)菌提供營(yíng)養(yǎng)源，進(jìn)而提高細(xì)菌的濃度。

3.2 MICP與糯米漿改良MICP對(duì)比分析

MICP技術(shù)的配方采用岳建偉等[25]提出的最佳膠菌質(zhì)量為2∶1、0.5 mol/L膠結(jié)液濃度，其中2∶1膠菌質(zhì)量比是將6.4 g的0.5 mol/L膠結(jié)液與3.2 g菌液混合，0.5 mol/L膠結(jié)液是在1 L水中加入55.5 gCaCl2與30 g尿素。利用糯米漿對(duì)普通MICP技術(shù)進(jìn)行改良，其中2∶1改良膠菌質(zhì)量比是將6.4 g的0.5 mol/L改良膠結(jié)液與3.2 g改良菌液混合，0.5 mol/L改良膠結(jié)液是在1 L的3%濃度糯米漿中加入55.5 g CaCl2與30 g尿素。

將普通MICP膠結(jié)液A1組與改良MICP膠結(jié)液A2組進(jìn)行烘干，得到相應(yīng)的固體物質(zhì)，如圖9所示。利用EDTA滴定法測(cè)量?jī)山M膠結(jié)液的鈣離子濃度，得到A1組、A2組CaCO3沉淀量分別為0.312、0.356 g，相對(duì)于普通MICP組，改良MICP組CaCO3沉淀量提高了14.10%，且白色沉淀物更加黏稠，外表面多了一層漿體薄膜，具有一定韌性。

取A1組與A2組烘干后的固體物質(zhì)（CaCO3沉淀、CaCl2晶體、糯米漿、菌體）以及CaCl2、Na2CO3反應(yīng)完全烘干后產(chǎn)物CaCO3顆粒進(jìn)行4 000、20 000倍SEM電鏡掃描，觀察巴氏芽孢桿菌誘導(dǎo)CaCO3沉淀后剩余固體物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成、形狀等特征，如圖10所示。由圖10可見(jiàn)，A1組含有少量CaCO3沉淀以及大量的CaCl2晶體，糯米漿改良MICP 膠結(jié)液A2組生成的CaCO3沉淀量更多、結(jié)構(gòu)更密實(shí)。

3.3 糯米漿對(duì)MICP土樣力學(xué)試驗(yàn)研究

3.3.1 試樣制備

直剪試驗(yàn)試樣所需干土量為112.32 g，MICP試樣摻加膠結(jié)液10.99 g、菌液5.49 g;改良MICP試樣摻加膠結(jié)液11.21 g、菌液5.61 g。無(wú)側(cè)限試驗(yàn)試樣所需干土量為161.35 g，MICP試樣摻加膠結(jié)液18.47 g、菌液9.24 g;改良MICP試樣摻加膠結(jié)液18.85 g、菌液9.43 g。均勻拌和后制作的土樣在養(yǎng)護(hù)7、14、28 d后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。

3.3.2 直剪試驗(yàn)與無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)

圖11所示為MICP試樣與改良MICP試樣在養(yǎng)護(hù)7、14、28 d下的剪切應(yīng)力應(yīng)變曲線。由圖11可見(jiàn)：相對(duì)于普通MICP試樣，改良MICP試樣的抗剪強(qiáng)度明顯提高，且呈現(xiàn)出隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)抗剪強(qiáng)度增加的現(xiàn)象。當(dāng)養(yǎng)護(hù)天數(shù)增長(zhǎng)至14～28 d時(shí)，MICP試樣抗剪強(qiáng)度速率無(wú)明顯變化，改良MICP試樣抗剪強(qiáng)度仍有小幅度的增長(zhǎng)。

圖12、圖13所示分別為試樣在不同養(yǎng)護(hù)天數(shù)下軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律。由圖12、圖13可見(jiàn)：7～14 d改良MICP試樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增速最快;隨著養(yǎng)護(hù)天數(shù)的增加，14～28 d改良MICP試樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率為7.2%，MICP試樣為4.0%。根據(jù)上述分析可知，仿遺址土中加入糯米漿可以提高其力學(xué)特性，且隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，糯米漿持續(xù)發(fā)揮作用，生物礦化時(shí)間長(zhǎng)。

4 結(jié)論

以濮陽(yáng)戚城土遺址為研究對(duì)象，摻加石英砂、氧化鋁、氟化鈣對(duì)周邊土進(jìn)行仿遺址土配制，并采用糯米漿對(duì)仿遺址土進(jìn)行改良。研究0%、1%、3%、5%、7%、9%糯米漿濃度下仿遺址土力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)，探究土遺址添加糯米漿的科學(xué)道理及改良機(jī)理，得到以下結(jié)論：

1）糯米漿加入仿遺址土中，可有效改善土體的力學(xué)性能。隨著糯米漿濃度的增加，土樣的強(qiáng)度及內(nèi)摩擦角先增大后減小，黏聚力呈線性遞增趨勢(shì)。其中，3%糯米漿濃度試樣的抗剪強(qiáng)度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與內(nèi)摩擦角最大。

2）通過(guò)電鏡試驗(yàn)分析可知，糯米漿濃度為3%的試樣結(jié)構(gòu)密實(shí)，改良效果好。對(duì)試樣進(jìn)行色差分析，仿遺址土、3%濃度糯米漿仿遺址土與遺址土間的色差均較小，符合土遺址修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)。

3）利用糯米漿對(duì)MICP技術(shù)進(jìn)行改良，發(fā)現(xiàn)糯米漿可以提高細(xì)菌濃度，促進(jìn)碳酸鈣生成;改良MICP土樣隨著養(yǎng)護(hù)天數(shù)的增加，強(qiáng)度持續(xù)提高，說(shuō)明糯米漿可以持續(xù)對(duì)土體發(fā)揮作用，生物礦化時(shí)間長(zhǎng)。

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（編輯 王秀玲）

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