建筑工程修復中生物加固材料的應用

張晉哲

（成都第三十八中學 四川成都 610106）

建筑工程修復中生物加固材料的應用

張晉哲

（成都第三十八中學 四川成都 610106）

生物修復加固材料由于其生態環保和優良的性能，在建筑工程中得到了廣泛的應用。本文通過分析生物修復加固材料的性能優點，探討其在歷史文物建筑表面清洗修復、混凝土結構裂縫修補以及巖土工程性能改良方面的應用。

生物修復加固材料；建筑工程；應用

引言

在建筑工程修復工作中，可應用的材料非常多，這些材料各有利弊，傳統化學清洗方式成本低廉、修復方式簡單，但是表面易泛黃，容易引發鹽結晶破壞與腐蝕性破壞，如果采用激光清洗修復技術，負作用較小，但是設備較為昂貴，不適合應用于大規模修復與清洗。與傳統修復和加固材料相比而言，生物材料負作用小、反應條件溫和，限制條件少，有著良好的發展前景。

1 生物修復加固材料在建筑物表面清洗修復工程中的應用

因為空氣中的二氧化碳、二氧化硫、有機化合物、灰塵以及微生物的作用會使得建筑物表面形成黑色污垢，嚴重影響建筑物的外觀，而且加快表面風化，降低強度。通常利用傳統化學清洗修復材料過程簡便、成本低，但易造成表面被腐蝕破壞，顏色變黃，產生硬化并且對環境也會有污染。利用激光清洗，效果好、效率高，但所需設備價格比較昂貴，不適用于大規模的清洗修復。

利用生物修復加固材料，比如硫酸鹽還原菌可以在厭氧條件下將大理石表面風化產生的硫酸鈣轉化為方解石，而方解石中離解產生的鈣離子與細菌代謝過程產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，還可以增加表面結構的穩定性和強度。

使用生物修復加固材料，只要選擇合適的傳輸方式，對于建筑結構表層的污垢清理具有非常明顯的作用，隨著研究的進一步深入，已經有研究者發現，硫酸鹽還原菌在某些非厭氧的環境下也表現出良好的存活性和還原能力，這大大擴展了硫酸鹽還原菌的適用性。因此生物修復加固材料在建筑物表面結構的修復清理和加固方面開辟了新的思路和途徑，具有長遠的應用前景。

2 生物修復加固材料在混凝土結構裂縫修補工程中應用

當今的建筑工程，絕大部分選擇用鋼筋混凝土結構，因此在工程中不可避免的出現裂縫，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構的耐久性能，這也是工程結構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材料有很多，比如結構環氧膠、環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，并且只能進行一次修補，無法進行長期的維護，因此需要一種能夠使得混凝土裂縫自己愈合的生物修復加固材料。

細菌混凝土便是一種修復混凝土裂縫的生物材料，應用微生物硅酸鹽礦化沉積機理，可以改善混凝土結構的擴散系數、吸水率以及滲透系數等參數，在修補的同時還可以提高混凝土結構的耐久性能。比如利用球形芽孢桿菌可以誘導碳酸鈣沉積，通過這種菌類可以有效的減小毛細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構的強度和耐久性。

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

3 生物修復加固材料在巖土工程中的應用

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環境，損害微生物群落的生存，對環境造成很大的污染。

利用生物修復加固材料處理巖土體，利用微生物誘導礦化沉積的作用機理，在改善巖土結構強度的同時，還能最大限度的維持巖土層中的生態平衡。比如將微生物培養基接種到淤泥、砂石、破損巖石中，經過礦化沉積可以形成生物膜，將使得水力滲透系數降低三個數量級。通過蠕動泵將巴士芽孢桿菌、培養基、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度。

基于微生物及生物技術，利用生物修復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、邊坡失穩等方面可以用來替代傳統的修復材料，并且取得非常理想的效果。在今后深層裂縫修補、細菌混凝土、自愈合混凝土的研究開發中，有必要聚焦于厭氧性或兼性厭氧細菌修復能力研究以及關注在厭氧條件下、極端堿性環境中具有存活代謝能力菌株修復能力的研究。

4 生物修復加固材料在歷史文物建筑物加固中的應用

歷史文物建筑物表面結構孔隙如果出現堵塞，會導致毛細水出現蒸發，引起表層結構的剝落和損壞，每一種加固材料的屬性是存在差異的，在溫度荷載、干濕循環因素的影響下，也會出現結構開裂破損的情況，為此，加固層材料需要與表層結構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構的自然孔隙，與表層材料有著良好的生物相容性，這也為歷史建筑修復加固工作的開展提供了新的途徑。

5 結語

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

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1004-7344（2016）29-0315-01

2016-9-29