歷史建筑遺產(chǎn)生物修復加固理論與實驗研究.pdf

1、生物修復加固一般基于硫酸鹽還原菌（SRB）、硝酸鹽還原菌（NRB）、烴降解細菌（HDB）、鈣化細菌（BCB）以及脂肪酶、蛋白酶、糖酶等酶水解作用的利用，SRB、NRB及HDB可以分別用于修復還原沉積于歷史建筑遺產(chǎn)表面的硫酸鹽、硝酸鹽以及降解脂肪烴和芳香烴污垢，BCB可以用于結(jié)構(gòu)加固修復，修補愈合結(jié)構(gòu)的表層裂縫，水解酶可以用來清除碳水化物、油脂、蛋白質(zhì)類的有機污垢。歷史建筑遺產(chǎn)修復加固應(yīng)避免造成不可逆損傷，其產(chǎn)物應(yīng)兼具良好的相容性、有效性

2、與耐久性，為了推動歷史建筑遺產(chǎn)生物修復加固研究深入及實際應(yīng)用，本文首先基于生物修復加固研究現(xiàn)狀，提出了生物修復加固研究的基本框架，隨后展開理論與實驗方面的研究，主要工作如下： ⑴論述歷史建筑遺產(chǎn)表層污垢成因、硫酸鹽還原菌、硝酸鹽還原菌、硫桿菌以及蛋白酶修復清洗污垢應(yīng)用研究實例，探討了生物清洗修復可行性、有效性及潛在問題。 ⑵基于施氏假單胞菌、球形芽孢桿菌及巴氏芽孢八疊球菌誘導碳酸鹽沉積功能，開展細菌誘導碳酸鈣沉積實驗研究

3、。采用XRD分析研究了不同菌種、不同Ca2+源、不同培養(yǎng)基對晶體沉積晶相影響，采用SEM分析研究了細菌誘導晶體沉積生長及形貌，基于數(shù)據(jù)研究分析，探討了細菌誘導碳酸鈣沉積機理，研究分析了脲酶誘導沉積動力學參數(shù)間的一般關(guān)系，開展細菌誘導碳酸鈣沉積動力學方面的研究，最后探討了有機基質(zhì)誘導碳酸鈣沉積機理。 ⑶開展巴氏芽孢八疊球菌誘導碳酸鈣沉積加固修復歷史建筑方面的實驗研究，試樣分別采用大理石、混凝土試樣。重量分析研究了對于具體試樣礦化沉

4、積薄層生長隨時間的變化情況，采用SEM分析研究了試樣表層細菌礦化層生長形成及形貌，采用MIP分析了細菌礦化沉積對試樣孔隙率及孔隙分布的影響，超聲波分析研究了礦化層與底層粘結(jié)強度，評測礦化層加固保護的實際效果。通過實驗數(shù)據(jù)分析，分別探討了巴氏芽孢八疊球菌加固修復碳酸鹽質(zhì)、混凝土歷史建筑遺產(chǎn)可行性、有效性。研究認為細菌修復加固方法是可行有效的。 ⑷開展生物沉積改善混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方面的實驗研究。采用SEM分析研究了不同Ca2+源、離

5、子濃度對細菌誘導沉積層生長形貌的影響，加速碳化混凝上實驗研究了礦化沉積對混凝土抗碳化性能的影響，借助文獻數(shù)據(jù)，從混凝土碳化、氯離子侵蝕、毛細水吸附性能等幾個方面，對比研究了細菌沉積與傳統(tǒng)表層處理方法改善混凝土耐久性的效果。結(jié)果表明細菌誘導碳酸鈣沉積可以作為一種新穎生態(tài)的提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能的表層處理方法。 ⑸開展生物沉積修復混凝土裂縫方面的實驗研究。SEM分析研究了細菌沉積層生長形貌，通過人工模擬裂縫混凝土修復試樣的抗壓及三點

6、彎曲破壞實驗分析研究了裂縫的生物沉積修復效果。研究表明裂縫混凝土試樣生物沉積修復后，抗壓強度恢復隨裂縫深度增加而增加；對于梁試樣，跨中極限荷載恢復隨裂縫深度增加而減小，淺層裂縫恢復效果較深層裂縫明顯。生物沉積方法為混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修復提供一條新思路。 ⑹建立了碳酸鹽歷史建筑遺產(chǎn)硫酸鹽污垢生長的數(shù)學物理模型，對給定條件下解的性態(tài)進行研究分析，用有限差分方法對模型作了一維分析；基于生物沉積處理混凝土中CO2及氯離子擴散實驗，建立了一維