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微生物对缺陷土楼补强加固的试验研究

曾伟龙  
【摘要】:福建土楼地处我国东南沿海,由于其自身材料和长年受到南方风雨的侵蚀,导致土楼墙体出现大量的裂缝,而在雨水的渗透下会进一步扩大,影响土楼的安全性。微生物灌浆加固是在结构不适合使用水泥、环氧树脂和石灰等传统灌浆材料的状况下,在裂缝内原位填充颗粒,使其作为加固结构的骨架,同时注入微生物与营养液的方法,在填充颗粒孔隙内诱导碳酸钙生成,胶凝填充颗粒,使其具备一定强度。相关研究表明该技术应用于砖石砌体文物和混凝土裂缝的加固效果明显。对于福建土楼,夯土墙体的强度决定着土楼的安全性,而墙体裂缝的不断扩大将严重影响土楼的安全性。本文的研究首次尝试应用微生物灌浆技术修复夯土墙体裂缝,为福建土楼的补强加固技术迈出新的步伐。本文研究的主要内容如下:首先,进行微生物的选取、培养测得微生物的生长规律曲线和最适的培养温度、PH,再进行保存。其次,研究微生物浓度、Ca~(2+)浓度、尿素浓度、NH_4~+浓度对脲酶活性的影响以及微生物和营养液两者浓度对碳酸钙产率的影响。得出微生物浓度、尿素浓度及NH_4~+浓度越高脲酶活性越高,而Ca~(2+)浓度越高脲酶活性越低,营养液浓度在1.0mol/L时碳酸钙产率较高,营养液中Ca~(2+)浓度对脲酶活性的抑制较小。接着,对福建省永定区的土楼进行现场调研,归纳总结夯土墙体的主要病害及其原因,并取当地废弃土楼的土样进行基本物理性质测定,同时完成三合土夯土试样的制作与养护。然后,利用研究得到的最优细菌浓度和营养液浓度,通过胶凝实验优化填充颗粒粒径、土含量及灌浆次数等可控灌浆参数,形成具有一定强度的微生物砂土柱,对微生物砂土柱进行无侧限抗压强度、SEM和XRD测试,分析抗压强度、应力-应变曲线、破坏模式、微观结构和碳酸钙晶体类型,得出随着灌浆次数增多,单轴抗压强度增大;填充颗粒为全级配砂:土(3:2)时,砂土柱的抗压强度最高。最后,利用研究得到的最优细菌浓度、营养液浓度和填充颗粒,对经过抗弯和抗剪破坏的夯土试样进行微生物灌浆修复,裂缝设置为5、10和15mm,对修复后的夯土试样重新进行抗弯和抗剪测试,以及裂缝处土样表面的静态接触角测试,分析抗弯和抗剪强度修复率、修复后的破坏形式和土样表面接触角,得出伴随着裂缝宽度的变大,抗弯和抗剪强度修复率下降,土样的耐水性虽然有所下降,但是下降并不明显,而裂缝处土样的耐水性与夯土试样本身的耐水性相比,显著提高。


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