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摘要：近年来，我国大部分地区，建筑主要以钢筋混凝土为主要结构性材料，而我国北方大部分地区四季分明，风沙和降雨对建筑物的影响最为明显，其中以冻融和盐冻的破坏作用最为显著。受到温差和风沙的影响，以及建筑施工过程的工艺影响，混凝土建筑会呈现表皮开裂现象，内部会逐渐形成细小空隙。对建筑材料整体受力带来一定影响，在国外据统计，仅在欧盟每年桥梁和隧道的维护费用就高达60亿欧元。而生物科技中对部分菌类特性的研究成果显示，部分厌氧性菌类被激活后，其生命活动过程，会形成粘性物质，对缝隙形成填补作用，从而对建筑整体起到一定修复作用，基于这种特性，结合我国北方地区特有的菌类品种，以及建筑环境特点，对建筑耐久性能方面作用进行可行性分析。
关键词：生物技术 北方建筑 耐久性 可行性
1、我国北方建筑环境及耐久性
我国国家标准GB50068-2001[21]将结构的功能要求划分为安全性、适用性、耐久性３个方面。有研究针对混凝土建筑中钢筋初锈、混凝土胀裂开裂、裂缝宽度限值和承载能力４个寿命准则[3]，有研究利用预测模型，验证了我国北方部分城市的实际工程中，混凝土建筑不同服役年限的建筑碳化深度实际值与计算值之间的关系。由数据可以推算出，平均服役年限为65年的建筑，实际碳化深度平均为20mm；该组数据同时可以看出，相同城市相同服役年限、相同混凝土强度的实际工程，碳化深度也有区别，主要受到环境气候条件影响、以及测量误差的影响。
数据来源：《基于可靠度的混凝土结构耐久性环境区划》
我国北方气候环境整体以亚热带季风气候以及温带季风气候为主，常年土壤湿度相对较低，受温差影响大，混凝土结构受到冻融和盐冻破坏作用明显。有研究显示:冻融后的预应力混凝土梁在荷载作用下仍能较好地符合平截面假定，其开裂荷载随着冻融循环次数的增加呈直线下降。预应力混凝土梁的极限承载力随着冻融循环次数的增加呈加速下降。冻融循环对于开裂前的抗弯刚度影响较小;构件开裂后，冻融次数越多刚度下降越大;冻融后的构件破坏时延性较差[1]。同时，在粘结性方面，有研究显示经过了50、100、150、200 次快速冻融循环作用后钢筋与混凝土之间粘结劈裂强度表现出更显著的退化趋势。在对抗盐冻环境的试验研究结果显示，试件均由于质量损失率超过 5%而破坏;水胶比是影响混凝土抗盐冻性能的决定性因素, 适当的粉煤灰掺量也能使混凝土达到抗盐冻性能要求, 存在一个临界含气量能最大限度地提高混凝土抗盐冻性能;即使在引气条件下, 大水胶比(0.50)和大掺量(50%)粉煤灰混凝土的抗盐冻性能仍很差[2]。由此可见，我国北方城市混凝土建筑面临的损耗经历常年的积累，将成为建筑物耐久性方面的重要壁垒。根据研究数据显示，我国各地建筑整体耐久年限在50-200年不等，而北方大部分地区的混凝土建筑平均耐久年限在150-170年左右。混凝土技术诞生于19世纪90年代，在我国已有一定的使用经验基础，部分北方建筑逐渐接近耐久性的临界时间。
2、生物科技及芽孢杆菌
生物技术近年来在世界以及我国正在迅速发展过程中，有研究显示，在加拿大，生物技术产业发展迅速,已成为该国第二大高技术产业,生物技术公司数目、从业人数居世界第二位,主要聚集于魁北克、安大略、卑诗省三省,其中生物医药、生物农业、生物能源、纳米技术是其优势领域。加拿大政府通过制订生物技术策略、完善管理体制、提高公立科研机构研究水平、加强宏观指导和政策性调控、强化风险投资等措施保障生物科学和产业的发[4]。世界范围来看，捷克加快发展高科技、低能耗、低原料消耗的高效能产业,并把生物科技及产业作为重点。捷克建立了多部门协同的生物科技促进和监管体系,着力营造良好的软环境,正在形成以布拉格、布鲁诺、南莫拉维亚为核心的生物技术产业集群。而在我国，《中国生物产业发展战略研究》报告中提出,发展生物产业对我国具有重要战略意叉,建议我国应紧紧抓住生物科技革命和产业革命的重大战略机遇,实施生物经济强国战略,力争通过10年到15年的努力,将我国生物产业发展成为产业规模大、科技含量高、增长速度快、具有突破性重大带动作用的新兴主导产业;在战略性生物技术领域掌握自主知识产权,基本具备开发核心技术能力,大幅度提高生物产业的自主创新能力;主要生物技术产品能够满足国内人民群众的基本需求;形成一批具有较强国际竞争力和国际化经营能力的现代生物企业[5]。生物产业发展的重点是:生物农业、生物医药、生物工业、生物环保、生物质能、生物海洋、生物资源开发、中医药以及生物安全等九个重点领域。
我国人口众多，建筑工程材料的需求量一直居高不下，目前的混凝土技术又是基础建设的主要结构，受到今年来环境的影响，面对随时随地发生的建筑损耗的情况，解决大量损耗修复面临的低成本问题，将是重要议题之一。而生物科技在最大限度的利用物质本身特殊属性的基础上，自然取材又环保的特性使得它在获取和规模方面更具优势。
芽孢杆菌属（Bacillus），是一类产芽孢的革兰氏阳性细菌，好氧或兼性厌氧生活，产生具有抗逆性球形或椭圆形芽孢。芽孢对高温、紫外线、干燥、电离辐射和很多有毒的化学物质都有很强的抗性。芽孢杆菌的研究具有悠久的研究历史，早在 1835 年，Ehrenberg 就发现并命名了枯草芽孢杆菌 Vibrio subtilis。1872 年，德国植物学家 Cohn 建立了第一个细菌分类系统，他根据细菌的形态特征命名了芽孢杆菌属(Bacillus)，并将枯草芽孢杆菌重命名为 Bacillus subtilis。随着分类研究方法的发展，有越来越多的芽孢杆菌新种被发现，尤其是 20 世纪 70 年代的分子分类法和 80 年代的化学分类法的应用，种的鉴定数量日益增多，分类地位的确定也越来越准确。[4]《芽孢杆菌文献研究》中列出了244种芽孢杆菌，菌体杆状，直或近直，0.3～2.2×2.1～7.0 μm，多数运动，鞭毛典型侧生，形成抗热内生孢子，严格好氧或兼性厌氧[7]。其厌氧的独特属性，可以适应建筑材质在生产、施工和使用过程中的无氧环境。厌氧芽抱杆菌属又名梭状芽抱杆菌属,本菌属在自然界中分布甚广、经常在土壤、腐败物质、人及动物肠道内存在,本属菌种类繁多,多数种类对人无致病性[8]。在应用方面，近十年的文献显示，我国关于芽孢杆菌的研究成果呈现逐年增长的趋势，同时在菌的分类、培养、分离以及合成方面都取得了一定成绩。
近10年中国芽孢杆菌研究文献增长动态
数据来源：《芽孢杆菌的分类鉴定及其相关属的分类系统演变研究》
世界范围来看，荷兰代尔夫特理工大学教授亨德里克?容克斯过去6年一直尝试开发"生物混凝土"。他在混凝土中添加了特殊的"愈合材料"。当水通过裂缝渗透进混凝土时，这种材料将被激活。当材料被激活后，“魔法”就将上演。容克斯使用了能在强碱性混凝土环境中生存数十年的芽孢杆菌,并利用乳酸钙作为这些细菌的营养来源。
综上所述，已有试验成果的诞生，以及北方建筑材料损耗的历史性阶段，使得生物技术在我国北方建筑耐久性方面的应用呈现更广阔的的应用潜力。
参考文献：
[1]曹大富，秦晓川，袁沈峰；冻融后预应力混凝土梁受力全过程试验研究[J].土木工程学报.2013.46(8):38
[2]赵娟 ,邹超英,王文博 ,张新全;冻融作用后钢筋与混凝土之间粘结性能研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版）.2007.23(5)：719
[3]武海荣，金伟良，吕清芳；王海龙基于可靠度的混凝土结构耐久性环境区划[J].浙江大学学报（工学版）.2012.46(3)419-420
[4]付红波,李玉洁,苏月,尹军祥,赵清华；加拿大生物科技及产业发展现状及特点[J].中国生物工程杂志.2010, 30( 5): 149-152
[5]王昌林；我国生物产业发展的战略思考[J].高科技与产业化，2005,5:4-6
[6]赵清华，付红波，李玉洁，李晓娟，安道昌捷克生物科技及产业发展现状与特点.中国生物工程杂志. 2008, 28( 8): 8-10
[7]刘国红.芽孢杆菌的分类鉴定及其相关属的分类系统演变研究[D].福建农林大学.2009
[8]杨霖.厌氧芽孢杆菌属.[J].中国乡村医生杂志.1994.1：11-13
论文作者:胡梦然
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第12期
论文发表时间:2017/10/13
标签：芽孢论文; 混凝土论文; 建筑论文; 杆菌论文; 生物论文; 我国论文; 耐久性论文; 《建筑学研究前沿》2017年第12期论文;