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一项最新科学发现表明，自然界土壤中的某些细菌，如巴氏芽孢杆菌拥有将松散砂粒胶凝固定在一起的神奇本领，其利用环境中的尿素等有机物以及钙离子源，能较快的析出具有良好胶凝性质的碳酸钙结晶，这一技术被称为微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术。
碳酸钙结晶的生成
一. MICP技术应用范围
由于MICP 技术本身具有环境友好、机理简单、环境耐受性好、反应易控制等优点，使得学者们开始不断的拓展其应用研究范围。因此，MICP技术得到了广泛的应用：
（1） 砖石古建筑修复
（2）混凝土裂缝修复
（3） 固化砂土
（4） 土楼风雨侵蚀保护
（5） 夯土裂缝修复
二. MICP技术的原理
MICP技术的具体原理在于，微生物通过新陈代谢产生脲酶，脲酶可以水解环境中的尿素，生成NH3和CO2，同时NH3和CO2在碱性的溶液环境中转变成NH4+和CO32-，而微生物体表一般带负电，如果环境有Ca2+，微生物以自身为核吸附Ca2+，形成碳酸钙晶体的结晶核。其原理涉及的化学式包括：
所以，为了实现MICP技术，细菌是前提，没有细菌，MICP技术相当于摆设。因此，让我们来细细的介绍下细菌。下图是德国菌种保藏中心的巴氏芽孢杆菌，它是以冻干粉的形式，再经过真空干燥保存的。因此为了得到具有活性的细菌，我们就需要活化冻干粉。
为了活化冻干粉状的细菌，我们就需要在培养皿中配好固体培养基，其中固体培养基的成分为酵母粉20g，硫酸铵10g，氢氧化钠1.3g，以及20g的琼脂。将冻干粉均匀的接种在培养皿上并密封，在常温下培养一周。如下图中，出现白点的位置表示细菌活化成功。
经过上述活化后的细菌，细菌就可以利用了。由于实验中细菌的用量特别多，且所用的时间不确定，为了保证细菌的活性，就需要对细菌进行大量的繁殖与保存，以便后期的使用。为此我们需要重新配置细菌繁殖所需要的营养物质，其营养物质为液体培养基（俗称NH4-YE培养液），其成分为酵母粉20g，硫酸铵10g，三（羟甲基）氨基甲烷0.13mol（约15.7469g），以及1L的去离子水。
准备好了培养液，接下来就是为细菌的繁殖提供合适的环境，且为保证繁殖的细菌无杂质细菌，所用的器材都进行消毒，然后再放入30℃，200rpm振荡培养箱内培养48h。如下图左是纯净的培养液清澈见底，下图右边则是大量繁殖的细菌，溶液浑浊不堪。而浑浊不堪则是我们实验所需的大量细菌。
上诉浑浊液体中的细菌保存时间并不长，因此需要进行保存，方便后期使用。首先，将1.5ml的离心管进行高压蒸汽灭菌；然后，在无菌操作台上用1ml移液枪取1ml浑浊液加入到离心管中；最后，调节离心机（下图左）参数在4000g的转速下离心20分钟，倒掉上清液后补充新的培养液（下图右），放到4℃冰箱中冷藏保存。
三. MICP技术的实际运用
接下来让我们来看看具体的案例。清华大学杨钻选择布达拉宫其附属建筑马基康的东南角外墙空鼓作为实验修复对象，如图所示。找墙角处大致水平分布的4个墙体空鼓，其总体空鼓体积约为1000cm3。对所有灌浆空鼓进行防水处理，以防止微生物灌浆过程中的液体对文物建筑本体产生不可预知的影响。洞中分层填入细砂，其中1#、2#空鼓采用粒径为160-315μm的海砂，而3#、4#空鼓采用当地产的工业用砂。所有的4个空鼓，最后都用水泥砂浆进行表面封闭，并预留进出浆口。
在接下来采用不连续灌浆对4个空鼓进行微生物灌浆，首先顺序灌入菌液和胶凝液各1倍孔隙体积，每隔24小时补充1倍体积的胶凝液，连同第一次，一共灌入8次胶凝液。
灌浆结束等空鼓位置完全干燥后，对于马基康外墙中的微生物砂浆进行单轴抗压强度测试，测得外墙中获取的不同填充砂粒的微生物砂浆应力-应变全曲线关系，如图所示。
可以看出微生物砂浆强度相对较低，单轴抗压强度在0.2-1.8MPa之间，空鼓加固效果较低，要提高其加固效果可以选择高强度微生物（变异后的微生物）灌浆方法。
四. MICP技术的展望
对于微生物加固应用研究，是一个集生物-化学-力学等多学科交叉的研究与工程应用领域。目前对于微生物加固技术的实际应用并不完善，加固效果也有待增强，为此需要从两个方面入手。第一，从微生物着手，提高微生物性能；第二，改善灌浆工艺，提高整体强度。
参考文献：
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[2] 王昶力. 微生物修复混凝土裂缝的试验研究[J].
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[4] 杨清清. 产碳酸酐酶矿化菌固化砂土试验研究[D]. 2018.
[5] 赵茜. 微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）固化土壤实验研究[D]. 中国地质大学（北京）, 2014.
[6] 韩亮. 夯土微生物覆膜抗侵蚀效果与机理研究[D].
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