本發(fā)明屬于生態(tài)修復材料，尤其涉及一種用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料及其制備方法。

背景技術：

1、石質(zhì)文物因長期暴露于自然環(huán)境中，易受物理（溫度變化、凍融循環(huán)）、化學（酸雨侵蝕、鹽分結晶）及生物（微生物、植物根系）等多重因素影響，導致表面劣化、裂隙擴展甚至結構失穩(wěn)。傳統(tǒng)修復技術主要依賴以下材料：（1）無機材料（如石灰基、水泥基材料），雖成本低，但其兼容性差、易產(chǎn)生鹽析結晶破壞石質(zhì)文物本體；（2）有機合成材料（如環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂）：初期粘結強度高，但易老化黃變，釋放有害物質(zhì)，且為不可逆修復阻礙后續(xù)保護；（3）純生物礦化材料（如micp技術）：環(huán)保但礦化效率低、力學強度不足，難以修復大面積破損部位和深層裂縫。

2、近年來，生物基修復材料成為研究熱點，但現(xiàn)有技術仍存在以下問題：（1）廢石料利用率低：未充分利用石質(zhì)文物本體廢料，導致修復層與原石礦物組成不匹配；（2）微生物活性不足：菌群在復雜孔隙中滲透性差，礦化效率低且礦化產(chǎn)物分布不均；（3）力學性能瓶頸：修復材料采用單一的礦化增強手段難以兼顧其抗壓、抗折及抗裂性能。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料及其制備方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：

3、一種用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料，由改性石粉和改性細石料、菌泥、生物聚合物、膠結溶液、改性玄武巖纖維復合而成；其中，

4、所述改性石粉和改性細石料的質(zhì)量比為1:（0-1）；

5、所述菌泥的摻入量為改性石粉和改性細石料總質(zhì)量的5%-10%；

6、所述生物聚合物摻入量為改性石粉和改性細石料總質(zhì)量的1.0%-1.5%；

7、所述改性玄武巖纖維摻量為改性石粉、改性細石料、菌泥和生物聚合物總體積的0.5%-1.0%；

8、所述膠結溶液摻入量為改性石粉、改性細石料、菌泥和生物聚合物的總質(zhì)量的10%-25%。

9、作為優(yōu)選，所述生物聚合物由黃原膠、殼聚糖和木質(zhì)素磺酸鈣復合而成，其質(zhì)量比為1:1:1。

10、作為優(yōu)選，所述膠結溶液由2%尿素、1%?cacl2和0.5%酵母提取物組成。

11、作為優(yōu)選，所述改性玄武巖纖維為經(jīng)過酸化改性的玄武巖纖維，并將其長度切割為1-5mm。

12、本發(fā)明還提供一種用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料的制備方法，包括：

13、步驟一、將改性石粉、改性細石料、生物聚合物、菌泥和改性玄武巖纖維按設計比例加入攪拌機，低速攪拌混合5-10?min至混合料均勻；其次緩慢加入膠結溶液，調(diào)整攪拌速度至100-150?r/min，持續(xù)15?min形成均質(zhì)的復合漿體；其中，低速攪拌的速度為50-70?r/min；

14、步驟二、將復合漿體在室內(nèi)靜置30?min或置于真空脫泡機處理5?min，消除氣泡后將其涂覆于石質(zhì)文物破損部位或注入裂縫內(nèi)部；

15、步驟三、修復材料表面噴灑膠結溶液進行養(yǎng)護7-14天。

16、作為優(yōu)選，所述改性石粉、改性細石料和菌泥的制備步驟如下：

17、s1：將待修復石質(zhì)文物產(chǎn)生的廢石料破碎，篩分獲得粒徑小于0.1?mm的石粉與粒徑為0.1-2?mm的細石料，采用超聲波清洗儀在去離子水中清洗30?min，去除表面雜質(zhì)；然后在50-60℃烘箱中干燥12?h，含水率控制在1%以下；

18、s2：配制1-3?mol/l的檸檬酸溶液，按固液比1：5將石粉與細石料分別浸入檸檬酸溶液中，在室溫下靜置處理24-48?h，每8?h攪拌一次，每次攪拌持續(xù)5?min；將處理后的石粉與細石料用去離子水沖洗至ph=6.8-7.2，再置于50-60℃烘箱中烘干備用；

19、s3：從石質(zhì)文物表面提取土著菌群，接種至巴氏芽孢桿菌的液體培養(yǎng)基，在培養(yǎng)基中添加5%-10%的石粉，在25-40℃、80-150?r/min條件下振蕩培養(yǎng)3-5天，篩選出對石料具有高親和性的巴氏芽孢桿菌菌種；將馴化菌種繼續(xù)接種至巴氏芽孢桿菌的液體培養(yǎng)基中，得到巴氏芽孢桿菌菌液；然后在25-40℃溫度下培養(yǎng)至菌液od600=1.0±0.2，然后離心得到菌泥；

20、s4：將酸化后的石粉、細石料浸入巴氏芽孢桿菌菌液中，在室溫下靜置48-72?h，期間每12?h補充0.5?mol/l尿素和cacl2溶液，之后將石粉和細石料取出后在室溫下瀝干，得到改性石粉和活化細石料；

21、s5：將活化細石料與菌泥按質(zhì)量比7:3混合，置于真空反應釜中，抽真空至-0.08--0.05?mpa，保持12-24?h，使菌泥滲入細石料孔隙，釋放真空后，25-40℃養(yǎng)護24?h，得到改性細石料。

22、本發(fā)明以石質(zhì)文物本體的廢石料為基體，通過廢石料梯度改性、菌群定向馴化、生物聚合物-改性玄武巖纖維協(xié)同增強技術，制備形成高兼容性、高強度、生態(tài)環(huán)保的生物基復材料；解決了傳統(tǒng)修復材料兼容性差、修復效率低及力學性能不足的問題，同時實現(xiàn)修復過程的綠色可持續(xù)，廣泛適用于石質(zhì)文物的裂縫填充、表面破損加固及結構性修復；具有以下技術效果：

23、1、充分利用石質(zhì)文物本體廢料，實現(xiàn)修復材料與石質(zhì)文物本體的礦物、結構及力學性能高度匹配；

24、2、石粉經(jīng)酸化和微生物活化改性后形成多孔結構，提供礦物兼容性及菌群附著位點，將菌泥負載于細石料的內(nèi)部孔隙中，可顯著增加修復材料中微生物菌體的數(shù)量。石粉和細石料改性后，解決了菌群在修復材料中滲透性差，礦化效率低且礦化產(chǎn)物分布不均的難題；

25、3、修復材料中摻入菌泥、生物聚合物和改性玄武巖纖維，后二者相互交織形成三維韌性增強網(wǎng)絡，與前者微生物礦化產(chǎn)物碳酸鈣晶體協(xié)同作用，將改性石粉和改性細石料包裹、膠結、交織形成整體結構，大幅提升了生物基修復材料的抗壓、抗折及抗裂性能。

26、4、修復材料的產(chǎn)物成分均為天然的礦物和有機物，與石質(zhì)文物本體材料兼容性強，無二次污染，生態(tài)環(huán)保，且材料生產(chǎn)過程中為低溫生產(chǎn)，其能耗較傳統(tǒng)的材料顯著降低。

技術特征：

1.一種用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料，其特征在于，由改性石粉和改性細石料、菌泥、生物聚合物、膠結溶液、改性玄武巖纖維復合而成；其中，

2.如權利要求1所述的用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料，其特征在于，所述生物聚合物由黃原膠、殼聚糖和木質(zhì)素磺酸鈣復合而成，其質(zhì)量比為1:1:1。

3.如權利要求2所述的用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料，其特征在于，所述膠結溶液由2%尿素、1%?cacl2和0.5%酵母提取物組成。

4.如權利要求3所述的用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料，其特征在于，所述改性玄武巖纖維為經(jīng)過酸化改性的玄武巖纖維，并將其長度切割為1-5mm。

5.一種如權利要求1至4任意一項所述的用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料的制備方法，其特征在于，包括：

6.如權利要求5所述的用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料的制備方法，其特征在于，所述改性石粉、改性細石料和菌泥的制備步驟如下：

技術總結
本發(fā)明公開一種用于石質(zhì)文物修復的生物基修復材料及其制備方法，由改性石粉和改性細石料、菌泥、生物聚合物、膠結溶液、改性玄武巖纖維復合而成。采用本發(fā)明的技術方案，解決了傳統(tǒng)修復材料兼容性差、修復效率低及力學性能不足的問題，同時實現(xiàn)修復過程的綠色可持續(xù)，廣泛適用于石質(zhì)文物的裂縫填充、表面破損加固及結構性修復。

技術研發(fā)人員：王安輝,詹其偉,李莉莉,郭飛
受保護的技術使用者：黃山學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15