建筑石材的生物腐蚀
草酸直接清洗石材锈斑有什么后果
草酸直接清洗石材锈斑有什么后果前言石材作为建筑装饰材料被广泛应用，因其材质硬度高、质感优美而备受青睐。
但长期使用后，石材上容易出现锈斑、污渍等污染物，严重影响美观和使用寿命。
一些业主或清洁公司在清洗过程中使用草酸对石材进行腐蚀性清洗，这种做法是否有损石材本身？有没有可能加速石材老化和劣化？本文将就此问题进行探讨。
草酸的腐蚀性草酸是一种强腐蚀性、有毒的有机酸，能与金属发生还原反应，对多种材料有腐蚀作用。
在一定浓度下，草酸不仅可以对石材表面的污渍进行清除，还可以将石材表面的颜色变浅，恢复到类似于新石材的颜色。
但是，这种清洗方法很可能对石材本身造成不可逆转的损害。
草酸对石材的损害破坏石材表面草酸能够腐蚀石材表面，使其表面变得有粗糙感，失去光泽，最终导致石材表面磨损、破坏。
草酸易透过石材细小缝隙渗入到石材内部，进一步损伤石材内部结构，加速石材的老化和劣化。
改变石材颜色草酸具有漂白的功效，能够将石材表面的颜色变浅，恢复到类似于新石材的颜色。
但这种变化可能是不可逆的，而且很难控制草酸的浓度和清洗时间，可能造成颜色的不均匀，导致石材整体颜色不协调。
影响石材质量草酸的腐蚀性对石材质量造成直接的影响。
石材质量的劣化主要表现为结构性的破坏、裂纹、剥落等，不仅严重影响美观，还会降低石材的强度、耐久性和安全性，增加维护费用和安全风险。
如何安全清洗石材？为避免使用草酸等化学品对石材造成损伤，下面介绍一些安全的清洗石材的方法。
机械除污使用机械切削和刷洗等工具对污迹进行除去，以保证表面的光洁性。
这种方法既可以有效去除污渍，又不会对原材料构成物理或化学损害，也不会对石材材质产生影响。
生物清洗采用微生物或植物酶等生物制剂来除去污渍，从而达到无需使用化学品的效果。
生物制剂对环境、人体无害，可以安全使用。
高压水清洗使用高压水来清洗石材表面，能够有效去除污染物。
这种方法不会对石材表面造成物理损伤，而且可以在不使用化学品的情况下达到清洗的效果。
石材泛碱锈蚀的处理方法
石材白华、锈斑预防养护工法一、锈斑的形成锈斑主要是由石材中的铁质经氧化反应而成。
铁质、水、氧是促成锈斑形成的三大要素。
通常，我们按锈斑反应层次的不同将其分成二大类：（一）深层锈斑。
很多石材品种特别是花岗石都含有一定比例的铁质成份，当这些铁质成份与水和氧充分接触后，就会引起氧化反应，生成锈斑。
特别容易出现这种锈斑的石材如：美国白麻、山东白麻（小花）、锈石（板岩）等。
另外，水泥中的碱质在水的作用下与石材中的铁质发生反应，也会形成锈斑。
（二）表层锈斑。
石材在开采、加工、运输、安装的过程中，表面与铁质物体接触后留下少量铁质残留物，这些铁质残留物会与空气中的水份、氧气产生氧化反应而生成锈斑。
二、锈斑的处理锈斑的处理方法主要是采用除锈剂来进行处理。
在进行除锈处理时，应注意以下几点：（一）尽量避免采用草酸直接清洗石材锈斑，因为草酸只是简单地把锈斑（Fe2+）氧化还原，被氧化还原的铁离子仍具不稳定性，很容易与空气中的水和氧再次发生氧化反应重新生成铁锈，并且会随着草酸水溶液的流动而进一步扩大锈斑的面积。
这就是为什么采用草酸除锈时锈斑会越除越多、越除越大的缘故。
（二）选用除锈剂时，一定要选用质量好的产品。
因为好的除锈剂除了酸的成份以外，另外还加有适量的添加剂以保持氧化还原反应中铁离子的稳定性。
采用这种除锈剂处理过的锈斑即使不做防护处理，也能保持很长时间不会复发。
相反，有些除锈剂只是一些酸的简单混合液，不能保持氧化还原反应中铁离子的稳定性，复发率高。
（三）由于组成大理石和花岗石的成份不同，性质不一样。
大理石主要成份为碳酸钙，呈碱性；花岗石的主要成份为二氧化硅，呈酸性。
所以使用除锈剂时，一定要分清大理石除锈剂和花岗石除锈剂。
花岗石除锈剂绝对不能用于大理石的锈斑处理。
（四）表层锈斑的处理时，只需用除锈剂在表面刷涂即可。
有时，也可采用表层磨抛的方法进行处理；深层锈斑的处理相对要复杂一些，需要保持一定的剂量和反应时间。
有时还会需要重复使用才能达到理想的效果。
石材的各种染色病症表现形式
石材的各种染色病症表现形式石材在安装前没有做防护措施，安装过程中也没有重视相关问题，最终会导致石材病症接踵而至。
石材病症主要表现为水泥残渣、白桦、锈黄、水斑、油污、裂纹、粉化和褪色。
因此，石材病症的治疗是必不可少的。
石材病症的表现形式：白桦和水泥残渣我们经常看到一些白色物质从石材的表面或缝隙的地方流出，这种石材病症被称为“白桦”，白桦的形成原因是潮湿的建筑、水泥砂浆的可溶性物质，雨水从石材的裂缝及毛细孔流出来，和空气中的二氧化碳结合形成白色结晶物，或是酸雨溶解水泥渗漏到石材表面之后，随着雨水蒸发重新结晶出来。
此外，一些毛面或光面的石材，由于湿法安装和施工的水泥砂浆污染了石材的表面，没有及时去除，完全砂浆硬化后将永久保持在石材表面，严重影响石材的装饰效果。
有些瓷砖，如防滑地砖和抛光砖等，也同样存在由水泥残渣污染的问题。
薄层的水泥和早期白桦，可以直接使用石大夫石材白桦清除剂清理，若大量的积累导致形成厚层的水泥砂浆残渣或白桦，为了节省成本的清洁，可以使用工具来铲除，然后再用石大夫石材白桦清除剂或强力清洗剂，可达到满意的去除效果。
石材病症的表现形式：锈斑锈斑的形成原因一般可分为两种：第一种是石材本身含有的铁。
每一种石材本身含有多少不同程度的铁成分，当雨水与石材接触后，铁会慢慢形成锈斑。
第二类是外来铁质污染，如加工、安装施工铁质工具和脚手架、装饰金属装置、安装施工结束后现场使用不正确的清洗材料或使用不正确的清洗方法时残留的钢砂。
值得注意的是，有些人喜欢使用常见的酸，如盐酸、草酸清洗石材，但往往事与愿违，因为他们只能暂时溶解了锈斑，不能完全清除，会加快石材生锈，使生锈的地方变得更严重，原本只有部分锈斑，然后扩散到整个面板，增加清洗的难度。
石材病症因此，对于锈斑的这种石材病症必须采取特殊的石材除锈剂清洁，他们可以彻底清除石材表面和深层的铁锈，并将其转换为一个稳定的无色物质，克服普通除锈剂只能清洁石材表面的锈斑，随着时间的推移在内部生锈再次污染石材。
烈士故居修复方案
烈士故居修复方案介绍烈士故居是一种文化遗产，代表着历史的变迁和文化的传承。
烈士故居具有很高的历史价值和文化价值，同时也是继承先烈遗志、维护共和国尊严、爱国主义教育的重要场所。
然而，由于时间的推移和自然环境的侵蚀，很多烈士故居已经遭受了不同程度的损坏和破坏。
因此，必须有一个合理的修复方案，才能有效地保护这些文化遗产。
本文将探讨一种烈士故居修复方案，以期在尽量保持原貌的前提下，实现维护、修复和传承共和国文化遗产的目的。
存在的问题烈士故居有着悠久的历史和丰富的文化内涵，而随着时间的流逝，这些建筑逐渐走向老化。
这些老化问题主要包括：1.建筑材料的老化：烈士故居的建筑材料多为木材、石材等，在长期的风吹雨打和阳光照射下，材料会日渐老化，导致建筑的破损和变形。
2.建筑结构的失稳：故居建筑年代久远，可能因为企业或个人的改建和修缮，导致建筑结构失真、梁柱松动，建筑的承重能力下降。
有些烈士故居在历史的变迁和战争中也遭到了一些破坏，结构失稳的情况更为严重。
3.外部环境的污染：由于现代城市的快速发展和交通方式的多样化，烈士故居的周边环境变得越来越复杂，污染源也愈加丰富，可能会对故居建筑造成化学或生物的腐蚀性影响。
4.设施陈旧：随着人们生活质量的提高和文化旅游业的发展，故居所配备的设施设备可能已过时，需要更新换代。
以上几个问题对烈士故居的修复都提出了挑战，需要制定一套合理的方案，以恢复故居的文化价值，同时保护和延续它更久远的生命。
烈士故居修缮方案烈士故居修复方案很多，但本文提供如下几种方案：方案一：传统修缮传统的烈士故居修缮由于长期的历史文化积淀，一直得到广泛的应用。
这种方案以原始修缮的材料和方法为基础，试图恢复原有的文化特征和历史风貌。
具体步骤如下：1.清理：对故居进行甄别，清除附着和遮盖的材料，如文化大革命时期的标语和宣传品，遮盖的石头、土和砖块等，以保证修复质量。
2.维护：确立修复标准和方向，按照“修旧如旧”的原则，采用传统的建筑材料和修复方法进行修补，以原始的形式来体现文化的历史特征。
石材病变的主要因素
石材病变的主要因素
治病要寻根，不能治标不治本。
要做石材防护，要先清楚的了解有哪些因素会引起石材病变，才能从根本上预防达到“治本”的目的。
石材发生病变的主要因素有水分、油脂及其他污染物。
水分
水分有媒介作用，石材内部的化学反应或物理作用几乎都与水有关，比如：泛碱、锈黄、水斑等，还有一些污染物通过水渗入石材（红酒、茶渍等）。
油脂
油脂能直接污染石材，形成油斑。
油脂也有媒介作用，能携带其他污染物渗入石材，形成污染瘢痕。
其他污染物
其他污染物会通过水或油等液体渗入石材。
1、水性溶液：茶水、咖啡、可乐、汤汁、酱汁、果汁等。
2、有机物：纸箱、烟灰、草绳、木制品等。
3、油性物质：机油、食用油、汽油、润滑油等
4、胶黏材料：不干胶、云石胶、填缝剂等
5、含色素材料：油漆、记号笔墨、墨水、色粉、染料等
除此之外。
还有很多，如化学或生物因素、自然环境、人为因素等。
在进行石材防护施工时，必须弄清楚需要预防的具体因素，否则就会造成石材污染，只有弄清楚需要预防的具体因素，才可以有针对性的进行石材防护。
举个例子：酒店的地面主要是防止水性污染，选择防水型防护剂。
餐厅和厨房主要是油性污染，则选择防油型防护剂。
弄清楚石材污染的主要因素，我们才能有针对性的进行石材防护。
哪些建筑材料易腐蚀
哪些建筑材料易腐蚀在建筑领域，选择合适的材料至关重要，因为一些材料在特定的环境条件下容易受到腐蚀，从而影响建筑的结构稳定性和使用寿命。
接下来，让我们一起探讨一下哪些建筑材料比较容易腐蚀。
首先，金属材料中的钢铁是常见的易腐蚀材料之一。
钢铁在潮湿的环境中，尤其是当同时存在氧气和电解质（如盐水）时，容易发生电化学腐蚀。
这种腐蚀会逐渐破坏钢铁的结构，导致其强度降低。
例如，在海边的建筑或者经常暴露在雨水和潮湿空气中的钢结构桥梁，就容易受到这种腐蚀的影响。
为了减缓钢铁的腐蚀，通常会采用表面涂层（如油漆、镀锌）或者使用不锈钢等耐腐蚀的合金材料。
铝合金也是一种容易腐蚀的金属材料。
虽然它在空气中会形成一层氧化膜来保护自身，但在一些强酸强碱的环境中，或者存在氯离子的情况下，这层氧化膜可能会被破坏，从而导致铝合金的腐蚀。
比如，在化工工厂或者游泳池附近的建筑中，如果使用了铝合金构件，就需要特别注意防护。
除了金属材料，木材在特定条件下也会发生腐蚀。
木材的腐蚀主要是由真菌和昆虫引起的。
潮湿的环境为真菌的生长提供了有利条件，它们会分解木材的纤维素和木质素，导致木材腐朽。
此外，白蚁等昆虫也会蛀蚀木材，削弱其结构强度。
为了防止木材腐蚀，通常需要进行干燥处理、防腐处理（如使用防腐剂浸泡）以及定期的维护和检查。
在建筑中广泛使用的混凝土材料，也可能会受到腐蚀。
混凝土中的钢筋在氯离子的侵蚀下容易生锈，从而膨胀导致混凝土开裂。
另外，酸性环境（如酸雨）也会逐渐侵蚀混凝土，降低其强度和耐久性。
为了提高混凝土的抗腐蚀性能，会采用高性能混凝土、添加外加剂以及加强混凝土的养护等措施。
塑料制品在建筑中的应用越来越多，但它们也并非完全不会腐蚀。
在长期的紫外线照射和高温环境下，塑料会老化、变脆，性能下降。
例如，塑料门窗和塑料管道在户外长期使用后，可能会出现褪色、开裂等问题。
石材，看似坚固耐用，但在某些情况下也会受到腐蚀。
例如，在酸雨频繁的地区，大理石等石材表面可能会被腐蚀，变得粗糙失去光泽。
混凝土的生物侵蚀原理与防治
混凝土的生物侵蚀原理与防治一、引言混凝土是建筑工程中常用的一种建筑材料，其具有强度高、耐久性好等优点，被广泛应用于楼房、桥梁、水利工程等领域。
但是，混凝土也存在着一些问题，其中之一就是生物侵蚀。
生物侵蚀是指生物体对混凝土材料进行侵蚀，导致混凝土的破坏和损坏。
本文将从生物侵蚀的原理、影响因素以及防治措施等方面进行深入的探讨。
二、混凝土的生物侵蚀原理混凝土的生物侵蚀主要是指微生物、真菌、藻类等生物体对混凝土进行侵蚀。
这些生物体会在混凝土表面形成一层生物膜，同时通过代谢产生酸性物质等化学物质，进而导致混凝土的破坏和损坏。
1. 微生物的侵蚀微生物是最常见的一种混凝土生物侵蚀因素。
常见的微生物有细菌、放线菌、真菌、酵母菌等。
这些微生物能够分泌酸性或碱性物质，同时还能够分泌一些酶类物质，这些物质能够破坏混凝土的结构，导致混凝土的破坏和损坏。
2. 真菌的侵蚀真菌也是一种常见的混凝土生物侵蚀因素。
真菌能够利用混凝土中的有机物质，同时分泌酸性物质，这些物质可以破坏混凝土的结构，导致混凝土的破坏和损坏。
3. 藻类的侵蚀藻类是一种常见的混凝土生物侵蚀因素，尤其是在湿润的环境中更为常见。
藻类能够分泌一些酸性物质，同时还能够利用混凝土中的有机物质，这些物质可以破坏混凝土的结构，导致混凝土的破坏和损坏。
三、混凝土生物侵蚀的影响因素混凝土生物侵蚀的影响因素主要包括以下几个方面：1. 温度温度是影响混凝土生物侵蚀的重要因素。
一般来说，温度越高，微生物、真菌、藻类等生物体的生长速度就越快，对混凝土的侵蚀也就越严重。
2. 湿度湿度也是影响混凝土生物侵蚀的重要因素。
在湿润的环境中，微生物、真菌、藻类等生物体的生长速度更快，对混凝土的侵蚀也就越严重。
3. pH值pH值是影响混凝土生物侵蚀的另一个重要因素。
一般来说，pH值越低，微生物、真菌、藻类等生物体的生长速度就越快，对混凝土的侵蚀也就越严重。
4. 光照光照也是影响混凝土生物侵蚀的因素之一。
地衣型真菌对石材的侵蚀及防护措施
[６] 吴曙光ꎬ赵海ꎬ冉海霞ꎬ等. 苗药六月还阳鲜品对兔实
基金项目:基于鲜药研究背景的苗药六月还阳及其制品的综合质量
研究ꎬ国家自然科学基金(８１４６０６５７) ꎮ
药学ꎮ
▲通讯作者:杜 江ꎬ教授ꎬ研究方向:民族医药学ꎮ
贵 州 科 学 ３９(１) :２０２１
Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ
４１
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ａｎｃｉｅｎｔ ｓｔｏｎｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｃｏｎｔａｉｎ ｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｓｔｏｒｙ ａｌｌ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ. Ｈｏｗｅｖｅｒꎬｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ
ｔｕｔｅ ｏｆ ＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙꎬＣｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ ＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ １００１０１ꎬＣｈｉｎａ)
验性 ＡＳ 的预防作用观察[ Ｊ] . 中国民族医药杂志ꎬ２０１８(８) :
Ｆｉｇ. １ Ｌｉｃｈｅｎ ｅｒｏｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｏｎｅ ｏｂｊｅｃｔｓ
上的占地面积与文物受侵害的程度成正比 [６] ꎮ
有科学家对陕西的乾陵无字碑上的地衣进行采
样与标本鉴定 [７－８] ꎬ发现无字碑上生长的地衣种类
为: 短 绒 皮 果 衣 ( Ｄｅｒｍａｔｏｃａｒｐｏｎ ｖｅｌｌｅｒｅｕｍ ) 、 瓦 衣
ｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｌｔｕｒａｌ ｒｅｌｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｓｔｏｎｅ ｃｕｌｔｕｒａｌ ｒｅｌｉｃｓꎬｅｒｏｓｉｏｎꎬｌｉｃｈｅｎꎬｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ
１ 地衣对石材的侵蚀现象
地衣是真菌与藻类或蓝细菌共生的复合体ꎬ又
称地衣型真菌ꎮ 地衣体的多种形态是由不同真菌的
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专论建筑石材的生物腐蚀张秉坚,周环(浙江大学化学系物理化学研究所,杭州310027)摘 要:论述了建筑石材的生物腐蚀情况、侵蚀机理和有关的主要微生物的作用,讨论了防止石材生物腐蚀的措施,为保护石质建筑和文物提供借鉴。
关键词:生物腐蚀;建筑石材;微生物中图分类号:T U52112;Q939199 文献标识码:A 文章编号:10052748X(2001)0620233204 BI ODETERI ORATI ON AND BI ODEG RADATI ON OF BUI LDI NG ST ONEZHANG Bing2jian,ZH OU H uan(Department of Chemistry,Zhejiang University,Hangzhou310027,China)Abstract:Several aspects of the biodeterioration of building stone are reviewed,including general deterioration mecha2 nism,the role of specific biological organisms and micro2organisms in deterioration,conservation research histories and treatment options.The literature is cited with em phasis on historic stone m onuments.K ey w ords:Biodeterioration;Building stone;M icro2organism 吸收和转化矿物是生物圈持续不断演化过程中的一个环节。
暴露在自然环境中的石材,包括天然石材(例如:砂岩、大理石或花岗石)和人造石材(广义的包括砖、水泥或其他墙体材料)等等,都难以避免生物的污染和侵蚀,尤其是那些经过长年风吹雨打的古旧建筑的石材。
对于生物来说,石头是相对艰难的生存环境。
石头中的湿度会随雨露和干旱等情况而变化,一旦湿度下降,溶解的盐的浓度会升高直至形成盐结晶;而且,建筑物表面层会面临每天及每季节中可能的急剧的温度变化。
尽管如此,也难以阻止生物在石材上的生存和对石材的破坏。
近一二十年来,生物腐蚀石材的问题已经越来越受到人们的关注,许多研究者认为生物破坏因素不可小视,据初步估计有20%到30%的石头腐蚀是生物作用的结果[1]。
从微观上的石面裂化矿物、腐生矿物和晶体沉积,到宏观上的一些石面的片状剥落、裂开和粉化等等,经常可以发现生物或微生物作用的证明。
石材的生物污染和腐蚀不仅破坏建筑物的外观和结构,它也严重地破坏作为文物的古建筑、石刻和纪念碑的文化特征,即表面的雕刻和铭文等细微结构,使清洗、保护和维修等方面的费用大增[2]。
因此,研究收稿日期:2000207210基金项目:国家自然科学基金(批准号:29977018)和浙江省自然科学基金(批准号:298013)资助项目建筑石材的生物腐蚀机理和防护措施是一项很有实际意义的课题。
目前国内还很少有人研究建筑石材的生物腐蚀机理,例如,从中国科技期刊数据库还没有检索到相关研究论文,近十年来全世界研究生物侵蚀建筑石材的论文也只有几十篇,其中研究得最多的是砂岩,其次为混凝土,对大理石和石灰石的研究较少,而对砖和砂浆的生物侵蚀的研究几乎是空白。
常见的破坏建筑石材的生物主要有两大类:(1)微生物:即细菌、真菌、藻类及地衣等;(2)较高级生物:包括藓类、植物、昆虫及哺乳动物等;本文主要就较隐蔽的微生物的腐蚀作用进行论述。
1 微生物腐蚀石材的观测我们在检测和维修石质文物时经常会发现有生物破坏的迹象[3],例如在杭州闸口白塔(建于公元907年)和杭州灵隐寺双塔(建于公元960年)的石灰岩上都有生物生长和腐蚀证据,尤其是微生物几乎在所有古旧建筑上都有它生长和侵蚀的痕迹。
在建筑石材上发现的数量最多的微生物是异养菌和真菌,经典琼脂平板计数统计表明,两种菌细胞的数量通常为103～106cfu.g-1和102～105cfu.g-1。
用电子显微镜(SE M、TE M)可以直接观测石内或石面生的・332・第22卷第6期2001年6月腐蚀与防护C ORROSI ON&PROTECTI ONV ol.22 N o.6June2001各种微生物群落;检测石面层微生物代谢产物的变化可以估计它们的活动情况;微生物分泌物引起的石面层pH值的变化也经常作为石材被化学侵蚀的指标之一[5]。
人们早已发现古旧石质建筑上附生着大量微生物,尤其是大理石或石灰石建筑表层有许多喜钙微生物,它们是侵蚀大理石等石材的主要祸害之一。
例如,在某些气候条件下凹坑地衣会造成大理石崩解;异养菌能够从石灰石中溶解钙;硝化细菌不断地改变着钙联结材料的化学组成等等。
同样,其它天然石材和混凝土也受到了微生物的威胁。
例如,有人已经检测到硫杆菌能够在混凝土下水管道的污水面以上生存,它们产生硫酸并腐蚀下水管道。
另外也有人发现冷却塔内壁是硝化细菌非常适宜的生存环境,硝化细菌分泌的硝酸会严重侵蚀混凝土内壁[4]。
2 生物腐蚀石材的机理根据生物破坏的特征,建筑石材的生物腐蚀过程可分为生物化学机理和生物物理机理两类。
侵蚀石质建筑的生物种类从微生物到高等植物都有可能,生物产生的破坏作用既有因植物的根和微生物的菌丝的穿透作用引起的机械破坏,也有因它们的分泌物(酸)螯合石头矿物中的金属离子而引起的化学破坏。
观察古旧建筑的石材可以发现多种真菌,这些真菌经过培养基培养可以产生多种有机酸,例如:19种羧酸中的10种可以经过这些真菌培养得到。
同样这些有机酸也可在古旧建筑的石材表层检测到(见表1)。
这些羧酸可以引起钙联结材料的溶解和矿物中金属离子(如Al3+)的螯合。
这意味着不仅石灰石,其它类型的石材都会受到有机酸的侵蚀。
一些研究石材腐蚀机理的报告[5]已经表明有机酸螯合阳离子所造成的破坏比无机酸的直接攻击更具有威胁性。
微生物侵蚀石材的过程大体可以分为三个阶段:(1)微生物的传播与沉积阶段(诱导期) 微生物在石材上的传播需要通过风、浮尘、植物及动物的转运。
在暴露于自然环境中的石材表面上,有人观察到异养菌的堆积速度可以达到每天每平方米106个细胞[2]。
微生物的附着能力,受微生物的细胞结构和表面电荷的影响,也受石材的性质和表面孔隙结构的影响,同时微生物本身的生存能力也是决定性的因素。
堆积形成的微生物和尘埃的覆盖层,经表1 在砂岩浸渍液中发现的羧酸以及由真菌培养基中检测到的羧酸[6]种类羧酸石材浸渍液中的组分在纯培养基中的分泌产物1乙酸++2半乳糖醛酸+-3丁酸+-4丙二酸+-5甲酸++6酒石酸++7延胡素酸++8苹果酸+-9草酸++1022氧代戊二酸+-11柠檬酸++1222氧代葡糖酸-+13丙酸+-14异柠檬酸+-15异丁酸+-16乳酸-+17丙酮酸+-18葡糖酸-+19二羟乙酸++ 注:+:检测到;-:未检测到过微生物的作用会逐渐增加石材表面的粘着力,使石材表面的持水能力和捕获空气中营养性浮尘及有机物的能力增加,从而进一步改善微生物群落的生存条件。
(2)微生物与石材的相互作用阶段(对数期) 在这一阶段,生物化学及生物物理的作用是相互交错的,总体侵蚀速率可以由实验检测估计。
侵蚀过程的化学反应十分复杂,不仅涉及到微生物代谢和繁殖的机理,还涉及许多中间产物的转换。
原石材矿物晶粒间的联接性会因生物分泌的酸的腐蚀作用、微孔隙中生物粘液或生物体潮湿和干燥的变化、凝胶2溶胶间自动调节的转换等因素而被削弱[2]。
微生物的存在改变了石材微孔隙毛细管水吸收和气体扩散等性能,加快了有机或无机营养浮尘的沉积速度。
石面生和石内微生物以其擅长的生存方式在石头上和石头内生长。
有证据表明,微生物细胞具有一个内部和一个外部的“保护体系”。
作为内部保护,细胞合成有机互溶溶质(单糖、二糖、已醇、氨基酸和甜菜碱等),这些物质保护细胞在盐应力和干旱条件下生存。
例如,石内生群落的硝化细菌的细胞内就积累有海藻糖、蔗糖和甜菜碱。
作为外部保护,微生物菌落利用其细胞(由几个到几千个)所构成的生物膜堵塞石材微孔,使吸湿性代谢产物(例如:・432・NaNO3或Ca(NO3)2)在生物膜形成的生态龛中储存并吸收水分,形成水巢,使不能忍受完全干旱的微生物在干旱时期仍能生存下去。
如上所述,石内生微生物通过调节盐的浓度和储水量使自己获得较好的生存环境,同时也引起石材表层的物理和化学性质的明显变化。
显然,微生物菌落的存在和代谢活动可能会缓解天然石材对于干湿、温差和冰冻等破坏因素的敏感性,但是微生物的生长和分泌的酸(这是微生物获取矿物质的重要环节)将使建筑石材受到严重的侵蚀。
(3)生物腐蚀层的剥离和石材的再腐蚀(恒定期) 在石材表面覆盖的生物层的演化发展过程中,随着石材表面某些产物的积累和基本矿物的退化,占据石材表层的微生物群落的种类会随时间变化,生物充分作用后的疏松的石材外壳会从石材上剥落,新鲜暴露的石材表层会再度被生物侵占,循环得以继续,形成持续恒定的破坏进程。
微生物腐蚀建筑石材的过程和速率明显地受到环境因素的影响。
由于人类的活动使空气污染物和飘尘增加,例如已经发现脂肪烃和芳香烃会加速古老建筑石材上的异养菌的侵蚀进程[7]。
通过对取自全国各地的古旧建筑物的石材样品进行对比,发现细菌对建筑石材的占据和破坏作用,在城市区域要强于农村区域[7]。
除了空气污染会加速生物侵蚀速率外,酸雨、风蚀、盐霜等其他环境破坏因素与微生物侵蚀之间的影响关系还在研究之中。
3 腐蚀石材的微生物3.1 细菌与石材的腐蚀细菌是微生物中最大的一类。
任何有水存在的地方都有细菌生长。
碳源是构成细菌细胞和代谢产物中碳架的主要营养物,细菌吸收碳源不仅为菌体本身提供碳架来源,还为生命活动提供能量。
可作异养型微生物碳源的物质极为广泛,包括以各种混合烃形式存在的环境污染,工厂排放的易挥发性有机化合物和有机尘埃等。
应用于建筑石材的有机防护材料,例如防水剂、增强剂和粘接剂等也是异养菌的碳源。
异养菌在利用碳源的同时会产生有机酸(如葡糖酸和乳酸),它们直接与石材的无机组分反应(螯合或酸化),已经发现细菌在大理石上产生的粘液是使其腐蚀的主要因素[1]。
另外异养菌也产生无机酸,例如亚硝酸、硝酸和硫酸等。
从腐败石材上发现的大多数微生物是异养型细菌,它们对建筑石材的腐蚀起着重要作用,例如,已经发现硝化细菌和硫杆菌都是石材腐蚀的主要祸害之一。
3.2 真菌与石材的腐蚀真菌是另一类最活跃的腐蚀建筑石材的微生物。
在每一处被腐蚀的古旧建筑上几乎都能发现真菌的存在。
真菌与细菌在许多方面不同,特别是细胞的构成形式,多数真菌表现为多细胞有机物而非单细胞。