بررسي استفاده از ترسيب ميكروبي كلسيم‌ كربنات در ترميم سنگ‌هاي ساختماني

INVESTIGATION OF MICROBIAL PRECIPITATION OF CALCIUM CARBONATE IN REMEDIATION OF BUILDING STONE

حفظ و ترميم بناهاي تاريخي و سنگ‌هاي ساختماني همواره از چالش‌هاي قابل توجه مهندسين معدن بوده‌است. يكي از روش‌هاي مفيد جهت ترميم نقاط ضعف سنگ‌ها، استفاده از تكنيك نوين رسوب‌گذاري ميكروبي كلسيم‌كربنات (دوغاب زيستي) در پر كردن فضاهاي خالي سنگ‌ها مي‌باشد. در اين مقاله، تأثير شرايط مختلف در استفاده بهينه از دوغاب زيستي با انجام آزمون‌هاي آزمايشگاهي مورد بررسي قرار مي‌گيرد. براي انجام آزمون‌ها از نمونه‌هاي سنگ تراورتن با شرايط كاني‌ و سنگ‌شناسي يكسان استفاده گرديد. الگوي آزمايش‌ها با دو متغير ميزان مواد اوليه توليد (غلظت‌هاي كلسيم‌كلريد و اوره در محلول سيمان‌ساز) و دو متغير محيطي (pH محلول شست و شو و دماي محيطي ترسيب) هر كدام در پنج سطح و پاسخ سنگ به عمليات بهسازي (نسبت تغيير سرعت موج) بر اساس روش سطح پاسخ طراحي شد كه منجر به اجراي 31 آزمايش گرديد. نتيجه انجام پژوهش حاكي از آن است كه به‌كارگيري غلظت‌هاي مساوي كلسيم‌كلريد و اوره ( هر كدام به ميزان حدوداً 1 مولار) براي انجام عمليات ترسيب ميكروبي مناسب‌تر است. تنظيم pH محلول شست و شو در حدود 7 و دماي محيطي 15 درجه سلسيوس، سبب دست‌يابي به مقادير بهينه رسوب كربنات كلسيم شده و در نتيجه ترميم بهتر سنگ را به همراه خواهد داشت. افزايش pH از 7 به 11 سبب كاهش 35 درصدي نسبت سرعت موج و نيز كاهش pH از 7 به 3 سبب كاهش 40 درصدي نسبت سرعت موج مي‌شود. همچنين، افزايش دماي محيط از 15 به 30 درجه سلسيوس و نيز كاهش دماي محيط از 15 به 0 درجه سلسيوس سبب كاهش 15 درصدي نسبت سرعت موج مي‌شود. نتايج فوق نشا‌ن مي‌دهند كه محيط‌هاي خيلي اسيدي يا بازي و دماهاي خيلي سرد يا گرم، براي انجام عمليات ترسيب ميكروبي چندان مناسب نيستند و به طور كلي تاثير باران‌هاي اسيدي در تخريب رسوب ترميم‌كننده در مقايسه با باران‌هاي قليايي بيشتر است.

Preservation and remediation of historic buildings and building Stones have always been significant challenges for mining engineers. One of the useful methods to prevent stone decade is filling the pores using microbial induced calcium precipitation (as known bio-grouting). In this paper, the effects of different conditions on the optimal use of bio-grouting are investigated by performing laboratory tests. Unprocessed travertine samples with the same mineralogical and lithological conditions were selected. Experimental pattern with four variables (concentrations of calcium chloride and urea in cemention solution, pH of washing solution and ambient temperature) were designed to determine the wave velocity ratio (as a remediation sign) at samples. The input variables were selected in 5 levels using response surface designing method and 31 laboratory tests were performed. The results indicate that the use of equal concentrations of calcium chloride and urea (about 1 M) in the cementation solution is more effective for microbial precipitation. Adjusting the pH of the washing solution about 7 and the ambient temperature about 15 Celsius degrees will lead to optimal amount of calcium carbonate precipitatation, resulting in better rock remediation. Increasing the pH from 7 to 11, reduces the wave velocity ratio by 35% and decreasing the pH from 7 to 3 reduces the wave velocity ratio by 40%. Also, increasing and decreasing the ambient temperature from 15 to 30 and 15 to 0 Centigrade degrees, respectively, reduces the wave velocity ratio by 15%. The above results show that very acidic or alkaline environments and very cold or warm temperatures are not suitable for microbial precipitation operation and the effect of acidic rains on the degradation of remediating precipitations is more than alkaline rains.