بررسی استفاده از ترسیب میکروبی کلسیم‌کربنات در ترمیم سنگ‌های ساختمانی

حفظ و ترمیم بناهای تاریخی و سنگ‌های ساختمانی همواره از چالش‌های قابل توجه مهندسین معدن بوده‌است. یکی از روش‌های مفید جهت ترمیم نقاط ضعف سنگ‌ها، استفاده از تکنیک نوین رسوب‌گذاری میکروبی کلسیم‌کربنات (دوغاب زیستی) در پر کردن فضاهای خالی سنگ‌ها می‌باشد. در این مقاله، تاثیر شرایط مختلف در استفاده بهینه از دوغاب زیستی با انجام آزمون‌های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای انجام آزمون‌ها از نمونه‌های سنگ تراورتن با شرایط کانی‌ و سنگ‌شناسی یکسان استفاده گردید. الگوی آزمایش‌ها با دو متغیر میزان مواد اولیه تولید (غلظت‌های کلسیم‌کلرید و اوره در محلول سیمان‌ساز) و دو متغیر محیطی (ph محلول شست و شو و دمای محیطی ترسیب) هر کدام در پنج سطح و پاسخ سنگ به عملیات بهسازی (نسبت تغییر سرعت موج) بر اساس روش سطح پاسخ طراحی شد که منجر به اجرای 31 آزمایش گردید. نتیجه انجام پژوهش حاکی از آن است که به‌کارگیری غلظت‌های مساوی کلسیم‌کلرید و اوره ( هر کدام به میزان حدوداً 1 مولار) برای انجام عملیات ترسیب میکروبی مناسب‌تر است. تنظیم ph محلول شست و شو در حدود 7 و دمای محیطی 15 درجه سلسیوس، سبب دست‌یابی به مقادیر بهینه رسوب کربنات کلسیم شده و در نتیجه ترمیم بهتر سنگ را به همراه خواهد داشت. افزایش ph از 7 به 11 سبب کاهش 35 درصدی نسبت سرعت موج و نیز کاهش ph از 7 به 3 سبب کاهش 40 درصدی نسبت سرعت موج می‌شود. همچنین، افزایش دمای محیط از 15 به 30 درجه سلسیوس و نیز کاهش دمای محیط از 15 به 0 درجه سلسیوس سبب کاهش 15 درصدی نسبت سرعت موج می‌شود. نتایج فوق نشا‌ن می‌دهند که محیط‌های خیلی اسیدی یا بازی و دماهای خیلی سرد یا گرم، برای انجام عملیات ترسیب میکروبی چندان مناسب نیستند و به طور کلی تاثیر باران‌های اسیدی در تخریب رسوب ترمیم‌کننده در مقایسه با باران‌های قلیایی بیشتر است.

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

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 biogrouting). In this paper, the effects of different conditions on the optimal use of biogrouting 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.