Strukturelle Festigung von Aflenzer Kalksandstein durch Biomineralisation

Abstract

Die Frage der Konservierungsmöglichkeiten von Kalksandsteinen stellt in der Praxis einen häufig diskutierten Punkt dar. Die heute als Standard verwendete Methode der Festigung mit Kieselsäureester steht jedoch in einigen Punkten im Widerspruch zur CHARTA VON VENEDIG (1964/1989). Diese fordert vor allem den Einsatz von Materialien, die denen des ursprünglichen Objekts weitgehend entsprechen. Um gerade das Problem des Fremdkörperaspektes zu lösen, beschäftigt sich diese Arbeit mit der Möglichkeit der Konsolidierung von Kalksandstein mit Kalkwasser (Kalziumhydrat). Hierbei besteht die neu gebildete Bindemittelmatrix aus Kalziumkarbonat und kommt somit dem Gefüge des Kalksandsteines sehr nahe. Gezielt wird der Aflenzer Kalksandstein für die Untersuchungen herangezogen, da bei ihm ein spezieller Aspekt zu Tage tritt. Nach dem Abbau kommt es während der Lagerung zu einer Nachfestigung des Gefüges, deren Ursache bis heute im Wesentlichen noch ungeklärt ist. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit neben dem Aspekt der Kalkwasserfestigung auch die Möglichkeit einer Verbesserung des Gefüges mittels Bakterien, in diesem Fall dem Bacillus cereus, einem häufig vorkommenden Bodenbakterium, getestet. Zudem soll festgestellt werden, ob durch Zugabe von Kalkwasser, als Kalziumquelle für das Bakterium eine verbesserte Festigungswirkung erzielt werden kann. Für die Untersuchungen wurden Probekörper aus Aflenzer Kalksandstein mit dreierlei Applikationslösungen getränkt. Diese waren Kalkwasser, Kalkwasser mit Bakterien und Wasser mit Bakterien. Um Veränderungen festzuhalten wurden die Proben jeweils vor und nach der Behandlung verschiedenen Untersuchungen unterzogen. Um ein möglichst breites Spektrum abzudecken wurden Rohdichte, Wasseraufnahme, Wasseraufnahmeverhalten, Wasserabgabeverhalten, Ultraschallgeschwindigkeit und Biegezugfestigkeit bestimmt. Mit Hilfe dieser Untersuchungen sollten Veränderungen im Gefüge durch Neubildung von Kalziumkarbonat nachgewiesen werden. Des Weiteren wurden zum Nachweis der Bakterien und deren Eindringtiefe Keimzahlbestimmungen und PAS Färbungen durchgeführt.<br />Die jeweiligen Ergebnisse waren jedoch nicht so aussagekräftig und eindeutig wie erhofft worden war. Aus den Resultaten ließ sich bei keiner der drei angewandten Applikationslösungen eine deutliche Tendenz einer Verbesserung oder Verschlechterung erkennen. Die Veränderungen waren zwar durchaus messbar, in wieweit jedoch Veränderungen in der zweiten Kommastelle relevant sind, sei dahingestellt. Das Problem liegt hierbei nicht unbedingt an einem Fehlschlag der Festigungsversuche, als vielmehr an zum Teil nicht aussagekräftigen oder für den jeweiligen Zweck nicht treffenden, zu unsensiblen Untersuchungsmethoden.

The question of options for the conservation of Aflenzer Calcerous Arenite is under frequent discussion. The current accepted standard method of consolidation uses silicic acid ester which however, in some aspects contravenes the CHARTA OF VENICE (1964). The CHARTA OF VENICE states that applied materials should be as equal as possible to the original materials. Therefore, to resolve this foreign-material-problem, this Masters Thesis dealis with the possibility of structual consolidation of Calcerous Arenite by using lime water (Calciumhydrate). In this case the new built binder matrix consists of Calciumcarbonate, which comes very close to the natural structure of Calcerous Arenite. In this study Aflenzer Calcerous Arenite was chosen because of its special characteristic which is that the strength of the stone will increase after its mining. The reason for this post-mining-increase of strength is not yet known. In addition to the subject of consolidation of Calcerous Arenite by using limewater, this work will deal with the possibility of enhancing the structure of the stone by using bacteria. In this case we will use the Bacillus cereus, a very common soil-dwelling bacteria. It will also check whether the addition of lime water as a Calcium-source to the bacteria will improve the consolidating effect. To carry out these trials, three different solutions were applied to the test specimens. These were limewater, limewater with bacteria and bacteria with water. To identify differences caused by the application of these solutions the specimens will be checked before and after the consolidation cycle. To obtain a comprehensive spectrum of investigations, bulk density, water absorption, water absorption over time, as well as water delivery, water delivery over time, ultrasonic velocity and bending tensile strength were tested. By using these measurements, changes of structure were verified. To identify the depth of penetration and the existence of the bacteria after the consolidation process, the bacteria were counted and a PAS-reaction test was carried out. Though the particular effects were not as significant and definite as hoped, the results did not show a clear result for any of the three application solutions. The changes were quite measurable, but the qustion remains if these changes were really significant. But in this case, the problem is not that the consolidation methods themselves are not effective, but rather that the investigation methods are not suitable for this purpose because they are far too crude and insensitive.<br />