Proje Grubu: TÜBİTAK MAG Proje Sayfa Sayısı: 110 Proje No: 115M188 Proje Bitiş Tarihi: 01.11.2018 Metin Dili: Türkçe

Tarihi Kireçtaşlarını Koruma Müdahalelerinde Uygulamak Üzere Kalsit Üreten Bakterilerle Biyolojik Harç Geliştirilmesi

Öz:
Bozunma gözlemlendigi tarihi tasların korunmasında inorganik ve organik polimerlerle yapılan geleneksel koruma yöntemleri çogunlukla yetersiz olup zaman içerisinde farklı bozunma sorunlarına yol açmaktadır. Bu noktada, bir tasın orijinal mikroyapısına benzer bir yapıyı yeniden olusturarak saglamlastırılması, maksimum uyumlulugu saglamak için gelistirilmis yeni bir yaklasımdır. Bu çalısmada, tarihi travertenlerde olusan mikro-çatlakların iyilestirilmesi için yürütülen koruma müdahalelerinde kullanılmak üzere, sürdürülebilir ve çevre dostu bir biyolojik harç/dolgu malzemesi gelistirilmesi amaçlanmıstır. Bu kapsamda, Pamukkale Travertenlerindeki (Denizli) termal su kaynaklarından bakteri izolasyonu ve identifikasyonu yapılmıstır. Elde edilen izolatların arasından, halihazırda kalsit üretme kapasitesi yüksek oldugu bilinen Bacillus cereus susu biyolojik harç gelistirilmesi için seçilmistir. Biyolojik harç bilesenlerinin detaylı olarak tanımlanması yapıldıktan sonra, bu bilesenlerin uygun oranlarda bir araya getirilmesi ile biyolojik harç üretilmis ve yapay olarak yaslandırılmıs test taslarındaki mikro-çatlaklara uygulanmıstır. Sonrasında ise bu onarım malzemesinin basarımı fiziksel, fizikomekanik, mikro-yapı ve morfolojik analizler ile degerlendirilmistir. Sonuç olarak, B. cereus?un kalsit üretmesine baglı olarak, biyolojik harcın matrisi ile tanecikleri arasında güçlü bir bag kuruldugu belirlenmistir. Ayrıca, harç uygulaması yapılan tüm örneklerde, biyolojik harç ile orijinal malzeme yüzeyinin devamlı ve uyumlu bir yapı gösterdigi tespit edilmistir. Dolayısıyla, bu çalısma ile gelistirilen biyolojik harç ve üretim altyapısının heykeller, bezemeler, sütun basları ve yapı elemanları gibi tarihi traverten eserlerde olusan mikro-çatlak ve mikro-boslukların onarımında kullanılabilecegi belirlenmistir. Gelecek çalısmalarda, harç içindeki bakteriyel kalsit üretim hızının ve konsantrasyonunun arttırılabilmesi için, besleyici ortama azot döngüsü yollarını indükleme potansiyeline sahip spesifik enzimler veya makromoleküllerin eklenmesi, yüksek miktarda bakteri üretebilen büyük fermentörler kullanılması, kalsit üretim miktarını arttırabilecek çoklu bakteri popülasyonları kullanılması, mineral üretim süreci ile ilgili genlerin tanımlanması ve bu genlerdeki düzenlemeler ile kalsit presipitasyonunu indükleyebilecek fazla miktarda makromoleküllerin üretilmesi gibi bazı deneysel parametreler üzerine çalısabilir
Anahtar Kelime: traverten koruma biyolojik harç mikro-çatlak bakteri kalsit

Konular: Mimarlık Malzeme Bilimleri, Biyomalzemeler
Erişim Türü: Erişime Açık
  • Abo-El-Enein, S.A., Ali, A.H., Talkhan, F.N., and Abdel-Gawwad, H.A. (2012). Utilization of microbial induced calcite precipitation for sand consolidation and mortar crack remediation. HBRC J. 8, 185–192.
  • Adolphe, J.P., and Billy, C. (1974). Biosynthèse de calcite par une association bacté rienne aérobie.
  • Adolphe, J.P., Loubiere, J.F., Paradas, J., and Soleilhavoup, F. (1990). Procédé de traitement biologique d’une surface artificielle.
  • Akan, B., and Simsek, S. (1997). Study of The Gas Discharges in the Denizli-Pamukkale Geothermal Area. 10.
  • Akoğlu, K.G. (2011). Deterioration of Nemrut Sandstone and Development of Its Conservation Treatments.
  • American Geological Institute (1962). Dictionary of geological terms (Garden City N.Y.: Dolphin Books).
  • Anitha, V. (2018). Bacillus cereus KLUVAA Mediated Biocement Production Using Hard Water and Urea. Chem. Biochem. Eng. Q. 32, 257–266.
  • Annamalai, S.K., Arunachalam, K.D., Sathyanarayanan, K.S., and Kumar, V.R. (2013). Characterization and Applications of Biocement Enchanced with Carbon Nanotubes for Improved Remediation on Cracked Concrete Structures. Asian J. Chem. 25, S143–S146
  • Anne, S., Rozenbaum, O., Andreazza, P., and Rouet, J.-L. (2010). Evidence of a bacterial carbonate coating on plaster samples subjected to the Calcite Bioconcept biomineralization technique. Constr. Build. Mater. 24, 1036–1042.
  • Asangba, A.E. (2015). Microbial phylogenetic diversity preserved in facies-specific modern, recent, Holocene and Pleistocene hot-spring travertine deposits of Yellowstone and Turkey.
  • ASTM D5240 / D5240M (2013). Standard Test Method for Evaluation of Durability of Rock for Erosion Control Using Sodium Sulfate or Magnesium Sulfate.
  • ASTM-D653 (2011). Standard Terminology Relating to Soil, Rock, and Contained Fluids.
  • ASTM-D7012–10 (2010). Standard Test Method for Compressive Strength and Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens under Varying States of Stress and Temperatures.
  • ASTM-E494–95 (2001). Standard Practice for Measuring Ultrasonic Velocity in Materials.
  • Bang, S.S., and Ramakrsihnan, V. (2007). Microbiologically Enhanced Crack Remediation.
  • Banks, E.D., Taylor, N.M., Gulley, J., Lubbers, B.R., Giarrizzo, J.G., Bullen, H.A., Hoehler, T.M., and Barton, H.A. (2010). Bacterial Calcium Carbonate Precipitation in Cave Environments: A Function of Calcium Homeostasis. Geomicrobiol. J. 27, 444–454.
  • Belie, N.D., and Muynck, W.D. (2009a). Crack repair in concrete using biodeposition. Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting II.
  • Belie, N.D., and Muynck, W.D. (2009b). Crack repair in concrete using biodeposition. In Concrete Repair, Rehabilitation, and Retrofitting II, p.
  • Bibi, S., Oualha, M., Ashfaq, M.Y., Suleiman, M.T., and Zouari, N. (2018). Isolation, differentiation and biodiversity of ureolytic bacteria of Qatari soil and their potential in microbially induced calcite precipitation (MICP) for soil stabilization. RSC Adv. 8, 5854–5863.
  • Bilecen, K., Yaman, G., Ciftci, U., and Laleli, Y.R. (2015). Performances and Reliability of Bruker Microflex LT and VITEK MS MALDI-TOF Mass Spectrometry Systems for the Identification of Clinical Microorganisms. BioMed Res. Int. 2015, 1–18.
  • Boquet, E., Boronat, A., and Ramos-Cormenzana, A. (1973a). Production of calcite (Calcium carbonate) crystals by soil bacteria is a general phenomenon.
  • Boquet, E., Boronat, A., and Ramos-Cormenzana, A. (1973b). Production of calcite (Calcium carbonate) crystals by soil bacteria is a general phenomenon.
  • Cacchio, P., Ercole, C., Contento, R., Cappuccio, G., Preite Martinez, M., Del Gallo, M., and Lepidi, A. (2012). Involvement of Bacteria in the Origin of a Newly Described Speleothem in the Gypsum Cave of Grave Grubbo (Crotone, Italy). J. Cave Karst Stud. 74, 7–18.
  • Calcaterra, D., Cappelletti, P., Langella, A., Colella, A., and de Gennaro, M. (2004). The ornamental stones of Caserta province: the Campanian Ignimbrite in the medieval architecture of Casertavecchia. J. Cult. Herit. 5, 137–148.
  • Castanier, S. (1995). Nouvelles compositions pour mortier biologique, procédé de recourvrement d’un surface ou de comblement d’une cavité à l’aide des compo- sitions.
  • Castanier, S., Le Métayer-Levrel, G., and Perthuisot, J.-P. (1999). Ca-carbonates precipitation and limestone genesis—the microbiogeologist point of view. Sediment. Geol. 126, 9–23.
  • Chahal, N., Rajor, A., and Siddique, R. (2011). Calcium carbonate precipitation by different bacterial strains. Afr. J. Biotechnol. 10, 8359–8372.
  • Chalmin, E., d’Orlye, F., Zinger, L., Charlet, L., Geremia, R.A., Orial, G., Menu, M., Baffier, D., and Reiche, I. (2007). Biotic versus abiotic calcite formation on prehistoric cave paintings: the Arcy-sur-Cure “Grande Grotte” (Yonne, France) case. Geol. Soc. Lond. Spec. Publ. 279, 185– 197.
  • Dai, Y., Zou, H., Zhu, H., Zhou, X., Song, Y., Shi, Z., and Sheng, Y. (2017). Controlled synthesis of calcite/vaterite/aragonite and their applications as red phosphors doped with Eu 3+ ions. CrystEngComm 19, 2758–2767.
  • De Muynck, W., De Belie, N., and Verstraete, W. (2010). Microbial carbonate precipitation in construction materials: A review. Ecol. Eng. 36, 118–136.
  • Dick, J., Windt, W., Graef, B., Saveyn, H., Meeren, P., Belie, N., and Verstraete, W. (2006). Bio-deposition of a calcium carbonate layer on degraded limestone by Bacillus species. Biodegradation 17, 357–367.
  • Fouke, B.W. (2011). Hot-spring Systems Geobiology: abiotic and biotic influences on travertine formation at Mammoth Hot Springs, Yellowstone National Park, USA: Hot-spring systems geobiology. Sedimentology 58, 170–219.
  • Fouke, B.W., Bonheyo, G.T., Sanzenbacher, B., and Frias-Lopez, J. (2003). Partitioning of bacterial communities between travertine depositional facies at Mammoth Hot Springs, Yellowstone National Park, U.S.A. Can. J. Earth Sci. 40, 1531–1548.
  • Grinzato, E., Marinetti, S., Bison, P.G., Concas, M., and Fais, S. (2004). Comparison of ultrasonic velocity and IR thermography for the characterisation of stones. Infrared Phys. Technol. 46, 63–68.
  • Heirman, G., Herremans, T., Vangheel, T., Van Gemert, D., De Graef, B., De Belie, N., De Windt, W., and Verstraete, W. (2003). Biological repair of damaged concrete and mortar surfaces: biomineralisation. In Proc. of the 6th Int. Conf. on Materials Science and Restoration (MSR VI), pp. 501–508.
  • Herz, N., and Garrison, E.G. (1998). Geological Methods for Archaeology (Oxford, New York: Oxford University Press).
  • ISRM (1981). Rock characterization, testing and monitoring. International Society for Rock Mechanics, Suggested Methods.
  • ISRM (1985). Suggested method for determining point load strength. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr. 22 51–60.
  • Jagadeesha Kumar, B.G., Prabhakara, R., and Pushpa, H. (2013). Effect of Bacterial Calcite Precipitation on Compressive Strength of Mortar Cubes.
  • Jimenez-Lopez, C., Jroundi, F., Pascolini, C., Rodriguez-Navarro, C., Piñar-Larrubia, G., Rodriguez-Gallego, M., and González-Muñoz, M.T. (2008). Consolidation of quarry calcarenite by calcium carbonate precipitation induced by bacteria activated among the microbiota inhabiting the stone. Int. Biodeterior. Biodegrad. 62, 352–363.
  • Jonkers, H.M., and Schlangen, E. (2007). Crack repair by concrete-immobilized bacteria. In Proceedings of the First International Conference on Self Healing Materials. Noordwijk, The Netherlands, p.
  • Jonkers, H.M., and Schlangen, E. (2009). A two component bacteria-based self-healing concrete. In Concrete Repair, Rehabilitation, and Retrofitting II, p.
  • Kawaguchi, T., and Decho, A.W. (2002). A laboratory investigation of cyanobacterial extracellular polymeric secretions (EPS) in influencing CaCO3 polymorphism. J. Cryst. Growth 240, 230–235.
  • Lama, R.D., and Vutukuri, V.. (1978). Handbook on mechanical properties of rocks. p. Le Metayer-Levrel, G., Castanier, S., Orial, G., Loubiere, J.-F., and Perthuisot, J.-P. (1999a). Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of limestones in buildings and historic patrimony. Sediment. Geol. 126, 25–34.
  • Le Metayer-Levrel, G., Castanier, S., Orial, G., Loubiere, J.-F., and Perthuisot, J.-P. (1999b). Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of limestones in buildings and historic patrimony. Sediment. Geol. 126, 25–34.
  • Marvasi, M., Gallagher, K.L., Martinez, L.C., Molina Pagan, W.C., Rodríguez Santiago, R.E., Castilloveitía Vega, G., and Visscher, P.T. (2012). Importance of B4 Medium in Determining Organomineralization Potential of Bacterial Environmental Isolates. Geomicrobiol. J. 29, 916– 924.
  • Monroe, H. (1970). A Glossary of Karst Terminolog)’. 29.
  • Moropoulou, A., Tsiovura, T., Michailidis, P., Biscontin, G., Bakolas, A., and Zendri, E. (1997). Evaluation of Consolidation Treatments of Porous Stones- Application on the Medieval City of Rhodes. pp. 239–256.
  • Okyay, T.O., and Rodrigues, D.F. (2015). Biotic and abiotic effects on CO2 sequestration during microbially-induced calcium carbonate precipitation. FEMS Microbiol. Ecol. 91, fiv017– fiv017.
  • Orial, G., Vieweger, T., and Loubiere, J.F. (2003a). Biological Mortars: A Solution For Stone Sculpture Conservation. p.
  • Orial, G., Vieweger, T., and Loubiere, J.F. (2003b). Biological Mortars: A Solution For Stone Sculpture Conservation. p.
  • Park, J.-M. (2013). Characterization of Three Antifungal Calcite-Forming Bacteria, Arthrobacter nicotianae KNUC2100, Bacillus thuringiensis KNUC2103, and Stenotrophomonas maltophilia KNUC2106, Derived from the Korean Islands, Dokdo and Their Application on Mortar. J. Microbiol. Biotechnol. 23, 1269–1278.
  • Pentecost, A., Bayari, S., and Yesertener, C. (1997). Phototrophic microorganisms of the Pamukkale travertine, Turkey: their distribution and influence on travertine deposition. Geomicrobiol. J. 14, 269–283.
  • Rodriguez-Navarro, C., Rodriguez-Gallego, M., Ben Chekroun, K., and Gonzalez-Munoz, M.T. (2003a). Conservation of Ornamental Stone by Myxococcus xanthus-Induced Carbonate Biomineralization. Appl. Environ. Microbiol. 69, 2182–2193.
  • Rodriguez-Navarro, C., Rodriguez-Gallego, M., Ben Chekroun, K., and Gonzalez-Munoz, M.T. (2003b). Conservation of Ornamental Stone by Myxococcus xanthus-Induced Carbonate Biomineralization. Appl. Environ. Microbiol. 69, 2182–2193.
  • Roldán Molina, M. (2008). Caracterització de biofilms fototròfics d’ambients hipogeus. Simsek, S., Günay, G., Elhatip, H., and Ekmekci, M. (2000). Environmental protection of geothermal waters and travertines at Pamukkale, Turkey. Geothermics 29, 557–572.
  • Tiano, P., Biagiotti, L., and Mastromei, G. (1999). Bacterial bio-mediated calcite precipitation for monumental stones conservation: methods of evaluation. J. Microbiol. Methods 36, 139– 145.
  • Topal, T. (2000). Problems faced im the applications of the point load index test. 14. Uni Normal-43/93 Misure Colorimetric he Strumentali di Superfici Opache.
  • Vempada, S.R., Reddy, S.S.P., Rao, M.S., and Sasikala, C. Strength Enhancement of Cement Mortar using Microorganisms-An Experimental Study.
  • Wyszecki, G., and Stiles, W.. (1982). Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae, 2nd Edition (New York: John Wiley & Sons).
  • Yavuz, A.B., and Topal, T. (2016). Effects of different drying temperatures on the physical and mechanical properties of some marbles (Muğla, Turkey) during salt crystallization tests. Environ. Earth Sci. 75.
  • Zamarreno, D.V., Inkpen, R., and May, E. (2009). Carbonate Crystals Precipitated by Freshwater Bacteria and Their Use as a Limestone Consolidant. Appl. Environ. Microbiol. 75, 5981–5990.
APA GÜÇHAN N, SON Ç, TOPAL T, BİLECEN K, WARSCHEID T (2018). Tarihi Kireçtaşlarını Koruma Müdahalelerinde Uygulamak Üzere Kalsit Üreten Bakterilerle Biyolojik Harç Geliştirilmesi. , 1 - 110. 115M188
Chicago GÜÇHAN Neriman Şahin,SON Çağdaş Devrim,TOPAL Tamer,BİLECEN Kıvanç,WARSCHEID Thomas Tarihi Kireçtaşlarını Koruma Müdahalelerinde Uygulamak Üzere Kalsit Üreten Bakterilerle Biyolojik Harç Geliştirilmesi. (2018): 1 - 110. 115M188
MLA GÜÇHAN Neriman Şahin,SON Çağdaş Devrim,TOPAL Tamer,BİLECEN Kıvanç,WARSCHEID Thomas Tarihi Kireçtaşlarını Koruma Müdahalelerinde Uygulamak Üzere Kalsit Üreten Bakterilerle Biyolojik Harç Geliştirilmesi. , 2018, ss.1 - 110. 115M188
AMA GÜÇHAN N,SON Ç,TOPAL T,BİLECEN K,WARSCHEID T Tarihi Kireçtaşlarını Koruma Müdahalelerinde Uygulamak Üzere Kalsit Üreten Bakterilerle Biyolojik Harç Geliştirilmesi. . 2018; 1 - 110. 115M188
Vancouver GÜÇHAN N,SON Ç,TOPAL T,BİLECEN K,WARSCHEID T Tarihi Kireçtaşlarını Koruma Müdahalelerinde Uygulamak Üzere Kalsit Üreten Bakterilerle Biyolojik Harç Geliştirilmesi. . 2018; 1 - 110. 115M188
IEEE GÜÇHAN N,SON Ç,TOPAL T,BİLECEN K,WARSCHEID T "Tarihi Kireçtaşlarını Koruma Müdahalelerinde Uygulamak Üzere Kalsit Üreten Bakterilerle Biyolojik Harç Geliştirilmesi." , ss.1 - 110, 2018. 115M188