O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB etononder houdcement 2006 290Op dit ogenblik is een grote verscheidenheid aan gevelreinigingstechnieken op de markt. Naast hetreinigen met zuiver water onderhoge druk, worden vooral destraaltechnieken en de chemischereiniging vaak toegepast. De problemen die met deze methodengepaard gaan, werden al besproken in [1]. Bij deze traditioneletechnieken is het comfort van deuitvoerder niet steeds gegarandeerd: het stof dat tijdens het stralen wordt gevormd kan leiden totsilicose en de sterk zure of basische producten kunnen irritatiesen brandwonden veroorzaken [2].Dit kan worden voorkomen doorde gevel op een meer natuurlijkemanier met biologische reinigingstechnieken van de vervuilingte ontdoen.Het verwijderen van stikstofhoudende vervuiling met denitrificerende `pseudomonas stutzeri' bacteri?n is onderzocht in [3]. Hetbiologisch oplossen van gips naarCaCO3met behulp van de sulfaatreducerende bacterie `desulphovibrio desulphuricans' werd reedstoegepast in [4].In het Laboratorium Magnel voorBetononderzoek en het Laboratorium voor Microbi?le Ecologie enTechnologie van de UniversiteitGent wordt onderzoek verrichtnaar een biologische reinigingstechniek met behulp van `thiobacillus' bacteri?n. Zij zijn in staathun energie te verkrijgen uit deoxidatie van elementair zwavel ofgereduceerde zwavelverbindingen.Het eindproduct van deze oxidatie, uitgevoerd in hun metabolisme, is zwavelzuur. De reinigendewerking berust op het wegetsenvan een klein oppervlaktelaagjevan de vervuilde gevel [5, 6]. In [7]wordt verslag gedaan van verschillende proeven waarbij vervuildeproefstukken werden gereinigddoor onderdompeling in ofbesprenkeling met een cultuuroplossing op basis van thiobacilli. Inde huidige studie werd gebruikgemaakt van een pasta met thiobacilli, die een neutrale zuurtegraad heeft bij het aanbrengenvan de substantie op de gevel endaarna pas een pHdaling ondergaat door de werking van de bacteri?n.M a t e r i a l e n e n m e t h o d e nOm de haalbaarheid van de nieuwe biologische methode te onderzoeken, werd deze vergeleken metde traditionele reinigingstechnieken op basis van kleurveranderingen materiaalverlies die ze elkteweegbrachten op de onderzochteproefstukken. Deze laatste bestonden uit matig vervuilde (picocyanobacteri?n en weinig gehechtvuil) en zwaar vervuilde (korstmos) betonproefstukken, ontnomen uit constructieelementenblootgesteld aan het buitenklimaat. De chemische en biologische behandeling werden uitgevoerd op kubusvormigeproefstukken met een ribbe van40 mm (fig. 1a). Voor de straaltechniek werden cilindervormigeproefstukken ?80 mm gebruikt,die tijdens de reiniging in de oorspronkelijke plaat werden opgesteld (fig. 1b). Per reinigingsmethode en per type vervuilingwerden drie proefstukken behandeld. Zaagvlakken werdengebruikt als referentieoppervlakvoor de kleurmetingen.Een kleurmeting met de spectrofotometer SP60 van XRite laateen objectieve beoordeling van dekleurverandering toe. Het toestelmeet de reflectiecurve binnen hetgolflengteinterval (400 ?700 nm) en berekent daaruit deco?rdinaten in de L*a*b* ? kleurenruimte. De L*as bepaalt dehelderheid tussen zwart (0) enwit (100), de a*as de kleurschakering tussen groen (60) en rood(+60) en de b*as tussen blauw(60) en geel (+60) [8]. WanneerVergelijking van een nieuwe biologische methode voor gevelreinigingmet traditionele techniekenBiologische gevelreinigingstechniekstap verder in ontwikkelingir. N. Robeyst, ir. R. Meuleman, ir. W. De Muynck en prof.dr.ir. N. De Belie,Laboratorium Magnel voor Betononderzoek, Vakgroep BouwkundigeConstructies, Universiteit GentSinds enkele jaren wordt aan de Universiteit Gent onderzoek verricht naar eenbiologische reinigingstechniek met behulp van thiobacilli bacteri?n.Milieuvriendelijkheid en veiligheid zijn twee belangrijke troeven van dezenieuwe methode. Om ook de effici?ntie ervan te onderzoeken, werd demethode in een studie vergeleken met de meest gangbare technieken, zoalshet reinigen met chemische producten en het hydropneumatisch stralen.1 |Proefstuk voor chemi-sche of biologische reini-ging, gekleefd op draag-plaatje (a) en proefstuk-ken voor hydropneuma-tisch stralen met de oor-spronkelijke plaat (b)a. b.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB etonond er houdcement 2006 2 91een object een kleurveranderingondergaat, komt dit overeen meteen verplaatsing in deze ruimte,gedefinieerd alsE = (L*)2+ (a*)2+ (b*)2In dit onderzoek karakteriseert Ede kleurverandering die effectiefverkregen werd na reiniging vaneen vervuild proefstuk en Erefhetkleurverschil tussen het vervuildeen het onvervuilde referentieoppervlak.Het materiaalverlies, veroorzaaktdoor reiniging, werd onderzochtmet behulp van het AutomatischLaser Meetsysteem (ALM), ontworpen in Laboratorium Magnel(Universiteit Gent). De ALM isuitgerust met een Opto 1800lasersensor voor afstandsbepaling,bevestigd op een positioneringsysteem dat toelaat een lijn van hetproefstuk af te scannen en zo een2Dprofiel op te meten. Alle proefstukken werden op draagplaatjesgekleefd, zodat ze steeds dezelfdepositie innamen op de werktafel.Per proefstuk werden drie profielen bepaald over een referentielengte van 25 mm met een snelheid van 66 metingen/mm. Hetmateriaalverlies (in mm) is danhet gemiddelde van het verschiltussen de opgemeten profielenvoor en na de reiniging. Daarnaastwerden ook gewichtsmetingen uitgevoerd.Een deel van de proefstukkenwerd chemisch gereinigd met deproducten aangegeven in tabel 1.De zwaar vervuilde proefstukkenwerden na de metingen aan eentweede chemische reinigingonderworpen, omdat het resultaatna de eerste behandeling ondermaats was. Het hydropneumatisch stralen met kwartszand(M32) werd door een renovatiefirma uitgevoerd.Voor de biologische behandelingwerd een reinigingspasta op basisvan thiobacilli bereid. Het nutri?ntmedium voor de bacteri?n wassamengesteld uit 10 g/l natriumthiosulfaat (Na2S2O3), 10 g/l kaliumdiwaterstoffosfaat (KH2PO4),1 g/l ammoniumchloride (NH4Cl)en 0,5 g/l gehydrateerd magnesiumchloride (MgCl2.6H2O). Deoplossing werd ge?noculeerd metthiobacilli bacteri?n (1% V/V).Nadat de cultuur voldoendegegroeid was, werd door toevoeging van het kleimineraal sepiolieteen pasta bereid om op de testblokjes aan te brengen. De blokjes werden gedurende negen dagen inwater geplaatst, zodat de behandelde oppervlakken ongeveer 1 mmboven het vloeistofoppervlak uitstaken. Door capillariteit bleven debehandelde oppervlakken vochtig.R e s u l t a t e n e n d i s c u s s i eIn figuur 2 worden de resultatenweergegeven van de kleurmetingen de metingen van het materiaalverlies met de ALM. De gewichtsmetingen worden slechts bij hethydropneumatisch stralen besproken, aangezien bij de andere behandelingen deze tot dezelfdebesluiten leiden als de lasermetingen.Reinigingspasta op basis vannatuurrubberDe pasta op basis van natuurrubber (N1) absorbeert het vuil doormiddel van chemicali?n en kan nauitdrogen worden afgepeld. Ditproduct kon op het kleine testoppervlak eenvoudig worden aangebracht en verwijderd en veroorzaakte geen ongemakken zoalsprikkelende geuren en irriterendedampen.Het reinigend vermogen van denatuurrubberpasta behoort echtertot de mindere van de geteste producten. Na de behandeling van dematig vervuilde proefstukkenwaren nog steeds vuilresten zichtTabel 1| Karakteristieken van de geteste reinigingsproducten (volgens de productfiches)product pH hoedanigheid samenstelling behandelingswijzeZ1_HF 2,9 thixotrope gel basis: fluorwaterstofzuur met penseel aangebracht en na 20 min.daarnaast: zoutzuur afgespoeld onder hoge druk (150 bar)Z2_HF 0,5 vloeibaar basis: fluorwaterstofzuur met penseel aangebracht en na 10 min.daarnaast: sterk minerale zuren, afgespoeld onder hoge druk (150 bar)tensioactieve bestanddelen, ...Z3_HF 2 viskeus en weinig basis: fluorwaterstofzuur met penseel aangebracht en na 15 min.schuimend afgespoeld onder hoge druk (150 bar)Z4_AmF 5 thixotrope pasta basis: ammoniumfluorideverbinding met penseel aangebracht en na 3 min.vrij van: zoutzuur en fluorwaterstofzuur afgespoeld onder hoge druk (150 bar)Z5 1,8 dik vloeibaar mengsel van sterke zuren met penseel aangebracht en na 15 min.niets vrijgegeven over samenstelling afgespoeld onder hoge druk (150 bar)N1 - afpelbare elastische basis: natuurrubber met spatel aangebracht en na 24 uurreinigingspasta daarnaast: vuilabsorberende vulstoffen afgepelden chemicali?nB1 14 hoog viskeus niets vrijgegeven met penseel aangebracht en na 1 uurafgespoeld onder hoge druk (150 bar)B2_KOH 14 hoog viskeus en basis: kaliumhydroxide met penseel aangebracht en na 1 uurweinig schuimend afgespoeld onder hoge druk (150 bar)B3_NaClO 8,9 vloeibaar bleekwater (natriumhypocloriet) zachtjes schrobben en naspoelen metbevat 4,46% actief chloor zacht stromend waterO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB etononder houdcement 2006 292baar. N1 veroorzaakte wel weinigmateriaalverlies ten opzichte vande andere producten (fig. 2b). Hetmindere materiaalverlies kan echter toe te schrijven zijn aan restjeskorstmos of vuil die op het betonachterbleven.Zure reinigingsproductenMet de sterk zure reinigingsproducten op basis van waterstoffluoride (Z1_HF, Z2_HF en Z3_HF)werd zowel bij de matig als bij dezwaar vervuilde proefstukken eenE/Eref?waarde verkregen, diesignificant groter was dan bij demeeste andere producten (fig. 2a).De verhouding E/Erefstelt demate voor waarin de oorspronkelijke kleur werd hersteld. Toch kanhieruit niet worden besloten datdeze reiniging een beter resultaatgaf dan de andere behandelingen.De grotere kleurverandering diewerd verkregen, is namelijk deelste wijten aan onesthetische enongewilde witte uitslag van CaF2(fig. 2b) ondanks het langdurignaspoelen onder hoge druk. Naastde witte uitslag, trad bij deze producten ook een verkleuring van degranulaten op.Bij de zwaar vervuilde blokjesveroorzaakten Z1_HF en Z3_HFsignificant meer materiaalverlies,opgemeten met de ALM, dan demeeste andere producten (fig.2b). De onderlinge verschillen dieoptraden tussen Z1_HF, Z2_HFen Z3_HF zijn te wijten aan verschillen in samenstelling, diedoor de fabrikanten niet werdenvrijgegeven.Ammoniumfluoride (NH4F)wordt gebruikt als minder gevaarlijk en minder bijtend vervangmiddel voor HF [9]. Het zwakzure product Z4_AmF veroorzaakte bij de zwaar vervuildeblokjes inderdaad significantminder materiaalverlies dan deproducten Z1_HF en Z3_HF enminder dan Z2_HF (fig. 2b).Basische reinigingsproductenMet de basische producten (B1en B2_KOH) werd het besteresultaat van de chemische gevelreinigingsmiddelen verkregen,bleekwater buiten beschouwinggelaten. Het resultaat benaderdezowel bij de matig als zwaar vervuilde blokjes een natuurlijkebetonkleur en de E/Erefwaarden reikten tot boven 0,60 (fig.2a). Dit ging gepaard met denodige materiaalverliezen (tot0,60 mm) die echter wel beperkter bleven dan bij twee van dedrie producten op basis van HFen het stralen (fig. 1b).Bleekwater (NaClO)Bleekwater wordt door Febelarch(Belgisch verband van producenten van architectonisch prefabbeton; red.) aanbevolen voor deverwijdering van microbiologische vervuiling [10]. Het steviggehechte korstmos werd inderdaad het best verwijderd metbleekwater (B3_NaClO). In tegenstelling tot de andere chemischeproducten volstond ??n reinigingsbeurt en die ging gepaardmet weinig materiaalverlies. Ookbij de matig vervuilde blokjeswerd met bleekwater een goedereiniging behaald.Hydropneumatisch stralenDe straaltechniek werd enkel opde zwaar vervuilde proefstukkentoegepast. Hiermee werd allekorstmos in ??n reinigingsbeurtverwijderd. Het resultaat oogdemooier dan zowel de biologischeals chemische behandeling (fig.3d). E/Erefbedroeg 0,88, watvergelijkbaar is met de kleurverandering verkregen met de producten op basis van HF. Bij deze laatste trad echter zoutuitbloei op,zodat bij het stralen de referentiekleur zeker beter werd benaderd.Ten opzichte van het chemischreinigen werd duidelijk een grotermassaverlies vastgesteld. Bij hetstralen ging gemiddeld 0,20 g/cm2(standaardafwijking: 0,016 g/cm2)verloren, wat beduidend hoger isdan het maximale verlies van0,14 g/cm2, gemeten bij de chemisch behandelde blokjes na detweede reiniging. De metingenmet de ALM gaven echter een verlies dat in dezelfde grootteorde lagals dat van de chemisch gereinigde proefstukken met het meestemateriaalverlies en zelfs lager dandat van Z3_HF (fig. 2b). Bij hetstralen ging meer massa en tochevenveel hoogte verloren, wat danbetekent dat meer materiaal meteen grote densiteit werd verwijderd, zijnde beton.Biologische reinigingspastaDe resultaten van de biologischereinigingstechniek (thiobacilli)zijn veelbelovend (fig. 3). Bij matige vervuiling is de kleurverandering die de proefstukken ondergingen vergelijkbaar met bepaaldechemische producten (B1,B2_KOH, Z4_AmF en Z5) en groter dan bij N1. Op de zwaar vervuilde stukken bleven echter nogkleine vuilresten achter (fig. 3e).Toch werd een statistisch evengrote E/Erefwaarde verkregenals bij enkele chemische producten (N1, B2_KOH en Z4_AmF) enbovendien bleven de proefstukkengespaard van witte uitslag. Wanneer enkel de resultaten van deeerste reiniging worden beschouwd, behaalden slechts de1,41,21,00,80,60,40,20,01,21,00,80,60,40,20,0E/ErefmateriaalverliesZ1_HFZ2_HFZ3_HFZ4_AmFZ5N1B1B2_KOHB3_NaCIOthiobacillistraaltechniekZ1_HFZ2_HFZ3_HFZ4_AmFZ5N1B1B2_KOHB3_NaCIOthiobacillistraaltechniekn zwaar vervuild (eerste reiniging)n zwaar vervuild (tweede reiniging)n matig vervuild2 |Kleurverandering,gekarakteriseerd doorE/Eref(a) en materiaal-verlies opgemeten metde ALM na eerste entweede reiniging vanzwaar vervuilde proef-stukken en reiniging vanmatig vervuilde proef-stukken (b). De foutbal-ken geven de standaard-afwijking op het gemid-delde weer. De produc-ten aangeduid met een*-teken vertoondenzichtbare zoutuitslagO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB etonond er houdcement 2006 2 93behandeling met bleekwater (B3_NaClO) en de straaltechniek eengroter reinigend effect. Daartegenover staat echter de veel groterecontacttijd van de biologischepasta, die tijdens de proeven gedurende negen dagen op de proefstukken bleef. De zure chemischeproducten vroegen doorgaans tientot twintig minuten om in te werken, de alkalische producten eenuur. Het hydropneumatisch stralen van de blokjes duurde amperenkele minuten. Bovendien werden de proefblokjes bewaard bijde optimale temperatuur voor degroei van de bacteri?n (28 ?C) envoortdurend vochtig gehouden.Het meest opvallende voordeelblijken de geringe materiaalverliezen te zijn die met de biologischebehandeling gepaard gingen(fig. 2b).T o e k o m s t p e r s p e c t i e v e nDe biologische reiniging metbehulp van de thiobacilli staat nogin zijn kinderschoenen. Een eenvoudige procedure voor het kweken van de bacteri?n is al ontwikkeld. Om echter kwalitatief tekunnen concurreren met de traditionele reinigingstechnieken isbijsturing van de reinigingsmethode nog nodig. Bij praktischetoepassing zal het moeilijk zijn deoptimale omstandigheden voor debacteri?n betreffende vochtigheiden temperatuur te garanderen.Daarom moet worden onderzochtof de pasta zelf een beschermendmilieu kan vormen voor de bacteri?n. Verder wordt nog een oplossing gezocht voor de langeinwerktijden die de bacteri?nnodig hebben. In de toekomst kannog worden onderzocht wat heteffect zou zijn bij een kortere contacttijd en eventueel twee korterebehandelingen met tussentijdsverwijderen van de pasta ennaspoelen. Deze werkwijze vergtmeer manuren, maar kan leidentot een meer effici?nte reiniging.C o n c l u s i eHoewel met de biologische reinigingstechniek (thiobacilli), niet debeste reiniging werd verkregen,zijn de resultaten toch veelbelovend. Kwalitatieve concurrentiemet bepaalde producten is in dehuidige staat van ontwikkeling almogelijk. Problemen in verbandmet de praktische toepassing vande methode worden nog verderonderzocht.D a n k w o o r dDe auteurs betuigen hun dankaan het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek ? Vlaanderen(FWOVlaanderen) voor de financi?le steun. nL i t e r a t u u r1. Graef, B. de, N. De Belie, W.De Windt, J. Dick en W. Verstraete, Biologische gevelreiniging. Cement, 2003 nr. 8.2. Technische Voorlichting 197,Gevelreiniging. WTCB, Brussel, 1995.3. Ranalli, G., M. Matteini, I.Tosini, E. Zanardini en C. Sorlini, Bioremediation of cultural heritage: Removal ofsulphates, nitrates and organicsubstances. Proceedings of aninternational conference onmicrobiology and conservation(ICMC) entitled of Microbesand Art: The role of microbialcommunities on the degradation and protection of culturalheritages, Florence, 1999.4. Gauri, K.L., L. Parks, J. Jaynesen R. Atlas, Removal ofsulphatedcrust from marbleusing sulphatereducing bacteria. Proceedings of the international stone cleaning conference, Edinburgh 1992.5. Graef, B. de, N. De Belie, W.De Windt en W. Verstraete,Bacterial cleaning of concretesurfaces. Proceedings of theinternational RILEM conference on microbial impact onbuilding materials, Lissabon,2003.6. Graef, B. de, N. De Belie, W.De Windt, J. Dick en W. Verstraete, Cleaning of concretefouled by lichens with the aidof Thiobacilli. Materials andStructures, 2005, in press.7. Graef, B. de, J. Dick, N. DeBelie en W. Verstraete, Cleaning of concrete fouled byalgae with the aid of Thiobacilli. Proceedings of the international RILEM conference onmicrobial impact on buildingmaterials, Vitoria (P), 2004.8. A Guide to UnderstandingColor Communication. K?ln,XRite, 2002.9. Ashurst, N., Cleaning historicbuildings. Volume 2. Cleaningmaterials and processes. Londen, 1994.10. Postinterventiedossier. Febelarch, Brussel, 2004.3 |Zwaar vervuilde blokjesvoor reiniging (a), natweede reiniging metZ2_HF (b) en B1 (c) en na??n reiniging met hydro-pneumatisch stralen (d)en thiobacilli (e)a. b.c. d. e.