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Gefügekontrollierte Verwitterung natürlicher und konservierter Marmore

dc.contributor.advisorSiegesmund, Siegfried Prof. Dr.de
dc.contributor.authorRüdrich, Jörg Michaelde
dc.date.accessioned2003-08-12T15:24:17Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T11:27:42Zde
dc.date.available2013-01-30T23:50:15Zde
dc.date.issued2003-08-12de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B31C-3de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2391
dc.description.abstractIn der vorliegenden Arbeit wurde die Gefügeabhängigkeit der Verwitterungsprozesse natürlicher und konservierter Marmore untersucht. Das Grundkonzept basiert auf dem Vergleich der Gesteinseigenschaften in fünf verschiedenen Zuständen: bruchfrisch, natürlich verwittert, künstlich verwittert, modellhaft konserviert und konserviert/künstlich verwittert. Dazu wurden polnische Marmore aus Prieborn, Grosskunzendorf, Kauffung und italienische Marmore aus Carrara, Lasa, Sterzing mit unterschiedlichen Gefügen untersucht. Grundlage für die Interpretation der Gefügeabhängigkeit der Entfestigungsprozesse bildet eine detaillierte Beschreibung aller relevanten Gefügemerkmale des Ausgangsmaterials. Die Charakterisierung der Gesteinszustände erfolgte mittels verwitterungssensibler petrophysikalischer Parameter: Porosität, Porengrößenverteilung, kapillare Wasseraufnahme, Ultraschallgeschwindigkeiten und Spaltzugfestigkeiten. Das Ausmaß der künstlichen Verwitterung wurde experimentell mittels Messungen der thermischen Dilatation bestimmt.Für kristalline Marmore, die im unverwitterten Zustand nur sehr geringe Porositäten aufweisen, ist der initiale Verwitterungsprozess eine thermisch gesteuerte Mikrorissbildung. Ursache hierfür sind die anisotropen Dehnungseigenschaften des Calcit-Einkristalls, die bei Temperaturwechseln zu einem Spannungsaufbau im Gesteinsgefüge führen. Das Mikrorisswachstum erfolgt entlang von Gefügediskontinuitäten wie Korngrenzen, Spaltflächen und präexistierenden Rissen. Je nach Gefügeausbildung werden unterschiedliche Schwachstellen aktiviert. Dabei können die sechs untersuchten Marmore in drei Korngefügetypen untergliedert werden. Für die jeweiligen Typen ist ein entsprechendes Rissszenario festzustellen und damit auch ein vergleichbares petrophysikalisches Verhalten. Insbesondere für Ultraschalluntersuchungen, welche zur zerstörungsfreien Beurteilung des Erhaltungszustandes eingesetzt werden, müssen Rissanisotropien bei der Interpretation von Ultraschalldaten Berücksichtigung finden.Durch die fortschreitende Öffnung der Risse im weiteren Verwitterungsverlauf erhöht sich die Porosität und die Poren weiten sich. Der im unverwitterten Zustand dominierende Wassertransportmechanismus, die Dampfdiffusion, wechselt zu einem kapillaren Wassertransport. Folglich können weitere Schädigungsprozesse, wie z.B. die chemische Lösung an gesteinsinternen Kristallflächen, wirksam werden.Für die Konservierung der Marmore wurden drei verschiedene Konservierungsverfahren angewandt: ein PMMA auf Lösungsmittelbasis (PMMAsol), ein vorkondensierter Polykieselsäureester (PKSE) und eine Acrylharzvolltränkung (PMMApoly). Messungen der Porosität und der Porenradienverteilung belegen eine ausgeprägte Veränderung des Porenraums der konservierten Marmore. Beide Acrylharzverfahren zeigen eine Wiederherstellung der Kohäsion, was mittels Ultraschallanalysen nachgewiesen werden kann. Beim Überschreiten der jeweiligen Glasübergangstemperaturen von PMMAsol und PMMApoly tritt eine starke Veränderung des thermischen Dehnungsverhaltens auf. Die PKSE-Konservierung hat nur wenig Einfluss auf die thermische Dilatation, führt aber zu einer Stabilisierung des Korngefüges stark entfestigter Marmore.Es kann festgestellt werden, dass die Rissentfestigung während der Verwitterung von Marmoren vom Gefüge kontrolliert wird. Somit ist für die Charakterisierung von Marmoren sowohl hinsichtlich ihres Erhaltungszustandes als auch für beabsichtigte Konservierungen eine materialspezifische Betrachtungsweise unabdingbar.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isogerde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyrdiss.htmde
dc.titleGefügekontrollierte Verwitterung natürlicher und konservierter Marmorede
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedFabric controlled weathering of natural and consolidated marblesde
dc.contributor.refereeSnethlage, Rolf Prof. Dr.de
dc.date.examination2003-06-03de
dc.subject.dnb550 Geowissenschaftende
dc.description.abstractengThe present work deals with fabric controlled weathering processes of natural and consolidated marbles. The research bases on the comparison of rock properties in five different conditions: fresh, naturally weathered, artificially weathered, consolidated and consolidated/artificially weathered. Marbles with different rock fabrics were examined. The marbles originate from Prieborn, Grosskunzendorf, Kauffung (Poland) and Carrara, Lasa, Sterzing (Italy). An elementary requirement of the interpretation of fabric controlled deterioration processes is a detailed description of all important marble fabric properties. The characterisation of the different rock conditions was achieved by measurements of weathering-sensitive petrophysical parameters: porosity, pore size distribution, capillary water uptake, ultrasonic wave velocities and tensile strength. The extent of artificial decay was determined by experimental measurements of the thermal dilatation.The weathering process of crystalline marbles starts with a thermally-induced microcrack growth, which is caused by a strong directional dependence of thermal dilatation properties of the calcite single crystal. This anisotropic expansion behaviour generates stresses in the marble during temperature changes. The microcrack growth occurs along fabric discontinuities, i.e. grain boundaries, cleavage planes and pre-existing cracks. According to the varying fabric properties a preferred activation of a respective discontinuity can be observed for the different marbles. The investigated marbles can be divided into in three grain fabric types, each with a specific crack scenario, and thus, similar petrophysical properties. Preferred orientation of crack systems must be considered when using ultrasonic investigations to determine the state of preservation of marbles. Due to the progressive crack growth during weathering the porosity increases and the pore size expands. Hence, the water transport mechanism changes from vapour diffusion to capillary water uptake. Subsequently, other damage processes can be activated, e.g. chemical solution.For the consolidation of the marbles three approaches were adopted: a solution of polymethyl-methacrylate (PMMAsol) dissolved in xylenes, a polysilicic acid ester (PKSE) and a total impregnation with a monomer methyl-methacrylate (PMMApoly). Measurements of the porosity and effective pore size distribution evidence a strong modification of the pore space by consolidation. Both PMMA approaches show a reestablishment of cohesion which can be determined by ultrasonic velocity measurements. By reaching the respective glass transition temperatures of PMMAsol and PMMApoly, a strong modification of thermal behaviour occurs. The PKSE consolidation of marbles only shows only minor changes of dilatation, but leads to a stabilisation of the grain fabric of strongly deteriorated marbles.It can be summarized that the decay of marbles during weathering is caused by microcracks which are controlled by the marble fabric. Therefore, a rock-specific approach is indispensable for the characterisation of marbles as well as for their state of preservation and for the intended consolidation of material.de
dc.subject.topicMathematics and Computer Sciencede
dc.subject.gerMarmorde
dc.subject.gerVerwitterungde
dc.subject.gerKonservierungde
dc.subject.gerMikrorissede
dc.subject.gerAnisotropiede
dc.subject.gerUltraschallgeschwindigkeitende
dc.subject.gerTomographiede
dc.subject.engmarblede
dc.subject.engweatheringde
dc.subject.engconsolidationde
dc.subject.engmicrocracksde
dc.subject.enganisotropyde
dc.subject.engultrasonic velocitiesde
dc.subject.engtomographyde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-529-7de
dc.identifier.purlwebdoc-529de
dc.affiliation.instituteFakultät für Geowissenschaften und Geographiede
dc.subject.gokfullVB 000: Angewandte Geologiede
dc.identifier.ppn374942188de


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