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Gefügeabhängigkeit technischer Gesteinseigenschaften

dc.contributor.advisorSiegesmund, Siegfried Prof. Dr.de
dc.contributor.authorStrohmeyer, Danielde
dc.date.accessioned2003-12-19T15:24:20Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T11:27:37Zde
dc.date.available2013-01-30T23:50:15Zde
dc.date.issued2003-12-19de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B321-6de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2389
dc.description.abstractNaturwerksteine sind aufgrund ihrer häufig komplexen geologischen Vergangenheit ein heterogener und anisotroper Werkstoff, dessen Verwendung eine gute Kenntnis der technischen Eigenschaften erfordert. Im Rahmen dieser Studie wurden 20 niedrigporöse Kristallingesteine unterschiedlicher mineralogischer Zusammensetzung (Granitoide, Gabbros, Peridotit, Quarzit, Marmor) und Gesteinsgefüge hinsichtlich der Gefügeabhängigkeit der technischen Gesteinseigenschaften untersucht. Die Proben lassen sich nach ihrer makroskopischen Gefügeanisotropie in drei Makrogefüge-Gruppen einteilen. Für 14 der Gesteine wurden die Glimmertexturen bestimmt. Die maximale Intensität (Imax) steigt analog zur zunehmenden Gefügeanisotropie an und erlaubt die Definition von Imax- Werten für die Makrogefüge-Gruppen I/II/III. Des Weiteren wurden die Rissdichte der offenen Mikrorisse, deren bevorzugte Orientierung sowie die Korngröße berücksichtigt. Die technischen Eigenschaften kapillare Wasseraufnahme, Druck-, Spaltzug-, Biege-, Abriebfestigkeit, die E-Moduln und die thermische Dehnung wurden mindestens in drei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen ermittelt und ergänzt durch die skalaren Indexeigenschaften Dichte und Porosität. Sowohl die Mittelwerte (arithmetisches Mittel aus den drei Hauptgefüge-Richtungen x, y, z-Richtung) als auch die Anisotropie der technischen Kennwerte konnten zu den Gefügemerkmalen in Beziehung gesetzt werden. Im Grundsatz korreliert die makroskopische Gefügeanisotropie positiv mit der Anisotropie der technischen Eigenschaften. Die Mittelwerte der Gesteinsfestigkeiten (Druck-, Spaltzug-, Biege-, Abriebfestigkeit) hängen hauptsächlich von den mechanischen Eigenschaften des Mineralbestands und der Mikrorissdichte ab, aber auch die Korngröße spielt eine Rolle. Die Anisotropie wird durch die Textur der gesteinsbildenden Minerale und die bevorzugte Orientierung der offenen Mikrorisse bestimmt. Gleiches gilt für den statischen E-Modul, wobei hier die elastischen Eigenschaften des Mineralbestands einen stärkeren Einfluss haben. Diese sind neben der Rissdichte auch für die Mittelwerte des dynamischen E-Moduls entscheidend. Dessen Anisotropie ergibt sich aus der räumlichen Anordnung der offenen Mikrorisse und der Textur der Minerale. Die kapillare Wasseraufnahme, gekennzeichnet durch den w-Wert, ist vom Mineralbestand unabhängig und wird durch den Volumenanteil der Kapillarporen und deren Verteilung im Gesteinsgefüge dominiert. Im Gegensatz dazu besteht bezüglich der thermischen Dehnung, die zu einem großen Teil von den thermischen Dehnungseigenschaften der gesteinsbildenden Minerale abhängt, nur ein untergeordneter Einfluss der Mikrorisse durch den Prozess der Risspufferung. Von größerer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die thermisch induzierte Rissbildung, die beim Kalzit-Marmor zu deutlich erhöhten thermischen Ausdehnungskoeffizienten führt. Aus den Gefügeabhängigkeiten der einzelnen technischen Kennwerte und den Prozessen bei deren experimenteller Bestimmung folgen Regeln für die Kreuzkorrelation der gesteinstechnischen Parameter untereinander. Eine gute Korrelation der (richtungsunabhängigen) Mittelwerte ist dann zu erwarten, wenn die technischen Kennwerte in möglichst gleicher Weise von den gleichen Gefügemerkmalen abhängen, die technischen Parameter eine gute Korrelation in Bezug auf den Mineralbestand aufweisen und die Prozesse während der experimentellen Bestimmung der Eigenschaften ähnlich sind. Bei der richtungsabhängigen Betrachtung muss für ein repräsentatives Verhältnis zusätzlich die Raumlage der Prozesszonen bei der Ermittlung der technischen Kenngrößen identisch sein. Die Verwendung insbesondere von Gesteinen mit einer hohen Gefügeanisotropie erfordert eine richtungsabhängige Analyse der technischen Kennwerte. Die Anisotropie der mechanischen Eigenschaften kann 80% und die der thermischen Dehnung 70% erreichen, aber auch die kapillare Wasseraufnahme und die E-Moduln weisen z.T. ein deutlich anisotropes Verhalten auf, welches bei der bautechnischen Anwendung und der Schadensanalyse Beachtung finden muss.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isogerde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyrdiss.htmde
dc.titleGefügeabhängigkeit technischer Gesteinseigenschaftende
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedFabric dependency of technical rock propertiesde
dc.contributor.refereeNitsch, Karl-Heinz Prof. Dr.de
dc.date.examination2003-11-03de
dc.description.abstractengBy virtue of their usually complex geological past, natural stones represent a heterogeneous and anisotropic material. Their use demands good knowledge of their technical properties. In this study, 20 low-porosity crystalline rocks of different mineralogical compositions and rock fabrics (granitoids, gabbros, peridotite, quartzite, marble) were investigated with respect to the fabric dependency of the technical stone properties. The samples could be classified into three macrostructural groups according to their macroscopic fabric anisotropy. The mica texture was determined in 14 of the stones. The maximum intensity (Imax) increased proportionately to increasing fabric anisotropy, enabling definition of Imax for macrofabric groups I/II/III. Additionally, the crack density of the microcracks, their preferred orientation and the grain size were taken into account. The technical properties capillary water absorption, compression strength, tensile strength, flexural strength, abrasive resistance, E-modulus and thermal expansion were determined in at least in three directions perpendicular to each other and supplemented by the scalar index characteristics density and porosity. Relationships to the fabric characteristics were obtained both for the means (arithmetic mean from the three main fabric directions x, y, z axes) and the anisotropy of the technical characteristic values. In principle, the macroscopic fabric anisotropy shows a positive correlation with that of the technical properties. The means of the rock strengths (compression strength, tensile strength, flexural strength, abrasive resistance) mainly depend on the mechanical properties of the mineralogical composition and microcrack density, while grain size also plays a part. The anisotropy is determined by the texture of the rock-forming minerals and the preferred orientation of open microcracks. The same applies to the statically determined E-modulus, where the elastic properties of the mineralogical composition have a strong influence. Alongside the crack density, these properties are also crucial for the means of the dynamic E-modulus. Its anisotropy is a product of the spatial arrangement of the open microcracks and the texture of the minerals. The capillary water absorption, characterized by the w-value, is not dependent on mineralogical composition, but is dominated by the volume percentage of the capillary pores and their distribution in the rock fabric. In contrast, with regard to thermal expansion, which to a large extent depends on the thermal expansion properties of the rock-forming minerals, the influence of microcracks through crack buffering is less significant. In this context, thermally induced crack formation, which can lead to appreciably elevated thermal coefficients of expansion in calcite marble, is of greater importance. Rules for the cross-correlations of the technical stone parameters to each other can be derived from fabric dependencies of the individual technical characteristics and the processes used for their experimental determination. A good correlation of the (direction-independent) means can be expected when a) the technical characteristics show the most similar type of dependency on the same fabric characteristics, b) the technical parameter show a good correlation with respect to the rock forming minerals and c) the processes during the experimental determination of properties are similar. From a direction-dependent viewpoint, to achieve a representative relationship, the spatial position of the process zones must additionally be identical when determining technical characteristics. The use of stones, particularly those with a high fabric anisotropy, requires a directionally dependent analysis of the technical characteristics values. The anisotropy of the mechanical properties can reach 80% and that of thermal expansion 70%. But also the capillary water absorption and the E-modules can sometimes exhibit markedly anisotropic behavior, a factor that must be accounted for in construction engineering applications and damage analysis.de
dc.subject.topicMathematics and Computer Sciencede
dc.subject.gerTechnische Mineralogiede
dc.subject.gerGesteinsmechanikde
dc.subject.gerAngewandte Geologiede
dc.subject.gerNaturwerksteinede
dc.subject.ger550 Geowissenschaftende
dc.subject.engtechnical mineralogyde
dc.subject.engrock mechanicsde
dc.subject.engapplied geologyde
dc.subject.engnatural building stonesde
dc.subject.bk38.10de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-555-8de
dc.identifier.purlwebdoc-555de
dc.affiliation.instituteFakultät für Geowissenschaften und Geographiede
dc.subject.gokfullVI 000: Technische Mineralogiede
dc.subject.gokfullVBP 400: Felsmechanikde
dc.subject.gokfullGebirgsmechanikde
dc.subject.gokfullGebirgsdruckde
dc.identifier.ppn379428326de


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