Original paper

Weathering forms of rhyolite tuffs

Török, Ákos; Vogt, Tobias; Löbens, Stefan; Forgó, Lea Zamfira; Siegesmund, Siegfried; Weiss, Thomas

Abstract

The rhyolite tuffs of the Eger castle (Hungary) and from a nearby quarry have been studied in detail. A detailed mapping of a wall section reveals that there exist different types of tuffs showing specific weathering forms. On site tests and laboratory tests have shown that the tuff is prone to weathering and its strength decreases dramatically when it is water saturated. Cemented tuff types do not show deep weathering, while porous pumice-rich tuff types display various weathering forms such as case hardening, multiple flaking, scaling, and differential backweathering. An increase in clay content and secondary minerals such as calcite and gypsum are the mineralogical indicators of this type of weathering. Larger micro-pores have an adverse effect, while small micro-pores have less influence on the durability of tuff. Micro-drilling tests have shown that crust formation on rhyolite tuff leads to an increase in surface strength. The thermal dilation of the rhyolite tuff varies between 0.2–0.4 mm/m at 90°C. After cooling down to room temperature, a contraction of 0.1 mm is observed which is reversible in a humid environment. The sensitivity to weathering is strongly controlled by lithology, especially by fabric properties including size and frequency of pumice, percentage and cementation of groundmass and by pore-size distribution.

Kurzfassung

Die Rhyolith-Tuffe der Burg in Eger und eines Referenzsteinbruchs wurden im Detail untersucht. Eine detaillierte Schadenskartierung an einer Wand belegt, dass verschiedene Tufftypen an der Burg verbaut worden sind, von denen jeder Typ auch eigene Verwitterungsformen aufweist. In Vor-Ort-Tests und Labortests konnte gezeigt werden, dass die Tuffe sehr verwitterungsanfällig sind und dass ihre Festigkeit bei Wassersättigung drastisch zurückgeht. Gut zementierte Tuffe zeigen keine tief greifende Verwitterung, wogegen poröse, bimssteinreiche Typen verschiedenste Verwitterungsformen, wie oberflächliche Verfestigung, multiples Abschuppen, Schalenbildung und unterschiedliche Rückwitterungsraten aufweisen. Mit der Verwitterung einher geht auch das Auftreten von Sekundärmineralphasen wie Calcit und Gips. Größere Mikroporen haben einen entgegenwirkenden Effekt, wogegen sich kleinere Mikroporen wenig auf die Dauerhaftigkeit der Tuffe auswirken. Mikrobohrhärteuntersuchungen haben gezeigt, dass sich auf den Tuffen Krusten oder Schalen bilden. Diese führen zu einer erhöhten Festigkeit der Tuffe an der Oberfläche. Die thermische Dehnung der Tuffe variiert zwischen 0,2–0,4 mm/m bei 90°C. Nach Abkühlen weisen die Proben eine Verkürzung (0,1 mm/m) auf, die in feuchter Atmosphäre aber reversibel ist. Die Verwitterungsempfindlichkeit hängt klar vom Tufftyp ab, speziell vom Gefüge und der Größe und dem Anteil von Bimssteinen, Zementation der Grundmasse und der Porenradienverteilung.

Keywords

rhyolite tuffweatheringwater saturationschmidt hammermicro-drilling resistance egerhungaryrhyolithtuffverwitterungwassersattigungschmidt hammermikrobohrharte egerungarn