Original paper

Marble as a natural building stone: rock fabrics, physical and mechanical properties

Siegesmund, Siegfried; Weiss, Thomas; Vollbrecht, Axel; Ullemeyer, Klaus

Kurzfassung

Umfassende Untersuchungen sollten zeigen, inwieweit die Gesteinsgefüge die anisotropen physikalischen Eigenschaften sowie das mechanische Verhalten des Wunsiedler Marmors kontrollieren. Elastische Wellengeschwindigkeiten, thermische Dehnung sowie Druck- und Zugfestigkeit zeigen eine ausgeprägte Richtungsabhängigkeit, die anhand von Gesteinsgefügen quantifiziert werden konnten. Im Gegensatz dazu ist die Wärmeleitfähigkeit nur schwach anisotrop. Die wichtigsten Gefügeelemente sind das Kornformgefüge, die Textur und das präexistierende Mikrorißgefüge. Dies führt zu der Schlußfolgerung, daß detaillierte Gefügeuntersuchungen ein wichtiges Werkzeug für die Prognose des Materialverhaltens z.B. bei der Verwitterung sein können. Es wurde gezeigt, daß insbesondere die Calcittextur die thermomechanisch bedingte Verwitterung selbst bei geringen Temperaturschwankungen, wie sie unter mitteleuropäischen Klimabedingungen beobachtet werden, beeinflußt. Der Vergleich zwischen einer PMMATM (Polymethyl-Metacrylat)-getränkten und einer ungetränkten Probe zeigt signifikante Unterschiede, z.B. eine deutliche Verringerung des Gesamtporenvolumens, der spezifischen inneren Oberfläche und der Porenradienverteilung als auch eine Verringerung der V-Anisotropie und einen Anstieg der Druckfestigkeit um 12 bis 20% in selektiven Probenrichtungen. Der bemerkenswerteste Effekt der Imprägnierung war die Zunahme der Anisotropie bezüglich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten, obwohl die Porosität des Wunsiedler Marmors nur sehr gering ist.

Abstract

Detailed analyses have been carried out on Wunsiedel marble in order to characterize the relationships between quantified rock fabrics and anisotropic physical properties as well as parameters of mechanical behavior. The elastic wave velocities, the thermal dilatation, the compressive and tensile strength show a pronounced directional dependence produced by the rock fabric, while the thermal conductivity is less anisotropic. The most significant fabric elements are the grain shape fabric and the texture, as well as preexisting microcracks. This leads to the conclusion, that detailed fabric analyses may be a powerful tool for the prediction of material behavior, e.g. during weathering. It is clearly shown, that the calcite texture particularly effects the thermomechanical weathering of marbles even at small temperature variations occuring at Mideuropean climate. Comparison between a sample impregnated with PMMATM (polymethyl-metacrylate) and an untreated one shows significant differences, e.g. a distinct reduction of the total porosity, specific surface area and of the pore size distribution, a decrease of the Vp -anisotropy and an increase of the compressive strength of about 12 to 20% in certain directions. The most remarkable effect of impregnation was observed for the anisotropy of the thermal expansion coefficient which increased in spite of the very low porosity of Wunsiedel marble.

Keywords

marblebuilding stonespetrophysical analysisrock physical anisotropyrock fabricstexturesdeteriorationmechanical weatheringweathering. FichtelgebirgeBavaria.