Original paper

Ursachen mangelnder Formbeständigkeit von Marmorplatten

[Reasons for insufficient shape stability of marble plates.]

Tschegg, Elmar Karl; Widhalm, Clemens; Eppensteiner, Walter

Kurzfassung

Über die physikalischen Ursachen der mikrostrukturellen Schädigung und die in diesem Zusammenhang stehenden Verluste der Formbeständigkeit von Fassadenplatten aus Marmor durch Witterungseinflüsse wird berichtet. Schädigungsmechanismen der Korngrenzen durch (i) mechanische Spannung infolge der extremen Anisotropie der thermischen Ausdehnung der einzelnen Kalzitkristallite und (ii) Frost-Tau-Zyklen nach erhöhter Wasseraufnahme stehen im Zentrum des Interesses. Neben theoretischen Betrachtungen dieser Schädigungsmechanismen wird über FEM-Modellrechnungen an polykristallinem Marmor mit unterschiedlicher Textur (Regelung) berichtet. Die erzielten Ergebnisse lassen einen grundlegenden Einblick in den Ablauf der Schädigung an den Korngrenzen zu. Damit ist eine schlüssige, wissenschaftliche Erklärung für den Verlust der Formbeständigkeit von Marmorfassadenplatten gegeben. Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse lassen sich wirksame Maßnahmen und Methoden angeben. wie eine Verwölbung von Marmorplatten im Außenbereich vermindert bzw. vermieden werden kann.

Abstract

The physical reasons of micro structural damage and the related losses in shape stability of facade marble plates owing to influences by the environment are repoted. Mechanisms of damage at the grain boundaries by (i) mechanical stresses due to extreme anisotropy of the thermal expansion of single calcite crystallites and (ii) frost-dew cycles after enhanced water adsorption are in the center of interest. Besides theoretical considerations of these damage processes, FEM modeling of the processes in polycrystalline marble with different texture (arrangement) is performed. The results allow a basic insight into the damage processes at the grain boundaries. Thus a reliable scientific explanation of the loss in shape stability of marble facade plates is obtained. Effective precautions and methods are possible based on the obtained results. like for example to reduce or prevent bowing of marble plates for outdoor applications.

Keywords

marbleshape instabilitythermal expansionrock anisotropytexturecalcitegrain boundaryweatheringfrost-dew cyclesfinite element analysis.