Original paper

Microfabric of fresh and weathered marbles: Implications and consequences for the reconstruction of the Marmorpalais Potsdam

Weiss, Thomas; Leiss, Bernd; Oppermann, Heidrun; Siegesmund, Siegfried

Kurzfassung

Als Bausteine des Marmorpalais in Potsdam (Deutschland) wurden unterschiedliche Marmore verwendet. Einige dieser Marmore sind stark verwittert und müssen ersetzt werden. Um für die einzelnen Marmore Bewertungsgrundlagen für die Verwitterungsanfälligkeit zu finden, wurden Korngefüge und kristallographische Vorzugsorientierungen (Texturen) untersucht. Zur Charakterisierung der Verwitterungsphänomene wurden verwitterte Marmore vom Marmorpalais mit frischen Ersatzmarmoren aus Polen, der Tschechischen Republik und Italien verglichen. Die einzelnen Marmore zeigen deutliche Unterschiede bezüglich der durchschnittlichen Korngröße, der Korngrenzgeometrie und der Textur. Während der Priborner Marmor (Przeworna. Polen) gerade Korngrenzen und eine sehr starke Textur zeigt, weisen der Kauffunger Marmor (Wojcieszow, Polen), der Marmor aus Lindewiese (Lipova, Tschechische Republik) und der Grosskunzendorfer Marmor (Slawniovice, Polen) irreguläre Korngrenzen und eine starke bis moderate Textur auf. Demgegenüber zeigt der Carrara-Marmor (Italien) eine schwache Textur und stark unterschiedliche Korngrenzgeometrien. Die durchschnittlichen Korngrößen der einzelnen Proben reichen von 0.07 mm bis 1,5 mm. In allen Proben kann eine Kornformvorzugsorientierung beobachtet werden. Allerdings ist kein gesetzmäßiger Zusammenhang zwischen Korngefüge und Textur herstellbar. Mit Hilfe einer digitalen Bildauswertung wurden die Korngefüge einiger Proben auch quantifiziert. Dies ermöglicht einen besseren Vergleich der Proben untereinander sowie mit anderen Parametern (z. B. mechanische Festigkeit) Kathodolumineszenzuntersuchungen offenbaren weitere strukturelle Merkmale wie verheilte Risse oder offene Korngrenzen. Letztere werden im Priborner und im Carrara-Marmor aufgrund ihrer höheren Lumineszenz sichtbar. Aufgrund der Ergebnisse kann man annehmen. daß die unterschiedlichen Verwitterungsarten von Marmor (z. B. Absandung, Ausbrüche) durch Kombination bestimmter Korngefüge und Texturen spezifisch ausgelöst und gesteuert werden. Da die untersuchten Proben ein weites Spektrum solcher Kombinationen aufweisen, sind die Proben sehr gut für weitere detaillierte Untersuchungen, die den Einfluß des Gefüges und der Texturen auf die beobachteten Verwitterungsphänomene charakterisieren sollen, geeignet.

Abstract

Different marble types have been used as building stones for the Marmorpalais in Potsdam (Germany). Some of these marbles show pronounced degradation and have to be replaced. The grain fabric and lattice preferred orientation (texture) of the individual marble types were investigated in order to determine constraints for their proneness to weathering. To characterize weathering phenomena, weathered marbles from the Marmorpalais and fresh marble substitutes from Poland, the Czech Republic and Italy were compared. The respective marbles show distinct differences in average grain size, grain boundary geometry and texture. The Priborn marble (Przeworna, Poland) shows straight grain boundaries and a very strong texture, while the marbles from Kauffung (Wojcieszow, Poland), Lindewiese (Lipova, Czech Republic) and Grosskunzendorf (Slawniovice, Poland) have irregular grain boundaries and a moderate to strong texture. In contrast, the Carrara marble (Italy) exhibits a weak texture and the grain boundary geometries differ in a wide range. The mean grain size of the samples ranges from 0.07 mm to 1.5 mm. In all samples a grain shape preferred orientation can be observed. However, there is no unique relationship between the grain fabric and the corresponding texture of the marbles. For some of the samples the grain fabric was quantified by means of a digital image analysis. This procedure allows a better comparison between the samples and a correlation with other parameters (e.g. mechanical strength). Cathodoluminescence investigations reveal additional structural features like healed microcracks or open grain boundaries. The latter ones are indicated by their high luminescence in the weathered Priborn and Carrara marbles. The results indicate that the different types of marble weathering (e.g. powdering, break outs) are specifically triggered by certain grain fabrics and textures and their combinations, respectively. Due to the great variety of such combinations in the samples investigated, these samples are well suited for more detailed investigations on the influence of fabric on the observed weathering phenomena.

Keywords

marblebuilding stonecalcitegrain shapegrain boundarymicrofabrictextureanisotropycathodoluminescenceweatheringcomparison. Brandenburg (Potsdam)Poland (PrzewornaWojcieszowSlawniowice)Czech Republic (Lipova)Italy (Carrara).