Original paper

Deterioration characteristics of marbles from the Marmorpalais Potsdam (Germany): a compilation

Ruedrich, Joerg; Weiss, Thomas; Siegesmund, Siegfried

Kurzfassung

Als Bausteine für das Marmorpalais in Potsdam (Deutschland) wurden unterschiedliche Marmortypen verwendet, von denen einige stark verwittert sind und ersetzt werden müssen. Umfassende Analysen sollten zeigen, inwieweit die Gesteinsgefüge die Verwitterung der entsprechenden Marmortypen kontrollieren. Dazu wurde der Einfluß von quantifizierten Gesteinsgefügen auf die Richtungsabhängigkeit der physikalischen Eigenschaften und der mechanischen Festigkeit untersucht. Ergebnisse aus existierenden Veröffentlichungen und Konferenz-Kurzfassungen, die teilweise einem breiten wissenschaftlichen Publikum nicht zugänglich sind, wurden zusammengefaßt und mit ergänzenden Untersuchungen vervollständigt, um damit einen Gesamtüberblick über den derzeitigen Stand der Erkenntnisse zur Gefügeabhängigkeit verschiedener Schadensszenarien bzw. -mechanismen der Marmorverwitterung zu geben. Um die gefügeabhängige Verwitterung zu charakterisieren, wurden verwitterte Proben des Marmorpalais und frisches Austauschmaterial aus Polen, der tschechischen Republik und Italien verglichen. Die entsprechenden Marmortypen zeigen ausgeprägte Unterschiede in der Korngröße, in der Korngrenzengeometrie, der kristallographischen Vorzugsorientierung (Textur) und der Ausbildung präexistierender Mikrorisse. Die meisten der untersuchten Marmortypen zeigen eine deutliche Richtungsabhängigkeit der elastischen Eigenschaften, der thermischen Dilatation und der Spaltzugfestigkeit, welche auf die Gesteinsgefüge zurückgeführt werden können. Unterschiede in der Porosität, welche durch die Porenradienverteilung charakterisiert werden können, kontrollieren die kapillare Wasseraufnahme. Die Ergebnisse dieser Arbeit führen zu der Schlußfolgerung, daß detaillierte Gefügeanalysen in Verbindung mit petrophysikalischen Untersuchungen nützliche Hilfsmittel für die Charakterisierung von Naturwerksteinen und die Prognose für das Materialverhalten, zum Beispiel während der Verwitterung, darstellen. Folglich können diese Untersuchungen helfen, Sanierungs- und Konservierungsprojekte zu optimieren sowie direkte und indirekte Testverfahren zusammenzuführen.

Abstract

Different types of marble have been used as building stones for the Marmorpalais in Potsdam (Germany). Some of these marbles show pronounced deterioration and, therefore, have to be replaced. Detailed analyses have been carried out on the individual marble types in order to characterize the influence of rock fabrics on marble deterioration during weathering. For this the influence of quantified rock fabrics on the directional dependence of physical properties and mechanical strength has been investigated. Data of previous publications and conference proceedings, which are partly not accessible for a broad scientific audience, have been compiled and supplemented with complementary results in order to give a general overview about fabric-dependent damage scenarios and deterioration mechanisms of marble. To characterize the fabric-controlled weathering, weathered specimens 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 lattice preferred orientation (texture) as well as preexisting microcracks. Most of the investigated marbles show a pronounced directional dependence of the elastic wave velocities, the thermal dilatation and the tensile strength which can be correlated with the rock fabric. In particular type and degree of water absorption shows a close link to the porosity which is again associated with the rock's fabric. Specific differences in the type of porosity, which can be characterized by the pore radii distribution, control significantly the capillary water uptake. The results of the presented investigations lead to the conclusion that detailed fabric analyses in combination with petrophysical measurements are a powerful tool for a comprehensive characterization of natural building stones and the prediction of the materials behavior, e.g. during weathering. Thus, these kind of investigations can help to optimize reconstruction and conservation projects and associated direct and indirect tests.

Keywords

marblesornamental materialsweatheringpetrofabricsanisotropymechanical properties