Műemléki kőanyagok hő hatására fellépő kőzettani és kőzetfizikai változásainak vizsgálata
Title in English
Investigation of petrological and petrophysical changes in building stones of historical monuments exposed to heat effect
Panel
Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent
Department of Building Energetics and Building Services (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date
2003-01-01
Closing date
2008-03-31
Funding (in million HUF)
19.639
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
Magyarországi műemlékeknél használt kőzettípusok (3 homokkő, 3 mészkő és riolittufa) hő hatására fellépő változásait elemeztem. A kőzetmintákat elektromos kemencében, homogén hőtérben, 6 órán át hevítettem 7 különböző hőmérsékleten (22, 150, 300, 450, 600, 750, 900°C). A hőterhelés után ásvány-, kőzettani (polarizációs mikroszkóp, XRD, DTA, SEM) és kőzetfizikai (sűrűség, vízfelvétel, porozitás, ultrahang terjedési sebesség, duroszkóp visszapattanás, közvetett húzó- és egyirányú nyomóvizsgálat, színmérés, hővezetési tényező) vizsgálatok készültek. Hő hatására a kvarc szemcsék határánál és szemcsék belsejében mikrorepedések keletkeztek. Az agyagásványok belső szerkezete a hevítési hőmérséklet emelésével összeesett. A karbonátok hőbomlásának következtében a kalcit és dolomit tönkremegy és a levegő nedvességtartalmának köszönhetően portlandit jön létre. A vastartalmú ásványok változása okozza elsősorban a kőzetek színváltozását, de a forrásvízi mészkő szervesanyag tartalma szintén elszíneződést okoz. A színváltozás mindegyik típusra jellemző, de ennek mértékéből nem lehet egyértelműen a hevítés hőmérsékletére következtetni. A kőzettani átalakulások következtében a kőzetfizikai jellemzők is megváltoznak. A hevítés során a kőzettípusok porozitása nő, míg a belső repedések folytán az ultrahang terjedési sebesség csökken. A szilárdságcsökkenés nem érzékelhető a homokköveknél és a riolittufánál, de a mészköveknél is csak a magasabb hevítési hőmérsékletnél mérhető.
Results in English
The most widely used natural stones of Hungarian monuments (3 sandstones, 3 limestones and rhyolite tuff) were investigated. The testing temperatures were as follows: 22 (“nonburnt”), 150, 300, 450, 600, 750, 900°C. After the heat loading petrographic characterization (polarizing microscope, XRD, DTA, SEM) was obtained and the petrophysical properties (density, porosity, water adsorption, ultrasonic sound velocity, duroskop rebound, uniaxial compressive and indirect tensile strength, colour measurement, thermal conductivity) were also investigated. Micro-cracks developed at quartz and feldspar grain boundaries and within the crystals due to heat. The inner structure of clay minerals collapsed with increasing temperature. Due to calcination processes of carbonates the calcite and dolomite were damaged and as a reaction product of air humidity and CaO portlandite was detected. The transformation of iron-bearing minerals caused colour changes, similarly to the organic content of the travertine. The discolouration is typical for all types, but the grade of it do not indicate the temperature of burning. The changes in the inner structure and mineral composition of the natural stones influence the petrophysical parameters. With the increasing heat porosity increases and due to crack formation the ultrasonic sound velocity decreases. Dramatic decrease in strength is not observed at sandstones and rhyolite tuff, but at limestones a drop of strength occur at higher temperatures.
Hajpál M: Wie verhalten sich Natursteinen bei Bränden. Sind die Steine doch „brennbar“?, WTA Journal, 2004 (2), 2004
Hajpál M: Der Einfluss von Brandereignissen auf das Verformungsverhalten bzw. die mechanischen Kennwerte von Natursteinen, WTA Journal, 2004 (3), 2004
Hajpál M: Heat effect by natural stones used by historical monuments, 11th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, 2008
Hajpál M: Épületszerkezetek tűzvédelmi méretezése az Eurocode szerint, ÉPKO 12th International conference of Civil Engineering and Architecture, 2008
Hajpál M: Hőhatás okozta változások homokköveknél, Mérnökgeológiai jubileumi konferencia, Budapest, 2003
Hajpál M: Magyarországi műemléki kőzettípusok hő hatására bekövetkező változásainak vizsgálata, IV. Díszítőkő konferencia, Eger, 2005
Hajpál M: Effect of fire damage of sandstones in laboratory conditions, Lectures and Proceedings 6th International Symposium on the Conservation of Monuments in the Mediterranean Basin, 2004
Hajpál M: Fire damage of natural stones and their laboratory analysis, Proceedings 2nd International conference on structural engineering mechanics and computation, 2004
Hajpál M, Török Á: Mineralogical changes of different quartz sandstones by heat, Environmental Geology, 46 (3-4),, 2004
Török Á, Hajpál M: Effect of Temperature Changes on the Mineralogy and Physical properties of Sandstones, A Laboratory Study., International Journal for Restoration of Buildings and Monuments, 11, 4, 2005
Barros L A, Figueiredo C, Dionísio A, Hajpál M, Török Á: Τhermal behaviour of a lot of Portuguese and Hungarian monument stones submitted to thermal tests, ECF16 16th European Conference of Fracture, 2006
Gomez-Heras M, Alvarez de Buego M, Fort R, Hajpál M., Török Á, Varas M J: Evolution of porosity in Hungarian building stones after simulated burning, Heritage Weathering and Conservation, 2006
Hajpál M: The behaviour of natural building stones by heat effect, Fracture and Failure of Natural Building Stones, 2006
Hajpál M: Magas hőmérséklet műemléki építőkövek anyagtulajdonságaira gyakorolt hatásának vizsgálata, Mérnökgeológia-Kőzetmechanika konferencia, Budapest, 2007
Hajpál M: Behavior of Hungarian monumental stones in fire, European Geosciences Union General Assembly 2008, 2008
