Pollution-related deterioration of limestone monuments  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
63399
Type K
Principal investigator Török, Ákos
Title in Hungarian Mészkő műemlékek károsdása környezeti hatásokra
Title in English Pollution-related deterioration of limestone monuments
Keywords in Hungarian mészkő, műemlék, mállás, légszennyeződés
Keywords in English limestone, monument, weathering, air pollution
Discipline
Geology, Tectonics, Vulcanology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Earth sciences 1
Department or equivalent Department of Engineering Geology and Geotechnics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Forgó, Lea Zamfira
Starting date 2006-02-01
Closing date 2011-01-31
Funding (in million HUF) 9.060
FTE (full time equivalent) 1.59
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás fő célkitűzése az, hogy adatokat kapjunk a különböző mészkő műemlékek és a városi szennyezett és vidéki kevésbé szennyezett környezet kölcsönhatásáról, azaz megértsük és jellemezzük a különböző szöveti tulajdonságú, fizikai tulajdonságokkal bíró mészkő műemlékek környezeti érzékenységét. A természetes (bányákban található) mészkövek jellemzőit és mállási folyamatait hasonlítjuk össze a műemlékekbe beépített mészkövek tulajdonságaival. Ehhez egy olyan módszer kidolgozása szükséges, amelynek segítségével a kőzet tönkremenetele, a mállottság mértéke megadható. Gyakorlatban ez egy olyan megbízható és könnyen alkalmazható írott segédlet és publikáció elkészítését jelenti, amelynek segítségével a mészkőből épült műemlék épületek állapota jellemezhető, ellenőrizhető és a jövőbeni károsodási tendenciák előre jelezhetőek. Mindezek alapján a mállás és a kőzetanyag tönkremenetelének mértéke megadható. Az eredmények közvetlenül a műemlékvédelemben hasznosíthatóak: a jelenségek megismerése és értelmezése után csak minimális beavatkozás és csak a feltétlen szükséges kőfelületek vagy kőzetblokkok konzerválása, kezelése válik szükségessé. A várható eredmények alapján lehetőség nyílna arra, hogy a hazai mérési eredményeket összevethessük az európai hasonló mérési eredményekkel és a más országokban alkalmazott mészkövek állapotfelvételéhez további adatokkal szolgáljunk. A téma iránti nemzetközi érdeklődést jelzi, hogy a vezető kutatónak három a témakörbe illeszthető bilaterális európai projektje fut, valamint a 2006-ban, Madridban megrendezésre kerülő 'Heritage, Weathering & Conservation' konferencia tudományos bizottságának tagjai közé választották.
Summary
The main aim of the research is to obtain information on the environmental impact on limestone monuments, to understand and describe the sensitivity of various limestone types in polluted urban and less polluted rural environment. To achieve this goal it is necessary to study and describe the weathering forms and properties of quarry stones, too. These properties are than compared to the properties of building and dimension limestones of selected monuments located in different pollution regimes. The elaboration of a methodology, which helps in the description of the decay processes and weathering status of limestone monuments, is required. In practice it is equivalent to the preparation of a publication and written report that helps in the diagnosis of limestone monuments and provides information on how to predict future trends in stone deterioration. The results can be directly implemented in monument protection; after identifying and interpreting the decay forms and mechanism the intervention can be minimised and the stone conservation and replacement techniques are focused and only applied on the selected blocks and ashlars. It would be possible to compare the outcomes of this project with the results of other European monument surveys and provide further data on the diagnosis, protection of limestone monuments. The international relevance of the research proposal is indicated by three bilateral European projects lead by the project co-ordinator of the present application. In addition the team leader was invited to the scientific committee of the 'Heritage, Weathering & Conservation' conference to be held in Madrid in 2006.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A hazai és németországi mészkő műemlékek, valamint hazai mészkő bányákból származó mintákon elemeztük a környezeti hatások által okozott elváltozásokat. A vizsgált műemlék egy része városi szennyezett, más részük vidéki kevésbé szennyezett levegővel jellemezhető környezetben található. A mállási kérgeket színük és megjelenési formájuk alapján kategorizáltuk: 1) fekete gömbös, 2) fekete sík kéreg, 3) porkéreg, 4) fehér vékony és 5) fehér vastag mállási kéreg. A mállási kérgek anyaga uralkodóan gipsz, de emellett kvarc és agyagásványok is megjelennek, de a gipszképződés már a felületre lerakódott porban megindul. Az elemek közül a légszennyezés hatására a mállási kéregben feldúsul a kén mellett a cink és az ólom is. A kőfelületre lerakodó porban található elemek egy része könnyen mobilizálható így a por jelentős szerepet játszik a mállási kérgek kialakulásában. A mállási kéreg nem egységes, hanem eltérő szöveti jellemzőket mutató szakaszokra osztható. A mállási kérgek fizikai tulajdonságai eltérnek az alapkőzettől, mert nagyobb felületi szilárdsággal, kisebb porozitással és vízfelvétellel rendelkeznek. PAH koncentráció szempontjából jól elkülöníthetők voltak a városi és a vidéki helyszínek mind a hazai, mind a németországi minták alapján, de az ólom és a kén minden helyszínen kimutatható volt. A kutatás azt igazolta, hogy a mészkő műemlékek és azok mállási kérgei tehát olyan környezeti indikátorként használhatók, amelyek a múlt és a jelen légszennyeződésére utalnak.
Results in English
The effect of environmental impacts on limestone monuments and limestones from quarries were studied in details. The studied monuments are located in polluted urban and less polluted rural areas in Hungary and in Germany. The weathering crusts found on limestones were divided into five categories based on their morphology: i) black globular crust, ii) black laminar crust, iii) dust crust, iv) thin white crust and v) thick white crust. The main mineral of the weathering crusts is gypsum, but quartz and clay minerals are also common. The formation of gypsum was also detected in the settling dust. Besides sulphur, air pollution related zinc and lead was also found in weathering crusts. Parts of the elements accumulated in the settling dusts are soluble and thus contributes to the formation weathering crusts. The micro-fabric of the weathering crusts shows distinct zoning. The physical properties of weathering crusts are different from the host rock, since lower water absorption and higher surface strength were measured on crusts than on host limestones. The PAH concentrations of urban and rural crust and dust samples of Hungary and Germany were different; meanwhile the sulphur and lead were detected in all samples. The research has proved that limestone buildings and their weathering crusts can be used as environmental indicators reflecting past and recent pollution levels.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=63399
Decision
Yes





 

List of publications

  
Török Á.: Hungarian travertine: Weathering forms and durability, in Fort, R, Alvarez de Buego M., Gomez-Heras M. & Vazquez-Calvo C. (Eds): Heritage Weathering and Conservation, Taylor & Francis/Balkema, London. Vol. I, pp. 199-204., 2006
Török Á.: Deterioration-related changes in physical properties and mineralogy of limestone monuments., Engineering geology for tomorrow's cities, The 10th IAEG Congress, Nottingham, United Kingdom, The Geological Society, London, CD, paper no. 297. 1-8., 2006
Ahmed, H., Török Á., Lőcsei J.: Performance of some commercial stone consolidating agents on porous limestones from Egypt., In: Fort, R, Alvarez de Buego M., Gomez-Heras M. & Vazquez-Calvo C. (Eds): Heritage Weathering and Conservation, Taylor & Francis/Balkema, London. Vol. II, 735-740., 2006
Pápay Z., Török Á.: Durva mészkövek időállóságának és szövetszerkezetének a kapcsolata., In: Török Á. Vásárhelyi B. (szerk.), Mérnökgeológia-Kőzetmechanika 2006, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 185-196., 2006
Pápay Z., Török Á.: Durva mészkövek vízfelvételi tuljadonságai., In: Török Á. Vásárhelyi B. (szerk.), Mérnökgeológia-Kőzetmechanika 2006, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 197-208., 2006
Török Á., Siegesmund, S., Müller, C., Hüpers, A., Weiss, T.: Az Országház homlokzatát és a Citadellát alkotó durva mészkövek szövetének hatása időállóságukra., In: Török Á. Vásárhelyi B. (szerk.), Mérnökgeológia-Kőzetmechanika 2006, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 235-244., 2006
Török Á., Forgó, L.Z., Siegesmund, S.: Assessment of the susceptibility of various tuff types to weathering: field and laboratory tests., In: Auras, M., Snethlage, R. (Eds): Denkmalgestein Tuff, Institut für Steinkonservierung, Mainz, Bericht Nr. 22, 25-34., 2006
McAlister, J.J., Smith, B.J., Török Á.: Element partitioning and potential mobility within surface dusts on buildings in a polluted urban environment, Budapest., Atmospheric Environment, 40, 6780-6790., 2006
Barsi I., Török Á.: A Monostori erőd falazatát alkotó kőzetek vizsgálata., Kő VIII., 4, 14-18., 2006
Pápay Z., Török Á.: Kovasavészter kőszilárdítók hatása durva mészkőre., Építőanyag. 58.4, 102-106., 2006
Török Á.: A mészkő szerepe az egyiptomi kultúrában., Kő VIII., 2, 38-42., 2006
Török, Á. Vásárhelyi B., Maróthy E.: Dependence of physical properties on the water content and textural properties of Hungarian travertine., EGU General Assembly, Vienna, 2006, Geophysical Research Abstracts, Vol. 8, 05798, 2006 SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU06-A-05798, 2006
Török Á., Prikryl R., Prikrylová J., Pápay Z., Rozgonyi-Boissinot N.: Leithakalk from quarries to monuments in Central Europe., EGU General Assembly, Vienna, 2006, Geophysical Research Abstracts, Vol. 8, 06032, 2006 SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU06-A-06032., 2006
Török Á.: Influence of fabric on the physical properties of limestones., ECF 16 Conference, Alexandroupolis, Greece, Abstracts., 2006
Török, Á., Forgó, L.Z. Vogt, T., Löbens, S., Siegesmund, S., Weiss, T.: The influence of lithology and pore-size distribution on the durability of acid volcanic tuffs, Hungary., In: Prykril, R. & Smith, J.B. (Eds.): Building Stone Decay: From Diagnosis to Conservation, Geological Society, London, Special Publications 271, 251-260., 2007
Török, Á., Siegesmund, S., Müller, C., Hüpers, A., Hoppert, M., Weiss, T.: Differences in texture, physical properties and microbiology of weathering crust and host rock: a case study of the porous limestone of Budapest (Hungary)., In: Prykril, R. & Smith, J.B. (Eds.): Building Stone Decay: From Diagnosis to Conservation, Geological Society, London, Special Publications 271, 261-276., 2007
Török Á.: Influence of Fabric on the Physical Properties of Limestones, In: Kourkoulis S.K. (ed.): Fracture and failure of natural building stones. Springer, Dordrecht, 487-495., 2006
Török, Á.: Dimensional stones of Hungary, Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften. 158, 3, 361-374., 2007
Pápay Z., Török Á.: Különböző kőszilárdító szerek hatása sóskúti durva mészkőre, . In: Török Á. Vásárhelyi B. (szerk.), Mérnökgeológia-Kőzetmechanika 2007, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 233-238., 2007
Török Á.: Porous limestone decay; the role of mineralogical changes in crust formation, Stone 2, Newsletter on Stone Decay, August 2007, 26-27, 2007
Török Á.: Hungarian dimension stones: from the Roman period to present, EGU General Assembly, Vienna, 2007, Geophysical Research Abstracts, Vol. 9, 03522, 2007, SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU2007-A-03522, 2007
Pápay Z. , Török Á.: Fabric related changes in water absorption and strength of Miocene porous limestones; the commonest dimension stones of Budapest, EGU General Assembly, Vienna, 2007, Geophysical Research Abstracts, Vol. 9, 03507, 2007, SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU2007-A-03507, 2007
Pápay Z., Török Á.: Evaluation of the efficiency of consolidants on Hungarian porous limestone by non-destructive test methods, Central European Geology 50/4, 299-312, 2007
Török Á.: Morphology and detachment mechanism of weathering crusts of porous limestone in the urban environment of Budapest, Central European Geology, 50/3, 225-240., 2007
Siegesmund, S., Török, Á., Hüpers, A., Müller, C., Klemm, W.: Mineralogical, geochemical and microfabric evidences of gypsum crusts: a case study from Budapest, Environmental Geology,52, 2, 358-397, 2007
Schneider, C., Ziesch, J., Bauer, J., Török, Á., Siegesmund, S.: Bauwerkskartierung zur Analyse des Verwitterungszustands an den Außenmauern des Schlosses von Buda (Budapest, Ungarn), Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften, 59, 219-235., 2008
McAlister, J.J., Smith, B.J., Török Á.: Transition metals and water-soluble ions in deposits on a building and their potential catalysis of stone decay, Atmospheric Environment, 42, 7657-7668, 2008
Török Á.: Black crusts on travertine: factors controlling development and stability, Environmental Geology, 56, 3, 583-594, 2008
Török Á.: Schmidt hammer and Duroscope tests in assessing surface properties of stones, In: Tiano P. & Pardini, C. (Eds.): In situ Monitoring of Monumental Surfaces. Edifir-Editzioni Firenze, Florence, 207-214., 2008
Török Á.: Characteristics and morphology of weathering crusts on porous limestone, the role of climate and air pollution, In: Sola, P., Estaire, J., Olalla, C. (eds): Preservation of Natural Stone and Rock Weathering, Taylor & Francis, London, 61-66., 2007
Pápay Z., Török Á.: Three consolidants and three porous limestones: testing the effectiveness of consolidants on Hungarian porous limestones from Sóskút quarry, in terms of physicomechanical, In: Lukaszewicz, J. & Niemcewicz, P. (Eds.) Proc. 11th Int Cong. on Deterioration and Conservation of Stone. Torun, Vol. I, 717-724., 2008
Török Á.: The application of silica acid ester under vacuum conditions for in situ consolidation of porous limestone monument, a case study from Hungary, In: Lukaszewicz, J. & Niemcewicz, P. (Eds.) Proc. 11th Int Cong. on Deterioration and Conservation of Stone. Torun, Vol. II, 1085-1091, 2008
Török Á., Földes T.: Porous limestone decay: detecting changes by using computer tomography, In: Lukaszewicz, J. & Niemcewicz, P. (Eds.) Proc. 11th Int Cong. on Deterioration and Conservation of Stone. Torun, Vol. I, 299-307, 2008
Török Á.: Gellért szálló szobrainak és címerének kőanyaga, Kő X., 3, 18-21., 2008
Polányi S., Török Á.: Durva mészkövek hőtágulása, vízfelvétele és ultrahang terjedési sebessége laboratóriumi körülmények között, In: Török Á. Vásárhelyi B. (eds.), Mérnökgeológia-Kőzetmechanika 2008, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 195-202., 2008
Török Á.: Építészeti kőanyagok előfordulása és felhasználása Magyarország területén a XVIII. Századig, In: Szakáll S. (ed): Ásványok és az ember a mai Magyarország területén a XVIII. század végéig. Fókuszban az ásványi anyag. Egyetemi Kiadó, Miskolc, 137-155., 2008
Farkas O., Török Á.: Magyar Király Szálló, A székesfehérvári szálló története és kőzetdiagnosztikai vizsgálata, Kő XI., 4, 38-42., 2009
Török Á.: In Situ Methods of Testing Stone Monuments and the Application of Nondestructive Physical Properties Testing in Masonry Diagnosis, In: Bostenaru Dan M., Přikryl R., Török Á. (eds.) 2010. Materials, Technologies and Practice in Historic Heritage Structures. Springer, Dordrecht, 177-193., 2010
Török Á.: Deterioration-related changes in physical properties and mineralogy of limestone monuments, In: Culshaw et al. (Eds): Engineering Geology for Tomorrow's Cities. The Geological Society Engineering Geology Special Publication, 22, 2009
Bostenaru Dan M., Přikryl R., Török Á: Materials, Technologies and Practice in Historic Heritage Structures, Springer, 371p ISBN 978-90-481-2683-5 (DOI 10.1007/978-90-481-2684-2), 2010
Török, Á., Přikryl, R.: Current methods and future trends in testing, durability analyses and provenance studies of natural stones used in historical monuments, Engineering Geology, 115,3-4, 139-142, 2010
Török, Á., Vásárhelyi B.: The influence of fabric and water content on selected rock mechanical parameters of travertine, examples from Hungary, Engineering Geology, 115,3-4, 237-245, 2010
Szemerey-Kiss B., Török Á.: Műemléki kőkiegészítő anyagok mechanikai viselkedésének változása a felhasználás körülményeinek függvényében, Török Á. Vásárhelyi B. (eds.), Mérnökgeológia-Kőzetmechanika 2010, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 71-78., 2010
Pápay Z., Török Á.: Physical changes of porous Hungarian limestones related to silicic acidester consolidant treatments, In: Smith, B. J., Gomez-Heras, M., Viles, H. A. & Cassar, J. (eds) Limestone in the Built Environment: Present-Day Challenges for the Preservation of the Past. Geological, 2010
Török, Á., Licha, T., Simon, K., Siegesmund, S.: Urban and rural limestone weathering; the contribution of dust to black crust formation., Environ Earth Sci, DOI 10.1007/s12665-010-0737-6., 2011




 

Events of the project

  
2015-01-19 11:10:14
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Építőanyagok és Magasépítés Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem), Új kutatóhely: Geotechnika és Mérnökgeológia Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem).



Back »