Auswirkungen von Steinfestiger auf die mechanischen Eigenschaften von Natursteinen historischer Bauwerke : Teil 2. Brazilian Test, Druck-, Biegezug- und direkter zweischnittiger Scherversuch / von Anja Ziniel

Abstract

Diese Diplomarbeit befasst sich mit den mechanischen Untersuchungen von Natursteinen und ist der zweite Teil einer dreiteiligen Untersuchung im Rahmen des EUProjektes Nano Cathedral. Im Rahmen dieses EU-Projektes werden neue Steinfestiger für den Bereich der Restauration und Konservierung entwickelt. Ziel ist der Erhalt europäischer Kulturgüter. Es wurden sechs verschiedene monumentale Bauwerke ausgewählt, weil diese viele verschiedene Gesteine aufweisen und in den repräsentativen Klimazonen Europas liegen. Als Vertreter für den Mittelmeerraum stehen der Dom zu Pisa in Mittelitalien und die Catedral de Santa María in Vitoria-Gasteiz, Spanien. Für den nordeuropäischen Raum wurden stellvertretend die St.-Bavo Kathedrale in Gent, Belgien, der Kölner Dom in Deutschland und der Wiener Stephansdom in Österreich gewählt. Um einen Vertreter für die moderne Zeit aufweisen zu können, wurde das Opernhaus in Oslo, Norwegen, gewählt. Die Untersuchungen erfolgten an sechs verschiedenen Gesteinen. Fünf gehören der Gruppe der Sedimentgesteine an, ein Gestein jener der metamorphen Gesteine (siehe Tab. 0.1). Um genügend Referenzwerte zu bekommen, wurden die mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials, des thermisch gealterten Grundmaterials und des gefestigten Grundmaterials ermittelt. Zur besseren Übersicht wurden die Untersuchungen in Serien eingeteilt. In Serie A wurde das Grundmaterial (Frischmaterial) getestet. Für Serie B wurden die Gesteinsproben thermisch gealtert. Und Serie C beinhaltet nur mehr die zwei porösesten Gesteine der ursprünglich sechs, den Schlaitdorfer Sandstein und den St. Margarethener Kalksandstein. Die porösen Versuchsproben wurden für die Prüfmethoden mit jeweils zwei verschiedenen Steinfestigern behandelt. Diese Steinfestiger (Referenzfestiger) wurden vom EU-Projekt vorgegeben. Für die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften wurden für diese Arbeit vier Prüfmethoden ausgewählt: - Brazilian Test (Spaltzugversuch) - Druckversuch - Biegezugversuch - direkter zweischnittiger Scherversuch Die Untersuchungen ergaben, dass die mechanischen Gesteinsfestigkeiten durch die thermische Alterung abnahmen, jedoch durch die Steinfestigung anstiegen. Diese Ergebnisse dienen als Referenzwerte für die neu entwickelten Steinfestiger.

In the framework of the H2020 EU project, new consolidants for natural stones are currently developed for restoration and conservation application. The aim is to preserve European cultural assets. Six monument buildings from representative climatic zones in Europe were selected, which were built using a variety of different stones. Representatives of the Mediterranean are the Cathedral of Pisa, Italy and the Cathedral of Santa María de Vitoria, Spain. St.-Bavo Cathedral in Ghent, Belgium, the Cologne Cathedral in Germany and St. Stephen`s Cathedral in Austria were selected as representatives for the northern area of Europe. The Oslo Opera House, Norway, was selected as a contemporary example for the utilization of natural stone. Tests were carried out on six different stones. Five sedimentary stones were tested: - Ajarte limestone - Balegem limestone - Obernkirchen sandstone - Schlaitdorf sandstone - St. Margarethen limestone In contrast, one methamorphic stone, Carrara marble, was also tested. In order to obtain sufficient reference values, the mechanical properties of the untreated stone material, thermally aged material and strengthened material were determined. The testing was carried out in three series. In series A, the untreated stone material was tested. In series B, the stone samples were thermally aged. Series C contained only two porous rocks, the Schlaitdorf sandstone and the St. Margarethen limestone, which were treated with two different stone consolidants. These stone consolidants were determined by research within the H2020 project. The mechanic properties of the stones were determined with the following four test methods: - Splitting tensile strength of intact core specimens - Determination of uniaxial compressive strength - Determination of flexual strength under concentrated load - Direct, dual plane, shear test The researches proved the decrease of the mechanical rock strengths by thermal aging and gained by the stone consolidant. These results serve as reference values for the new developed stone consolidants.