Acoustic emission analysis of natural stones

Abstract

Schallemissionsuntersuchungen gehören zu den neuesten Methoden der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Während die Anwendungsmöglichkeiten von Schallemissionsuntersuchungen im Bereich der Ortung umfassend erforscht sind, ist die Beurteilung von Schallemissionssignalen im Vergleich dazu kaum bekannt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse der Schallemissionssignale von Natursteinen. Die Grundlagen der Schallemissionstechnik werden beschrieben, sowie der Aufbau einer Schallemissionsanlage für unterschiedliche Temperaturbedingungen. Zur Auswertung der Schallemissionssignale ist eine Software entwickelt worden, die es erlaubt die aufgezeichneten Schallereignisse nach bestimmten Eigenschaften zu klassifizieren und somit eine detaillierte Analyse der Messdaten ermöglicht. Das Ziel ist die Dokumentation des Schädigungsprozesses sowie den Einfluss von unterschiedlichen Parametern zu ermitteln. Die Untersuchungen umfassen * unterschiedliche Materialgrößen (5x5x5cm, 3x3x3cm und 2x3x3cm), * Überprüfung des Einflusses des Temperaturverlaufes, * ein Mineral (Kalzit), * Kurzzeit- und Langzeitmessungen der Natursteine, * Einfluss von Feuchtigkeitsbehandlung, * Einfluss von Wärmebelastung und * Veränderung durch Konservierungsmaßnahmen (Paraloid, Silan/Siloxan). Die für die Untersuchungen ausgewählten Gesteinssorten sind Marmore (Bianco Carrara, Wachauer Marmor), Kalksteine (Mannersdorfer Kalkstein, Mocca Creme, Schwarzenseer Kalkstein und Veselje Unito), Kalksandstein (St. Margarethener Kalksandstein), Quarzsandstein (Sun Imperial) und Granite (Neuhauser Granit und G603).

Within the non destructive test methods, the acoustic emission methods are very important. From all possible applications of acoustic emission mainly the source location has been researched. Compared to that the evaluation of acoustic emission signals is so far hardly investigated. This thesis deals with the analysis of acoustic emission signals of natural stone. The basics of acoustic emission techniques are presented and the development of a measureing system are described. A software has been created to evaluate the signals according to certain properties. This allows a comprehensive analysis of the measurement data. The aim is to document the damaging process and to determine the influence of different parameters. The measurements include * different material sizes (5x5x5cm, 3x3x3cm and 2x3x3cm), * checking temperature cycle, * a mineral (calcit), * short-time and long-time measurements of the natural stones, * influence of moisture, * influence of heat load and * change by reinforcing measures (Paraloid, Silan/Siloxan). Types of marble (Bianco Carrara, Wachauer marble), limestone (Mannersdorfer limestone, Mocca Creme, Schwarzenseer limestone and Veselje Unito), calcareous arenite (St.Margarethener calcareous arenite), quartz arenite (Sun Imperial) and granite (Neuhauser granite and G603) have been selected for this thesis.