Flexural Tests of Consolidation Effects on Stone

Abstract

Každý materiál představuje soubor specifických mechanických vlastností a bylo by neobvyklé najít dva různé materiály se shodnými vlastnostmi nebo dokonalý přírodní materiál. Navzdory dobrým vlastnostem některých stavebních materiálů je, vzhledem k času, klimatickým cyklům, expozici agresivnímu vnějšímu prostředí a běžnému znečištění, degradace a ztráta různých vlastností nevyhnutelným jevem. Použití konsolidačních prostředků je běžnou technikou pro zpevnění kamene. Ve většině případů je nutné nahradit v průběhu času vymytý tmel, zajistit opětovné spojení zrn a částečně zaplnit nově zvětšené póry. Tato práce studuje vliv konsolidačních produktů dostupných na českém trhu na ohybové chování hořického pískovce. Byly provedeny dvě různé ohybové zkoušky (jednoosé a dvouosé namáhání) na dvou různých typech vzorků. Nejdříve byly válce a krychle ošetřeny za účelem zjištění hloubky penetrace, které je produkt schopen dosáhnout uvnitř kamene. Po vyzrání byl na válcích i krychlích proveden ultrazvukový test ke stanovení rozdílu rychlosti šíření vln v různé hloubce pod ošetřeným povrchem. Pak byly vzorky rozřezány a jednotlivé plátky otestovány v ohybu. Srovnání výsledků těchto zkoušek je v práci uvedeno. Chování materiálu v ohybu se zpravidla stanovuje pomocí jednoosé ohybové zkoušky: ve tříbodovém nebo čtyřbodovém uspořádání. Naopak dvouosá ohybová zkouška není často využívaná navzdory možnosti získat z válcového jádrového vývrtu snadno vzorky a určit důležitý parametr biaxiální pevnosti, tento typ chování je běžný např. v kamenných deskových konstrukčních prvcích [1]. Dvousměrný ohybový test se provádí na vzorku kruhového tvaru, kdy zatížen je střed a ohyb probíhá ve všech radiálních směrech. Obecně mají konsolidační ošetření na ohybové chování pískovce kladný vliv, avšak je důležité zvážit i další atributy, které nesouvisí s mechanickými vlastnostmi např. vizuální hodnocení kamene [2]. Také provedení nedestruktivních zkoušek (např. ultrazvukový test) poskytlo dobré výsledky pro použití in situ.

The materials present their own mechanical properties and it is unusual to find two different materials with the same properties or the perfect natural material. Despite the good mechanical behavior of some materials used on buildings, the degradation and the properties loss are inevitable phenomena due to the time, the climatic cycles and the exposition to aggressive environments or even the common pollution levels. The use of consolidants becomes a common technique in order to strengthening the stone. Because it is necessary to give the lost cementing during the time and to provide the join between the grains and to partially fill the pores which had become bigger. This reseacrh studies the effects on the flexural behavior of the local sandstone from "Hořice" after the treatment with consolidants available in the Czech market. Bending tests were carried out to determine the effects on two different types of specimens with two types of test: uniaxial bending test and biaxial bending test. Cylinders and cubes were treated with the products in order to determine the depth penetration which the consolidants are able to reach inside the stone. After maturing, the cylinders and cubes were cut and tested after being tested with ultrasonic test to determine the difference of the wave velocity across the specimen along the depth profile of the element. The bending results of the plates extracted from the cubes and cylinders were compared with the ultrasonic test results and they are also presented in this document. The flexural behavior is generally studied by unidirectional bending tests: three points bending test and four points bending test. Contrary, the biaxial bending test does not have the same popularity despite the facility to extract the specimen from a cylindrical core and the importance of the parameter of the biaxial strength, because this type of behavior is e.g. common in the stone plate structural elements [1]. The bidirectional bending test is done on a circular sample where the load is applied in the span middle and the bending is generated in all directions. Concerning the flexural behavior of the sandstone after the treatment, in general they have good effects. However, it is important to evaluate other type of effects not related with the mechanical behavior, i.e. the visual consequences on the stone [2]. Further, the implementation of non destructive tests, i.e. the ultrasonic test, has generated well results to be used in the field.