Characterization of physical and mechanical properties of natural stones affected by ground water under different ambient conditions

Zemin sularından etkilenen doğaltaşların farklı ortam şartlarında fiziksel ve mekaniksel özelliklerinin karakterizasyonu

Özet

Bu çalışmada, yapı sektöründe kullanılan doğaltaşların zemin sularında bulunan sülfatlı su bileşikleri sodyum sülfat olarak sembolize edilmektedir. Laboratuar ortamında farklı derişim oranlarında sodyum sülfat ($Na _2SO _4 10H _2O$) çözeltileri ile yapılan araştırmadan elde edilen sonuçları içermektedir. Doğaltaş numunelerinde mineralojik ve petrografik inceleme, fiziko-mekanik ve kimyasal testler yapılarak özellikleri belirleme çalışması yapılmıştır. Daha sonra sodyum sülfat dekahidrat ($Na _2SO _4 10H _2O$) çözeltisinin %5,0, %1,0, %0,5 ve %0,2 oranlarında doğaltaşların fiziksel ve mekaniksel özelliklerine etkileri analiz edilmiştir. Deneyde kullanılan doğaltaş numunelerinin test sonuçlarına göre doğaltaşlar >%95 kalsit kristallerinden oluşmaktadır. Porozite oranları %0,73-5,38, permeabiliteleri 0,58-0,34x$10^ {-2}$ mD, özgül ağırlıkları 2740- 2630 kg/$m^ 3$, su emmeleri %0,21-5,00, kapiler su emme katsayıları 0,2-110,0 kx$10^ {-10} cm^ 2$/s, basınç dayanımları 44-68 MPa olarak belirlenmiştir. Yapılan testler sonucunda farklı ortam sıcaklığında (20°C- 120°C) ve sodyum sülfat dekahidrat ($Na _2SO _4 10H _2O$) çözeltisinde yüzde derişim artışı, doğaltaşların fiziksel (ağırlık kaybı) ve mekaniksel (basınç dayanımı) özelliklerini olumsuz yönde etkilediği tespit edilmiştir. Ortam sıcaklığı ve çözelti derişiminin artmasıyla, solüsyon tutma derecesi arttığı, basınç dayanımının azaldığı belirlenmiştir. Deneyler, laboratuar ortamında, farklı fiziko-mekanik (yüksek ve düşük porozite) özelliklerine sahip iki tür doğaltaş numune üzerinde doğal ortama uygun olarak gerçekleştirilmiştir.

Abstract

The present study analyzed the usability of natural stones in the construction sector and examined the effect of sulfated water compounds on natural stones. In the scope of the study, sulfated water compounds, which are present in ground water, were represented at different concentrations and were exposed to sodium sulfate concentrations ($Na _2SO _4 10H _2O$) under laboratory conditions. The study presents the results obtained in relation to the usability of the natural stones in outdoor spaces. Two natural stone samples with different physical-mechanical features (high and low porosity) were examined under natural conditions. In order to identify the characteristics of the natural stones, mineralogical and petrographical analysis as well as physical-mechanical and chemical tests were performed. The effects were analyzed with a 5.0%, 1.0%, 0.5% and 0.2% sulfate decahydrate solution ($Na _2SO _4 10H _2O$) having the physical and mechanical features of natural stones. The results indicated that the stones were composed of >95% calcite crystals; porosity was 0.73%, permeability was 0.58-0.34x$10^ {-2}$ mD; specific weight was 2740-2630 kg/$m^ 3$, water absorption was 0.21%- 5.0%, capillary water absorption coefficients were 0.2-110 kx$10^ {-10} cm^ 2$/s, and compressive strength was 44- 68 MPa. Increased concentration of sodium sulfate decahydrate ($Na _2SO _4 10H _2O$) solution at different ambient temperatures (20°C-120°C) was shown to negatively affect the physical (weight loss) and mechanical characteristics (compressive strength) of the natural stones. An increase in the ambient temperature and concentration of the solution was shown to raise the solution holding capacity and to decrease the compressive strength of the stone.