Porózus kőzetek kőzetfizikai paramétereinek változása sókristályosodás hatására (Influences of salt crystallization on the petrophysical parameters of high porous rocks types)

Erre a témakiírásra nem lehet jelentkezni.
Nyilvántartási szám: 
18/14
Témavezető e-mail címe:
rozgonyi.nikoletta@epito.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 
Építőkőként felhasznált porózus kőzetek egyik jellemző mállási jelensége a kőzet pórusaiban bekövetkező sókristályosodás. Az egész világon a történelmi műemlékek jelentős részében megfigyelhetők ezek a folyamatok, komoly fejtörést okozva a helyreállítási munkálatok során. Sok esetben tapasztalható, már beépített kőzetanyagokon, hogy egymás melletti kőtömbök károsodása azonos hatások mellett is jelentősen különbözik. E jelenség hátterének a feltárása a jelölt feladata.
A sókristályok keletkezésekor a pórusfalakat érő kristályosodási nyomás mikrorepedések kialakulását okozza, ami a kőzet szövetének tönkremenetelével jár. A sókristályosodási nyomás függ a hőmérséklettől, páratartalomtól, a só fajtájától, a telítettség mértékétől és a pórusok alakjától. A károsodás mértékét befolyásolja a kőzet szövete, porozitása, a pórusrendszer szerkezete. A jelöltnek meg kell vizsgálnia az építőkövekben leggyakrabban előforduló sók (magnézium-szulfát, nátrium- szulfát, nátrium-klorid, nátrium- nitrát) kristályosodásának hatásait különböző szövetű és porozitású kőzetanyagokon. A jelölt feladata a sók különböző hőmérsékleten, különböző sebességgel történő kristályosítása. Meg kell vizsgálnia a finom-, közép-, és durvaszemcsés kőzettípusok sókristályosodással szembeni ellenálló képességét, szöveti roncsolódásuk mértékét. Kapcsolatot kell keresnie a kőzet szövete, szerkezeti felépítése és a sókristályosodás hatására létrejövő mállás mértéke közt. Elemeznie kell, hogy a különböző szárítási hőmérséklet és szárítási sebesség a kristályosodás során keletkező szöveti roncsolódást milyen mértékben befolyásolja. Fel kell tárnia, milyen kőzetszöveti jellemzők felelősek a szöveti károsodásokért, és ki kell dolgoznia egy olyan vizsgálati módszert, amellyel a talajvízből kapilláris úton kőzetanyagba jutó sók károsodási hatását jól lehet modellezni. A vizsgálatok után elemeznie kell a pórusok telítődésének mértékét, a kőzetszövetben bekövetkezett károsodások okait (vékonycsiszolat, pásztázó elektronmikroszkóp). Mechanikai vizsgálatokkal a kőzet szilárdságvesztését is vizsgálnia kell, kapcsolatot kell keresnie a kőzet szöveti tulajdonságai és mechanikai viselkedése közt. Kapcsolatot kell keresnie a sófajták, a kőzetszöveti tulajdonságok és a károsodási formák és a károsodások mértéke közt. A jelölt az eredményei alapján adjon javaslatot olyan vizsgálati módszerre, amely a gyakorlatban is kivitelezhető, és használatával modellezhetők a porózus építőkövekben sókristályosodás hatására bekövetkező változások. 
*********
One of the characteristic deteriorating phenomena of the as building material used porous stone types is the salt crystallization in the pores. Across the globe, these processes can be observed in a significant part of historical monuments, causing serious questions and problems in restoration works. In many cases, the damage of side by side built in stone blocks is significantly different under the same weathering effects. Exploring the background of this phenomenon is the task of the candidate.
When the salt crystals are formed, the crystallization pressure on the pore walls occurs micro-cracks, which results in the destruction of the rock microstructure. The salt crystallization pressure depends on temperature, humidity, salt type, degree of saturation and shape of the pores. Damage is influenced by rock microstructure, porosity and structure of the pore system.
The candidate must investigate the effect of crystallization of the most common salts in the building blocks (magnesium sulphate, sodium sulphate, sodium chloride, sodium nitrate) on the structure of the high porous building stones. The candidate's task is to crystallize the salts at different temperatures at different speeds. It has to examine the resistance of fine, medium, and coarse grained rock types to salt crystallization and the degree of structure destruction. 
The aim of this work is to find a relationship between stone structure, mineralogical composition and the deteriorating level caused by salt crystallization. The influence of the various drying temperatures and drying velocities on the destruction rate from crystallization should be analysed. The candidate has to explore what types of rock materials are resistant for salt damage and develop a method of modelling the damaging effects of salt deposition from the groundwater through capillary system. 
After the tests, it is necessary to analyse the degree of saturation of the pores on thin section and the causes of damage to the rock microstructure (thin sections, Scanning Electron Microscope). By mechanical tests, it is also necessary to investigate the loss of strength, to find a connection between the rock properties and the mechanical behaviour. A relationship needs to be found between the salt types, the rock microstructure and the degree of damage. On the basis of its results, the candidate should provide a test method that can be used to model changes in salt crystallization in porous building blocks in the practice too.

 

A téma meghatározó irodalma: 
    1. Scherer G. W.: Crystallization in pores, Cement and Concrete Research, 1999, 29, pp- 1347–1358
    2. Xie S. Y., Shao J. F., Xu W. Y.: Influences of chemical degradation on mechanical behaviour of a limestone, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2011,  48, pp- 741–747
    3. Steiger M., Asmussen S.: Crystallization of sodium sulfate phases in porous materials: The phase diagram Na2SO4–H2O and the generation of stress, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2008, 72 pp. 4291–4306
    4. Al-Omari A., Beck K., Brunetaud X., Török Á., Al.Mukhtar M: Critical degree of saturation: A control factor of freeze–thaw damage of porous limestones at Castle of Chambord, France, Engineering Geology, 2015, 185 pp. 71–80
    5. Charola A. E.: Salts in the Deterioration of Porous Materials: An Overview, Journal of the American Institute for Conservation, 2000, 39(3):327 DOI10.1179/019713600806113176
    6. Ruedrich J., Siegesmund S.: Salt and ice crystallisation in porous sandstones, Environmental Geology, 2007, 52, pp. 225-249
DOI10.1007/ s00254-006-0585-6
    7. Grementieri L., Daghia F., Molari L., Castellazzi G., Derluyn H., Cnudde V., de Miranda S. : A multi-scale approach for the analysis of the mechanical effects of salt crystallisation in porous media, International Journal of Solids and Structures, 2017, 126–127, pp. 225–239 
    8. Espinosa R. M.,Franke L., Deckelmann G.: Model for the mechanical stress due to the salt crystallization, Construction and Building Materials, 2008, 22 pp. 1350–1367, doi:10.1016/j.conbuildmat.2007.04.013.
 
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai: 
1. Engineering Geology, ISSN: 0013-7952 [Q1]
2. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences
3. Journal of the American Institute for Conservation
4. Central European Geology, ISSN: 1788-2281 [Q4]
5. Environmental Geology, ISSN: 0943-0105
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja: 
1. I. Buocz, N. Rozgonyi-Boissinot, Á. Török: Influence of Discontinuity Inclination on the Shear Strength of Mont Terri Opalinus Claystones, Periodica Polytechnica- Civil Engineering, 2017, 61 (3) pp. 447-453
2. I. Buocz, Á. Török, Z. Jian, N. Rozgonyi-Boissinot: Direct shear strength test on opalinus clay, a possible host rock for radioactive waste, In: G. Lollino, D. Giordan, K. Thuro, C. Carranza-Torres, F. Wu, P. Marinos, C. Delgado: Applied Geology for Major Engineering Projects, Engineering Geology for Society and Territory, 2015, V6, pp. 901-904, ISBN: 978-3-319-09059-7
3. I. Buocz, N. Rozgonyi-Boissinot: Direct shear strentgh test on rocks along dicontinuities, under laboratory conditions, Pollack Periodica, 2014, V9, I3, pp 139-150, ISSN: 1788-1994
4. I. Buocz, N. Rozgonyi-Boissinot, Á. Török: Agyagkövek nedvességtartalom és anizotrópia érzékenysége, in. Á. Török, P. Görög, B. Vásárhelyi: Mérnökgeológia- Kőzetmechanika Kiskönyvtár V18, 2015 Konferencia, 2015.02.04-2015.02.05, Budapest, Hantken Kiadó, pp 265-270, ISBN: 978-615-5086-09-0
5. I. Buocz, N. Rozgonyi-Boissinot, P. Görög, Á. Török: Laboratory determination of direct shear strength of granitoid rocks; examples from the host rock of the nuclear waste storage facility of Bátaapáti (Hungary), Central European Geology 2010, V53, pp. 405-417, ISSN: 1788-2281
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye: 
1. I. Buocz, N. Rozgonyi-Boissinot, Á. Török: Influence of Discontinuity Inclination on the Shear Strength of Mont Terri Opalinus Claystones, Periodica Polytechnica- Civil Engineering, 2017, 61 (3) pp. 447-453
2. I. Buocz, Á. Török, Z. Jian, N. Rozgonyi-Boissinot: Direct shear strength test on opalinus clay, a possible host rock for radioactive waste, In: G. Lollino, D. Giordan, K. Thuro, C. Carranza-Torres, F. Wu, P. Marinos, C. Delgado: Applied Geology for Major Engineering Projects, Engineering Geology for Society and Territory, 2015, V6, pp. 901-904, ISBN: 978-3-319-09059-7
3. I. Buocz, N. Rozgonyi-Boissinot: Direct shear strentgh test on rocks along dicontinuities, under laboratory conditions, Pollack Periodica, 2014, V9, I3, pp 139-150, ISSN: 1788-1994 [Q3]
4. I. Buocz, N. Rozgonyi-Boissinot, P. Görög, Á. Török: Laboratory determination of direct shear strength of granitoid rocks; examples from the host rock of the nuclear waste storage facility of Bátaapáti (Hungary), Central European Geology 2010, V53, pp. 405-417, ISSN: 1788-2281 [Q4]
5. Á. Török, N. Rozgonyi: Morphology and mineralogy of weathering crusts on highly porous oolitic limestones, a case study from Budapest, Environmental Geology, 2004, V46, pp. 333-349, ISSN: 0943-0105, 

A témavezető eddigi doktoranduszai

Vattai Alina (2016//)
Buocz Ildikó (2010/2014/2016)
Státusz: 
elfogadott