Influence of thermal damage on physico-mechanical properties of carbonate rocks: Porosity, hardness, UCS and ultrasonic wave evolutions

Abstract

Bu çalışmada, Mugla yöresinde bulunan farklı karbonat kayacı olan mermer türlerinden alınan örnekler üzerinde 100°C'de ısınma-soğuma (termal şok) ve 25, 100, 200, 300, 400 ve 500°C'de yüksek sıcaklığa maruz kalma deneyleri yapılmıştır. Örnekler 2 farklı kategoriye ayrılarak ilk deney setinde 5 farklı mermer örneği üzerinde öncelikle termal şok deneyleri yapılmıştır. Daha sonra, aynı tür mermer örnekleri 25, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 ve 800°C sıcaklıklara kadar ısıtılmışlardır. İkinci deney setinde 3 farklı mermer örneği kullanılmıştır. Bu örnekler 25, 100, 200, 300, 400 ve 500°C sıcaklığa maruz bırakılmışlardır. Sıcaklık işlemlerinin uygulanmasından sonra, örnekler üzerinde Shore sertliği, P-dalga hızı, gözeneklilik, birim hacim ağırlığı ve tek eksenli basınç (TEB) dayanımı deneyleri yapılmıştır. Termal şok deneyinden sonra yapılan ölçümlerde örneklerin yoğunluk, P-dalga hızı, Shore sertliği ve tek eksenli basınç dayanımlarında azalma gözlenirken, toplam porozite değerlerinde artış gözlenmiştir. 800°C sıcaklığa ısıtılan örneklerin ağırlık, P-dalga ve Shore sertliği değerlerindeki düşüşler ise termal şok deneyinin etkisinden çok daha fazla olmuştur. İkinci deney setinden sonra yapılan ölçümlerde ise örneklerin ağırlık, P-dalga hızı ve Shore sertliği değerlerinde azalma görülürken, toplam porozite değerleri artmıştır.Yapılan deneyler sonucunda yüksek sıcaklığın mermer örneklerinin üzerinde, sadece fiziksel bozunmadan dolayı oluşan etkiler incelenmiş ve değerlendirilmiştir.

In this study, heating and cooling (Thermal shock) tests were conducted at temperature of 100°C and thermal damage tests were carried out at temperatures of 25, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 and 800°C on different carbonate rocks sampled from various marble types quarried in Mugla Region. The samples were divided into 2 different categories: On the first set of experiments, thermal shock tests were performed on 5 different marble types. The samples of same type of marble were then heated to the temperature steps of 25, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 and 800°C for thermal damage. On the second set of experiments, the samples of three different marble types were tested. The samples were heated to the temperature steps of 25, 100, 200, 300, 400 and 500°C for thermal damage. Shore hardness, P-wave velocity and the weight loss tests were conducted following each temperature step. Porosity, density and uniaxial compressive strength (UCS) tests were implemented following the final temperature step of 500°C. In the end of thermal shock tests, density, P-wave velocity, Shore hardness and uniaxial compressive strength values seemed to decrease and total porosity values tended to increase. In the end of thermal damage tests at temperature of 800°C; the decreases in weight, P-wave and Shore hardness values were seemed to be much higher than that of thermal shock tests. In the end of second set of experiments, P-wave velocity, Shore hardness and the weight were decreased and the total porosity was increased. In the end of experimental works, effects of physical weathering solely on marble samples due to high temperatures were investigated and assessed.