Physical weathering of building stones induced by freeze-thaw action: A laboratory long-term study

Environmental Earth Sciences

Volumn 63, Issue 7, 2011, Pages 1573-1586

  Ruedrich, J ^a   Kirchner, D ^b   Siegesmund, S ^a  

^a UNIVERSITY OF GÖTTINGEN   (Germany)

^b German Mining Museum   (Germany)

Author keywords

Freeze thaw action; Microfabric; Natural building stones; Pore space properties

Indexed keywords

BUILDING STONE; CHANGING TEMPERATURE; DAMAGE PROCESS; DECAY MECHANISMS; FREEZE-THAW; FREEZE-THAW TESTS; ICE CRYSTALS; MICROFABRIC; MOISTURE EXPANSION; NATURAL BUILDING STONES; PETROPHYSICAL PARAMETERS; PHYSICAL WEATHERING; PORE SPACE; STRESS FORMATION;

BUILDING MATERIALS; FROST PROTECTION; MOISTURE; SOIL MECHANICS; TESTING; THAWING;

WEATHERING;

BUILDING STONE; DAMAGE; FREEZE-THAW CYCLE; FROST; MOISTURE CONTENT; PETROFABRIC; PORE SPACE; TEMPERATURE PROFILE; TESTING METHOD; THERMODYNAMIC PROPERTY; WEATHERING;

EID: 79960225358     PISSN: 18666280     EISSN: 18666299     Source Type: Journal    
DOI: 10.1007/s12665-010-0826-6     Document Type: Article

References (27)

1. Chahall RS, Miller RD (1965) Supercooling of water in glass capillaries. Br J Appl Phys 16: 231-239.
2. Correns CW, Steinborn W (1939) Über die Erklärung der sogenannten Kristallisationskraft. Z Kristallogr 101: 117-133.
3. Everett DM (1961) The thermodynamics of frost damage to porous solids. Trans Faraday Soc 57: 2205-2211.
4. Fei Y (1995) Thermal expansion. In: Ahrens TJ (ed) Mineral physics and crystallography-a handbook of physical constants, pp 29-44.
5. Fitzner B, Snethlage R (1982) Einfluß der Porenradienverteilung auf das Verwitterungsverhalten ausgewählter Sandsteine. Bautenschutz und Bausanierung 5(3): 97-103.
6. Grossi CM, Brimblecombe P, Harris I (2007) Predicting long term freeze-thaw risks on Europe built heritage and archaeological sites in a changing climate. Sci Total Environ 377: 273-281.
7. Hirschwald J (1908) Die Prüfung der natürlichen Bausteine auf ihre Verwitterungsbeständigkeit. Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin.
8. Koch A, Siegesmund S (2001) Gesteinstechnische Eigenschaften ausgewählter Bausandsteine. Z Deut Geol Ges 152: 681-700.
9. Nicholson DT, Nicholson FH (2000) Physical deterioration of sedimentary rocks subjected to experimental freezing and thawing. Earth Surf Process Landf 25: 1295-1307.
10. Poschlod K (1989) Das Wasser im Porenraum kristalliner Naturwerksteine und sein Einfluß auf die Verwitterung. Münchner Geowissenschaftliche Abhandlungen 7: 62 S.
11. Powers TW, Helmuth RA (1953) Theory of volume changes in hardened Portland cement paste during freezing. Highw Res Board Proc 32: 285-297.
12. Rentsch W, Krompholz G (1961) Zur Bestimmung elastischer Konstanten durch Schallgeschwindigkeitsmessungen. Fachzeitschrift der Bergakademie Freiberg 7-8: 492-504.
13. Ruedrich J, Siegesmund S (2006) Fabric dependence of length change behaviour induced by ice crystallisation in the pore space of natural building stones. In: Fort R, Alvarez de Buergo M, Gomez-Heras M, Vazquez-Calvo C (eds) Heritage, weathering and conservation, vol 1, pp 497-505.
14. Ruedrich J, Siegesmund S (2007) Salt and ice crystallisation in porous sandstones. In: Siegesmund S, Steiger M (eds) Salt decay. Environ Geol 52: 225-249.
15. Scherer GW (1999) Crystallization in pores. Cem Concr Res 29: 1347-1358.
16. Setzer MJ (1999) Mikroeislinsenbildung und Frostschaden. Eiligehausen R. (Hrsg.): Werkstoffe im Bauwesen-Theorie und Praxis (Construction materials-theory and application). Ibidem Stuttgart, pp 397-413.
17. Siegesmund S, Ruedrich J (2008) Marble bowing. In: Proceedings 11th international congress on deterioration and conservation of stone, Torun, Poland.
18. Siegesmund S, Ruedrich J, Koch A (2008) Marble bowing: comparative studies of three different public building facades. Environ Geol. doi: 10. 1007/s00254-008-1307-z.
19. Snethlage R (1984) Steinkonservierung. Bayerisches Landesamt für Denkmalpflege. Arbeitshefte 22: 203.
20. Steiger M (2005) Crystal growth in porous materials. I: The crystallisation pressure of large crystals. J Cryst Growth 282: 455-469.
21. Stockhausen N (1981) Die Dilatation hochporöser Festkörper bei Wasseraufnahme und Eisbildung. Ph. D. TU München, p 163.
22. Thomachot C, Jeanette D (2002) Evolution of the petrophysical properties of two types of Alsatian sandstone subjected to simulated freeze-thaw conditions. In: Siegesmund S, Weiss T, Vollbrecht A (eds) Natural Stone, Weathering Phenomena, Conservation Strategies and Case Studies. Geological Society, London, Special Publication No. 205, pp 19-32.
23. Thomachot C, Matsuoka N (2007) Dilation of building materials submitted to frost action. In. Přikryl R, Smith BJ (eds) Building stone decay: from diagnosis to conservation. Geological Society, London, Special Publication No. 271, pp 167-177.
24. van Brakel J, Modry S, Svata M (1981) Mercury porosimetry: state of the art. Powder Technol 29: 1-12.
25. Walder J, Hallet B (1985) A theoretical model of the fracture of rock during freezing. Geol Soc Am Bull 96: 336-346.
26. Weiss G (1992) Die Eis und Salzkristallisation im Porenraum von Sandsteinen und ihre Auswirkung auf das Gefüge unter besonderer Berücksichtigung gesteinsspezifischer Parameter. Münchner Geowissenschaftliche Abhandlungen, Reihe Band 9: S62.
27. Winkler EM (1968) Frost damage to stone and concrete: geological considerations. Eng Geol 2: 315-323.