Sandstones modified with silico-organic compounds and changes of their porosity and flexural strength under concentrated load
DOI:
https://doi.org/10.7494/geol.2010.36.1.67Keywords:
sandstones, structural strengthening, porosity, flexural strengthAbstract
The sandstone samples representing 24 deposits localized in various geological regions of Poland were impregnated with liquid polymers, in which esters of the orthosilicic acid are active agents. Such preparations are commonly applied as stone strengtheners in conservation practices. The products of condensation of these polymers formed in the course of seasoning of the impregnated stone samples for 4 weeks have developed diversified microstructures. Their presence has lowered the porosity of the sandstones and changed the structure of the rock pore spaces. As a result, the sandstones have been strengthened as indicated by their values of the flexural strength under concentrated load. A distinct change of this parameter should be linked to exceeding of the threshold value of tetraetoxysilan oligomers concentration (percolation threshold) in the sandstones in question, mainly in their Liassic, Cretaceous and Istebna varieties. It has taken place in the samples with the porosity lowered at 41-66%. The percolation threshold has not been achieved in this part of the impregnated Magura, Krosno and Godula sandstones, in which their porosity has decreased at the value not exceeding 10%. In these cases, the value of the flexural strength under concentrated load remains at the same level as it was measured prior to impregnation.Downloads
References
Abe Y. & Gunji T., 2004. Oligo- and polysiloxanes. Progress in Polymer Science, 29, 149–182.
Bachleda-Curuś T. & Semyrka R., 1997. Zastosowanie analizy porozymetrycznej dla oceny przestrzeni porowej skał w profilach utworów karbonu dolnego i kambru środkowego północno-zachodniej Polski. Geologia (kwartalnik AGH), 23, 2, 165–187.
Bromowicz J., 1992. Basen sedymentacyjny i obszary źródłowe piaskowców magurskich. Zeszyty Naukowe AGH, 1485, Geologia, 54, 1–120.
Bromowicz J., Gucik S., Magiera J., Moroz-Kopczyńska M., Nowak T.W. & Peszat C., 1976. Piaskowce karpackie, ich znaczenie surowcowe i perspektywy wykorzystania. Zeszyty Naukowe AGH, Geologia, 2, 2, 3–95.
Bromowicz J., Górniak K., Przystaś G. & Rembiś M., 2001. Wyniki badań petrograficznych typowych litofacji zbiornikowych fliszu karpackiego. W: Kuśmierek J. (Eds), Charakterystyka parametrów petrofizycznych fliszowych serii ropogazonośnych Karpat polskich, Polish Journal of Mineral Resources, 4, 31–76.
Ciabach J., 1998. Żywice i tworzywa sztuczne stosowane w konserwacji zabytków. Wydawnictwa UMK, Toruń.
Clifton J.R., 1980. Stone Consolidating Materials. A Status Report, US Department of Commerce, National Bureau of Standards, NBS technical note, 1118, 46.
Domasłowski W. & Łukaszewicz J.W., 1988. Possibilites of silica application in consolidation of stone monuments. VI International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, Toruń, 563–576.
Domb C., 1985. Critical phenomena: A brief historical survey. Contemporary Physics, 26, 49–72.
Dziedzic K., 1961. Utwory dolnopermskie w niecce śródsudeckiej. Studia Geologica Polonica, 6, 1–121.
Jerzykiewicz T., 1968. Sedymentacja górnych piaskowców ciosowych niecki śródsudeckiej (górna kreda). Geologia Sudetica, 4, 409–462.
Kamieński M. & Kubicz A., 1962. Kwasoodporność piaskowców Gór Świętokrzyskich i Dolnego Śląska na tle ich własności petrograficznych. Biuletyn Instytutu Geologicznego, 178, 1–115.
Kamieński M., Peszat C. & Rutkowski J., 1967. Zmienność petrograficzna piaskowców karpackich i zagadnienie ich klasyfikacji. Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 37, 499–508.
Kamieński M., Peszat C., Rutkowski J. & Skoczylas-Ciszewska K., 1968. O wykształceniu i własnościach technicznych piaskowców godulskich. Zeszyty Naukowe AGH, Geologia, 12, 3–80.
Karaszewski W., 1960. Nowy podział liasu Świętokrzyskiego. Kwartalnik Geologiczny, 4, 4, 899–920.
Karaszewski W., 1962. Stratygrafia liasu w północnym obrzeżeniu Gór Świętokrzyskich. Prace Instytutu Geologicznego, 30, 3, 333–416.
Kirkpatrick S., 1973. Percolation and Conduction. Reviews of Modern Physics, 45, 574–588.
Kita-Badak M., 1963. O możliwości wykorzystania piaskowców warstw istebniańskich z okolic Dobczyc. Kwartalnik Geologiczny, 7, 374–383.
Kuberska M., 1997. Trias dolny (pstry piaskowiec). Charakterystyka petrograficzna. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego, 153, 117–121.
Kuchanov S., Slot H. & Stroeks A., 2004. Development of a quantitative theory of polycondensation. Progress in Polymer Science, 29, 563–633.
Kupiec K., Konieczka P. & Namieśnik J., 2007. Charakterystyka, procesy chemicznej modyfikacji oraz zastosowanie krzemionki i jej zmodyfikowanych postaci. Ecological Chemistry and Engineering S, 14 (S4), 217–232.
Lewin S.Z. & Wheeler G.E., 1985. Alkoxysilane chemistry and stone conservation. Proceedings of 5th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, 2, 831–844.
Łukaszewicz J. W., 2002. Badania i zastosowanie związków krzemoorganicznych w konserwacji zabytków kamiennych. Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń.
Ma H.S., Roberts A.P., Prevost J.H., Jullien R. & Scherer G.W., 2000. Mechanical structure-property relationship of aerogels. Journal of Non-Crystalline Solids, 277, 2–3, 127–141.
Mavrov G., 1983. Aging of silicone resins. Studies in Conservation, 28, 171–178.
Milewicz J., 1965. Czerwony spągowiec okolicy Lwówka Śląskiego. Biuletyn Instytutu Geologicznego, 185, 195–228.
Milewicz J., 1971. Kreda północnosudecka a wschodniobrandenburska. Kwartalnik Geologiczny, 15, 122–135.
Milewicz J., 1997. Górna kreda depresji północnosudeckiej. Prace Geologiczno-Mineralogiczne, 61, 1–58.
Moropoulou A., Tsiourva Th., Michailidis P., Biscontin G., Bakolas A. & Zendri E., 1997. Evaluation of consolidation treatments of porous stones – Application on the Medieval City of Rhodes. W: Moropulou A., Zezza F., Kollias E. & Papachristodoulou I. (Eds), Proceedings of 4th International Symposium on the Conservation of Monuments in the Mediterranean, Rhodes, 3, 239–256.
Moropoulou A. & Theoulakis P., 1992. Final report of the National Technical University of Athens. Conservation Bureau, Rhodes.
Moroz-Kopczyńska M., 1977. Litologia piaskowców krośnieńskich w obszarze między Istebną i Myślenicami w Świetle ich wykorzystania w przemyśle materiałów budowlanych. Prace Geologiczne, 104, 1–66.
Mosquera M.J., Pozo J., Esquivias L., Rivas T. & Silva B., 2002a. Application of mercury porosimetry to the study of xerogels used as stone consolidants. Journal of Non-Crystalline Solids, 311, 185–194.
Mosquera M.J., Benitez D. & Perry S.H., 2002b. Pore structure in mortars applied on restoration. Effect on properties relevant to decay of granite buildings. Cement and Concrete Research, 32, 1833–1888.
Noll W., 1968. Chemistry and Technology of Silicones. Academic Press, New York and London.
Pachucki C., 1959. O stratygrafii i litologii kredy w rowie Nysy Kłodzkiej. Annales Universitatis Mariae Curie-Skłodowska, B IV, 12, 1–55.
Peace W., Mayhan K.G. & Montle J.F., 1973. Polymers from the Hydrolysis of Tetraethoksysilane. Polymer, 14, 420–422.
Peszat C., 1973. Własności techniczne piaskowców Gór Świętokrzyskich. Zeszyty Naukowe AGH, 378, Geologia, 18, 2–59.
Peszat C., 1997. Petrografia i właściwości surowcowe fluksoturbidytowo-turbidytowych piaskowców glaukonitowych warstw krośnieńskich rejonu Bóbrka – Polany. Biuletyn Instytutu Geologicznego, 376, 93–120.
Peszat C., 1999. Właściwości struturalno-teksturalne i geneza spoiw węglanowych grubo-ławicowych piaskowców jednostki Śląskiej (polskie Karpaty fliszowe). Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 15, 1, 65–104.
Peszat C. & Buczek-Pułka M., 1984. Zmienność właściwości fizyczno-mechanicznych budowlanych piaskowców istebniańskich obszaru Karpat. Zeszyty Naukowe AGH, Geologia, 10, 1, 5–34.
Peszat C. & Wieser T., 1999. Mineral composition of matrix in thick-bedded Istebna Sandstones (The Polish Flysch Carpathians). Mineralogia Polonica, 30, 1, 73–84.
Pieńkowski G., 1983. Środowiska sedymentacyjne dolnego liasu północnego obrzeżenia Gór Świętokrzyskich. Przegląd Geologiczny, 4, 223–231.
Płuska I., 2005. Konserwacja kamienia w architekturze i rzeźbie. Renowacje, 1, 119–129.
PN-EN 12372: 2001. Metody badań kamienia naturalnego. Oznaczanie wytrzymałości na zginanie pod działaniem siły skupionej.
Rembiś M., 2009. Mikrostruktury produktów polikondensacji związków krzemoorganicznych w wybranych piaskowcach karpackich. Geologia (kwartalnik AGH), 35, 2/1, 205–212.
Scherer G.W. & Wheeler G.E., 1997. Stress development during drying of Conservare OH/R. W: Moropoulou A., Zezza F., Kollias E. & Papachristodoulou I. (Eds), Proceedings of 4th International Symposium on the Conservation of Monuments in the Mediterranean, Rhodes, 3, 355–362.
Senkowiczowa H., 1970. Trias. W: Ruhle W. (red.), Stratygrafia mezozoiku obrzeżenia Gór Świętokrzyskich, Prace Instytutu Geologicznego, 56, 7–48.
Senkowiczowa H. & Ślączka A., 1962a. O wieku piaskowców z Wąchocka. Kwartalnik Geologiczny, 6, 1, 35–49.
Senkowiczowa H. & Ślączka A., 1962b. Pstry piaskowiec na północnym obrzeżeniu Gór Świętokrzyskich. Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 32, 313–337.
Shideler G.L., Ślączka A., Unrug R. & Wendorff M., 1975. Textural and mineralogical sorting relationship in Krosno Formation (Oligocene) turbidites. Polish Carpathians Mountains. Journal of Sedimentary Petrology, 45, 44–56.
Słomka T., 1995. Głębokomorska sedymentacja silikoklastyczna warstw godulskich Karpat. Prace Geologiczne, 139, 1–131.
Smoleńska A. & Rembiś M., 2003. Podatność wybranych piaskowców na ich strukturalne wzmacnianie. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 19, 3, 5–22.
Stauffer D., 1997. Minireview: New results for old percolation. Physica A, 242, 1–7.
Such P., 2002. Wykorzystanie porometrii rtęciowej w analizie struktury przestrzeni porowej skał zbiornikowych. Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa, 113, 1–86.
Ślączka A. & Unrug R., 1972. Ocena regionalnej i lokalnej zmienności składu piaskowców warstw krośnieńskich metodą analizy wariancyjnej. Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 42, 4, 373–395.
Teofilak-Maliszewska A., 1968. Petrografia osadów liasu w północnym obrzeżeniu Gór Świętokrzyskich. Biuletyn Instytutu Geologicznego, 216, 107–192.
Unrug R., 1968. Kordyliera Śląska jako obszar źródłowy materiału klastycznego piaskowców fliszowych Beskidu Śląskiego i Wysokiego (polskie Karpaty Zachodnie). Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, 38, 81–164.
Wendler E., Sattler L., Zimmerman P., Klemm D.D. & Snethlage R., 1992. Protective treatment of natural stone. Requirements and limitations with respect to the state of damage. W: Rodrigues J., Henriques F. & Jeremias F. (Eds), Proceedings of 7th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, Lisbon, 3, 1103–1112.
Wheeler G., 2005. Alkoxysilanes and the Consolidation of Stone. Getty Conservation Institute, Los Angeles.
Wheeler G. S., Fleming S. A. & Ebersole S., 1992. Comparative Strengthening Effect of Several Consolidants on Wallace Sandstone and Indiana Limestone. W: Delgado J., Henriques F. & Jeremias F. (Eds), Proceedings of 7th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, Lisbon, 3, 1033–1041.
Wilczyńska-Michalik W., 2004. Influence of atmospheric pollution on the weathering of stones in Cracow monuments and rock outcrops in Cracow, Cracow-Częstochowa Upland and the Carpathians. Prace Monograficzne, 377, Wydawnictwa Naukowe Akademii Pedagogicznej, Kraków.
Witte E., Charola A.E. & Sherryl R.P., 1985. Preliminary Tests on Commercial Stone Consolidants. Proceedings of 5th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, 2, 709–719.
Wojciechowska I., 1980. Charakterystyka surowcowa skał okruchowych zwięzłych Dolnego Śląska. Gospodarka surowcami skał litych na Dolnym Śląsku, Polska Akademia Nauk, Oddział we Wrocławiu, 139–155.
Xue Q.Z., 2003. A percolation model of metal-insulator composites. Physica B, 325, 195–198.
Zielecka M., 2000. Środki hydrofobizujące i wzmacniające. Renowacje, 2, 70–73.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Authors have full copyright and property rights to their work. Their copyrights to store the work, duplicate it in printing (as well as in the form of a digital CD recording), to make it available in the digital form, on the Internet and putting into circulation multiplied copies of the work worldwide are unlimited.
The content of the journal is freely available according to the Creative Commons License Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
