Die Auswirkungen unterschiedlicher Temperaturen auf Stein äußern sich vor allem in folgenden Aspekten:
1. Wärmeausdehnungs- und Kontraktionseffekt:
- Als poröses Material dehnt sich Stein aus und zieht sich zusammen, wenn sich die Temperatur ändert. Wenn der Stein erhitzt wird, vergrößert sich sein Volumen; Beim Abkühlen schrumpft das Volumen. Diese Volumenänderung führt zu Spannungen im Inneren des Steins. Wenn die Belastung die Toleranz des Steins überschreitet, kommt es zu Rissen im Stein.
2. Innendruck durch Wasserverdunstung:
- Das Wasser im Stein kann bei hohen Temperaturen verdampfen, wodurch der Innendruck ansteigt und der Stein reißt, insbesondere wenn sich Wasser auf der Oberfläche oder im Inneren des Steins befindet.
3. Der Einfluss der Mineralzusammensetzung:
- Die mineralische Zusammensetzung von Stein ist unterschiedlich temperaturempfindlich. Bei einigen Steinen kommt es nach dem Erhitzen zu Phasenänderungen oder chemischen Reaktionen, die zu Veränderungen in der Steinstruktur und zu Rissen und Verwitterung führen.
4. Änderungen der Festigkeits- und Verformungseigenschaften:
- Bei hohen Temperaturen verändern sich die Festigkeits- und Verformungseigenschaften des Steins. Beispielsweise ändern sich die mechanischen Eigenschaften von Marmor von Raumtemperatur bis zu hohen Temperaturen von 200 Grad kaum; Aber zwischen 400 und 800 Grad nehmen seine Spitzenfestigkeit, sein Elastizitätsmodul und sein Verformungsmodul mit zunehmender Temperatur ab, während die Spitzendehnung zunimmt.
5. Änderungen der Schüttdichte und Poreneigenschaften:
- Nach der Hochtemperaturbehandlung verändern sich die Schüttdichte und die Poreneigenschaften von Gesteinen unterschiedlicher Lithologie. Beispielsweise variiert das Ausmaß der Veränderung der Poreneigenschaften von Sandstein und Schiefer nach einer Hochtemperaturbehandlung je nach Gesteinstyp. Schiefer verfügt aufgrund der Verbrennung organischer Stoffe über mehr Porenraum, was zu deutlicheren Veränderungen seiner Poreneigenschaften führt.
6. Änderungen der akustischen Eigenschaften und dynamisch-elastischen Parameter:
- Mit zunehmender Temperatur nimmt der Dämpfungskoeffizient des Gesteins weiter zu und andere akustische Parameter nehmen weiter ab. Gleichzeitig zeigen alle dynamisch-elastischen Parameter außer der Poisson-Zahl einen Abwärtstrend, insbesondere bei Schiefer, der durch Hitze stärker geschädigt wird.
7. Unterschiede in der Feuerfestigkeit:
- Verschiedene Steine haben eine unterschiedliche Feuerfestigkeit und einige Steine unterliegen bei hohen Temperaturen einer chemischen Zersetzung. Beispielsweise zersetzt sich Gips bei Temperaturen über 107 Grad, Kalkstein und Marmor zersetzen sich bei Temperaturen über 910 Grad und Granit reißt bei 600 Grad aufgrund der ungleichmäßigen Erwärmung seiner Mineralbestandteile.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Temperatur viele Auswirkungen auf Stein hat, darunter Veränderungen der physikalischen Eigenschaften, Verringerung der mechanischen Eigenschaften und strukturelle Schäden. Diese Veränderungen sind für den Schutz und die Nutzung von Steinen von großer Bedeutung.
