Hidrológiai Közlöny 2006 (86. évfolyam)
5. szám - Tanulmányok, ismertetések - Vásárhelyi Balázs: Magyarországi tufák sziládrsági változásai víz hatására
21 Magyarországi tufák szilárdsági változásai víz hatására Vásárhelyi Balázs Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék, 1111. Budapest, Műegyetem rkp. 3 Kivonat: Az elmúlt évek nagy árvizei miatt a folyók közelében lévő műemlékeink közül is számos veszélybe került. A víz sok esetben nemcsak a belső építészeti emlékeket rongálhatta meg, hanem az építőanyagba bejutva az építmény állékonyságát is csökkentette. Jól ismert tény, hogy víz hatására megváltoznak az építőanyagok szilárdsági tulajdonságai, és ez a megállapítás igaz a kövekre is. Ez a változás minden esetben szilárdságcsökkenést jelent. A víz legérzékenyebben a nagy porozitású kőzetekre hat - így például az Eszak-Kelet Magyarországon is sok helyen bányászott tufákra. A tufa, jó megmunkálhatósága, faraghatósága folytán, sok helyen használták nem csak épületeknél, hanem kisebb méretű hidaknál is. Borvidékeinken a borospincéket is tufába vájták, melyre számos példa található Eger környékén vagy Tokaj-hegyalján. A cikk célja statisztikai módszerekkel összefüggéseket meghatározása a Magyarországon bányászott különböző tufák szilárdsági és anyagfizikai jellemzői között (sűrűség, egyirányú nyomószilárdság, rugalmassági modulus) mind légszáraz, mind vízzel telített állapotban. A kapott egyenletek segítségével gyorsan eldönthető egy esetleges beavatkozás szükségessége, valamint a műemléki helyreállítás esetén az alkalmazott kőanyagok helyes megválasztásában is segítséget nyújthat, segítve a megfelelő kőanyag megválasztását. Kulcsszavak: vízzel telítettség, anyagvizsgálat, szilárdság, rugalmassági modulus. 1. Bevezetés Régóta ismert tény, hogy a kőzetek mechanikai tulajdonságait, (azaz főleg az egyirányú nyomószilárdságot, a húzószilárdságot valamint a rugalmassági modulust) jelentősen befolyásolja a benne lévő víz tartalma. Ezt a változást az építési kőanyag vizsgálatakor és minősítésekor mindenkor figyelembe kell venni, ezért minden esetben mind vízzel telítve, mind száraz állapotban mérik a kőzet mechanikai állandóit. A legtöbb esetben viszont egyazon kőzet kőzettömbjei között jelentős porozitásbeli különbség lehet, ami természetesen a víztartalom százalékos változását is eredményezi, így jelentős befolyással lehet annak szilárdsági paraméterére. Bár számos kutató foglalkozott a porozitás hatásával a kövek szilárdságára (pl. Plachik, 1999; Prikryl, 2001), de a pórusok vízzel való telítését nem végeztek el, pedig ennek jelentősége mind az építőkövek, mind a kőzeten/kőzetben való építés esetén igen jelentős. A víztartalom változásának hatására bekövetkező szilárdság-csökkenéssel részletesen Hawkins és McConnell (1992) foglalkozott. 15 különböző helyről származó különböző korú és angliai homokkövön végzett méréseik alapján megállapították, hogy a szilárdság a víztartalom növekedésével exponenciálisan csökken, azaz: a c w = a. exp (-bw) + c (1) ahol a c w a kőzet egyirányú nyomószilárdsága a vizsgált w víztartalom esetén, a, b és c pedig kőzetállandók, melyek közül: a = a c 0 (azaz a kőzet szilárdsága száraz állapotban), c = A CT E| - G c 0 (azaz a telített és száraz állapotban mért szilárdság különbsége). A b anyagállandó a kőzet vízzel való telítésre való „érzékenységét" reprezentálja. Vásárhelyi és Ván (2006) kimutatták, hogy b tényező összefüggésbe hozható a kőzet porozitásával. A vízzel való telítési vizsgálatok azt mutatták, hogy a kőzet szilárdsága már néhány százaléknyi víz jelenlétére jelentős mértékben csökken - szélsőséges esetben akár 2-3 %-os telítés hatására a kőzet szilárdsága akár 20-30 %-ot is csökkenhet! A teljes telítettségi fok felénél már a kőzet szilárdsága közel azonos a teljes telítettségnél mértével. E tanulmány célja bemutatni a pórusok vízzel való telítésének a kőzet szilárdságára gyakorolt hatását a Magyarországon bányászott különböző (riolit, andezit és bazalt) tufáknál. Annak ellenére, hogy e közeteket különböző ásványok alkotják, szöveti tulajdonságuk hasonló, ezért a kőzetfizikai paraméterek statisztikus elemzésre módunk van melyet az adott kőzettípusra megadott értékek is megerősítettek. 2. A kísérleti anyagok és vizsgálatuk A vulkáni tufák heterogén kőzetek és kőzettani sajátságaik, szemcsenagyságuk, illetve azok szöveti összetartása elég változatos. A cikknek nem célja ezen kőzetek ásványtani-kőzettani csoportba foglalása, sem bemutatása. A tufák általában likacsos, porózus kőzetek (a nevük is ezt fejezi ki). A tufa mindig is kedvelt építési kőanyag volt Magyarországon jó bányászhatósága és faraghatósága miatt. Helyi felhasználásukon túlmenően regionális szinten is sok helyen építkeztek velük (pl. az Erdőbényéről bányászott riolit tufa az Alföld egyik legismertebb építőköve volt). A tanulmányban a BME-Mérnökgeológiai Tanszék által végzett kutatási eredményeket gyűjtöttük össze és dolgoztuk fel. Az egyirányú nyomóvizsgálatokat minden esetben az MSZ 1818285/1-89 alapján, henger alakú próbatesteken végezték el, ahol a próbatest magasság-átmérő aránya 2:1. Az egy tömbből kifúrt próbatestek mintacsoportokba való foglalását minden esetben az MSZ 18282/1-1987 alapján állították össze, azaz figyelembe vették a vizsgált mintacsoport átlag sűrűségétől és ultrahang-terjedési sebességétől való eltérést. Mind a kőzet sűrűségét, mind az ultrahang-terjedési sebességét vízzel való telítés után is megállapították. A vízzel való telítésnél nyomást nem alkalmaztak, azaz teljes telítés állapota nem állt fent. Megállapítható ugyanakkor, hogy a kőzet szilárdsági tulajdonsága csak kis mértékben (általában a hibahatáron belül) változik 80 %-os telítettség felett. Mivel a valóságban sincs a víz nincs nyomás alatt a kőzet vízzel való telítésekor, így a valós helyzet modellezéséhez közelebb áll az így elvégzett kísérlet. 3. A vízzel való telítés hatása a kőzet szilárdságára 3.1 Roncsolás-mentes vizsgálati eredmények értékelése A felhasznált méréseknél minden szilárdsági vizsgálat előtt meghatározták a kőzet sűrűségét és ultrahang-terjedési sebességét mind száraz, mind vízzel való telítési állapotban. Ezen mérések alapján a következő összefüggéseket lehetett megállapítani: Az 1. ábrán a kőzet sűrűségének változást mutatjuk be vízzel való telítés hatására. Amint az az ábrán jól látszik, a tufa sűrűsége vízzel való telítés hatására lineárisan növekszik, mely a következő közelítő egyenlettel adható meg: p te l = 0,742 po + 0,629 (R 2= 0,941) (2) ahol po a száraz, míg p Ie l a vízzel telített kőzet testsűrüsége. Természetesen, a kőzetalkotó ásványok ismeretében a fenti egyenlet pontos alakban is felírható lehetne, de mivel a telítés hatására a zárt pórusokba nem jut folyadék, így az egyenlet azt is megmutatja, mekkora mértékben lehet a kőzetet telíteni.
