De effecten van verschillende temperaturen op steen komen vooral tot uiting in de volgende aspecten:
1. Thermisch uitzettings- en krimpeffect:
- Steen, als poreus materiaal, zal uitzetten en krimpen als de temperatuur verandert. Wanneer de steen wordt verwarmd, zet het volume uit; wanneer het wordt afgekoeld, zal het volume krimpen. Deze volumeverandering veroorzaakt spanning in de steen. Als de spanning de tolerantie van de steen overschrijdt, zal de steen barsten.
2. Interne druk veroorzaakt door waterverdamping:
- Het water in de steen kan bij hoge temperaturen verdampen, waardoor de interne druk toeneemt, waardoor de steen barst, vooral als er water op het oppervlak of in de steen zit.
3. De invloed van minerale samenstelling:
- De minerale samenstelling van steen is in verschillende mate temperatuurgevoelig. Sommige stenen ondergaan na verhitting faseveranderingen of chemische reacties, wat resulteert in veranderingen in de steenstructuur, waardoor scheuren en verwering ontstaan.
4. Veranderingen in sterkte- en vervormingseigenschappen:
- Bij hoge temperaturen zullen de sterkte- en vervormingseigenschappen van de steen veranderen. De mechanische eigenschappen van marmer veranderen bijvoorbeeld niet veel van kamertemperatuur naar een hoge temperatuur van 200 graden; maar tussen 400 graden en 800 graden nemen de pieksterkte, de elastische modulus en de vervormingsmodulus af bij toenemende temperatuur, terwijl de piekspanning toeneemt.
5. Veranderingen in bulkdichtheid en porie-eigenschappen:
- Na behandeling bij hoge temperaturen zullen de bulkdichtheid en porie-eigenschappen van gesteenten van verschillende lithologieën veranderen. De omvang van de verandering in de porie-eigenschappen van zandsteen en schalie na behandeling bij hoge temperatuur zal bijvoorbeeld variëren afhankelijk van het gesteentetype. Schalie heeft meer poriënruimte als gevolg van de verbranding van organisch materiaal, wat resulteert in duidelijkere veranderingen in de poriëneigenschappen.
6. Veranderingen in akoestische eigenschappen en dynamische elastische parameters:
- Naarmate de temperatuur stijgt, blijft de verzwakkingscoëfficiënt van het gesteente toenemen en blijven andere akoestische parameters afnemen. Tegelijkertijd vertonen alle dynamische elastische parameters behalve de Poisson-ratio een neerwaartse trend, vooral voor schalie die ernstiger wordt beschadigd door hitte.
7. Verschillen in vuurvastheid:
- Verschillende stenen hebben een verschillende vuurvastheid en sommige stenen zullen bij hoge temperaturen chemisch worden ontbonden. Gips ontbindt bijvoorbeeld bij temperaturen boven de 107 graden, kalksteen en marmer ontleden bij temperaturen boven de 910 graden, en graniet barst bij 600 graden als gevolg van ongelijkmatige verwarming van de mineralen waaruit het bestaat.
Samenvattend heeft temperatuur veel effecten op steen, waaronder veranderingen in fysieke eigenschappen, vermindering van mechanische eigenschappen en structurele schade. Deze veranderingen zijn van grote betekenis voor de bescherming en het gebruik van steen.
