Thermal Shock Effect on Strength Loss Properties of Rock Materials: An Experimental Study on Thermal Fatigue Durability
Open Access
- 31 January 2019
- journal article
- Published by Dogal Afetler ve Cevre Dergisi in Doğal Afetler ve Çevre Dergisi
- Vol. 5 (1), 124-133
- https://doi.org/10.21324/dacd.439006
Abstract
En tr Four different types of rock materials from Eastern Black Sea Region of Turkey were investigated to determine their change in porosity as well as the degree of cracking, fracturing, disintegration and strength loss under heating-cooling cycles with variations in temperatures up to 300 Co. Cooling time and thermal strains of the rock specimens were also determined in this study. Totally, sixty rock core samples were tested to evaluate their physico-mechanical and mechanical properties. Thermal cycling was found to lead for increase in the porosity of the rocks, making new cracks, particle disintegration for two types of tested rocks and considerable losses in uniaxial compressive strength values of all the rock materials tested in this study. The purpose of this study is to investigate immediate changes in temperature values rather than step by step heating up to a target temperature. For instance, rock samples were directly put in 250 oC stove from a -50 oC cabin in the last and fifth thermal cycling. After the heating process, specimens were cooled in water and air. This study aims to be a usable reference to establish a thermal change procedure and improve a new testing method for determination of thermal fatigue durability of rock materials. Doğu Karadeniz bölgesinden dört farklı kaya malzemesinin, 300 oC’ye kadar değişen sıcaklık değişimlerine sahip termal döngüler altında porozite değerlerindeki değişim, çatlama, parçalanma ve dayanım kaybı özellikleri incelenmiştir. Numunelerin soğuma süreleri ve soğuma esnasındaki birim deformasyonları da bu çalışma kapsamında belirlenmiştir. Toplamda altmış adet karot numunesi test edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, döngü sayısı arttıkça porozite değerlerinde artış, dayanım değerlerinde düşüş yaşanmakta olduğu, kaya malzemesi türüne bağlı olarak çatlamalar ve parça kopmaları şeklinde bozunmaların olabildiği görülmüştür. Çalışmadaki termal döngülerde ani sıcaklık değişimleri incelenmiştir. Örneğin, beşinci ve son döngüde numuneler 250 oC etüvden alınarak doğrudan -50 oC sıcaklıktaki soğutma kabinine alınmıştır. Isıtma işleminden sonra numuneler suda ve havada farklı ortamlarda soğutulmuşlardır. Bu çalışma, kaya malzemelerinin termal yorulma karşısındaki dirençlerinin değerlendirilmesi üzerine ısıtma-soğutma işlemleri prosedürün belirlenmesi ve geliştirilecek yeni bir metoda yönelik çalışmalara kullanışlı bir referans oluşturmayı amaçlamıştır.Keywords
This publication has 28 references indexed in Scilit:
- The effect of pore size and porosity on thermal management performance of phase change material infiltrated microcellular metal foamsApplied Thermal Engineering, 2014
- Effect of Rapid Thermal Cooling on Mechanical Rock PropertiesRock Mechanics and Rock Engineering, 2013
- Temperature influence on the physical and mechanical properties of a porous rock: San Julian's calcareniteEngineering Geology, 2013
- Effect of micro-cracking on the thermal conductivity and thermal expansion of tialite (Al2TiO5) ceramicsProcessing and Application of Ceramics, 2013
- On the Effect of Thermally Induced Stresses in Failures of Some Rock Slopes in Rio de Janeiro, BrazilRock Mechanics and Rock Engineering, 2012
- Damage and Changes in Mechanical Properties of a Gabbro Thermally Loaded up to 1,000°CPure and Applied Geophysics, 2010
- The effects of strain rate and saturation on a micro-cracked marbleEngineering Geology, 2006
- Influence of microfractures and porosity on the physico-mechanical properties and weathering of ornamental granitesEngineering Geology, 2005
- Permanent strain of thermal expansion and thermally induced microcracking in Inada graniteJournal of Geophysical Research, 2002
- Mechanical Behaviour of Cyclically Heated Fine Grained RockRock Mechanics and Rock Engineering, 1998