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Schaffung des Bewertungshintergrunds zur Charakterisierung des Polierverhaltens der einzelnen, gesteinsbildenden Minerale und zur Untersuchung des Griffigkeitsverhaltens der Mineralaggregate in Abhängigkeit von den Polierbedingungen
Die Griffigkeit ist eine der wichtigsten Kenngrößen der Straßenoberfläche, da sie einen unmittelbaren Einfluss auf die Verkehrssicherheit hat. Für die Entwicklung der Griffigkeit über die Liegedauer ist sowohl bei Asphaltdeckschichten als auch bei Betonfahrbahndecken die verwendete Gesteinskörnung von zentraler Bedeutung, welche durch die Fahrzeugreifen ständig beansprucht und poliert wird. Da Gesteine hauptsächlich aus Mineralen aufgebaut sind, liegt das Ziel der vorliegenden Arbeit darin, ein detailliertes und umfassendes Verständnis für die Prozesse zu gewinnen, die zum Materialverlust und der daraus resultierenden Veränderung der Oberflächentextur sowie der Griffigkeit führen. Neben der Beobachtung des Polierverhaltens der einzelnen Minerale wurde das Griffigkeitsverhalten der Mineralaggregate unter verschiedenen Polierbedingungen untersucht. Grundsätzlich lässt sich die Feststellung machen, dass nach langer Polierdauer ein nahezu konstantes Oberflächenendniveau erreicht wird. Dieses Niveau kennzeichnet eine Textur, die nach dem "Herauspolieren" der weichen Minerale (wie Calcit und Glimmer) entsteht und sich bei Fortsetzung der Polierbeanspruchung und Beibehaltung des Poliermittels nicht mehr ändert. Diese Textur kann daher als die gesteinsspezifische Textur angesehen werden und ist von folgenden Faktoren abhängig: Mineralzusammensetzung und Gefüge des Gesteins, Nachbarschaft und Einbettung der Einzelminerale im Gesteinsverband, Härtedifferenz verschiedener Minerale, Textur der Einzelminerale (mineralspezifische Textur), die wiederum von der Kristallgröße und den mechanischen Eigenschaften der Einzelminerale, wie beispielsweise Härte, Spaltbarkeit, Bruchverhalten etc., abhängig ist, Zusammensetzung des Poliermittels insbesondere Härte und Feinheit etc. Abschließend wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zwei Datenbanken mit Hilfe der Künstlichen Neuronalen Netzwerke (KNN) erstellt: Datenbank I (Bestimmtheitsmaß von 0,9955): zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen den mineralogischen Eigenschaften und den Texturindikatoren der einzelnen Minerale bei unterschiedlichen Polierbedingungen. Datenbank II (Bestimmtheitsmaß von 0,9986): zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen den Texturindikatoren und des Griffigkeitsverhaltens der Mineralaggregate. Mit beiden Datenbanken ist eine exakte Prognose des langfristigen Polierverhaltens der untersuchten Granite anhand ihrer mineralogischen Eigenschaften ermöglicht. Bei dieser vorliegenden Arbeit handelt es sich in erster Linie um die Forschung, bei der versucht wurde, das Polier- und Griffigkeitsverhalten der gesteinsbildenden Minerale am Beispiel der vier ausgewählten Granite in einem ersten Schritt zu charakterisieren. Wegen der schmalen Datenbasis dürfen die Ergebnisse nicht ohne weiteres auf weitere Gesteinsarten generalisiert und übertragen werden. Um eine allgemeingültige Aussage treffen zu können, muss die Datenbasis vergrößert werden und sind die Untersuchungen an weiteren Gesteinen durchzuführen.
Skid resistance is one of the most important surface characteristics of roads, for it has a direct influence on the traffic safety. The applied aggregates are above all central to the development of friction value. This aspect is considered accordingly in the standard specifications, in which certain requirements regarding the polishing resistance of the aggregates have been set. Since not only different stone types but also stones that are nominally the same can behave differently, the objective of this research was to get a detailed and comprehensive understanding of the processes through traffic loading and weathering conditions, which leads to the material loss and correspondingly, to the change of the surface texture and to the development of the skid resistance.By comparing the results obtained from the skid resistance test and texture measurement within the main and the complementary investigations, it can be principally determined that after long duration of polishing an end texture that is relevant to the stones type will be reached. This texture appears after the "polish-off" of the softer minerals like calcite and mica and this texture will not change even if the polishing continues and the polishing agent is not changed. The following influence factors of the skid resistance can be found: mineral composition; mechanical properties of the single minerals, such as hardness, cleavage, breaking behavior and so on; hardness difference of the different minerals that occur in the stone frameworks; polishing agent. Finally based on the aforementioned work two sets of databases were built with the help of Artificial Neural Network (ANN): Database I (R2 = 0.9955): to describe the relationship between the mineralogical properties and the texture indicators of the single minerals under different polishing conditions. Database II (R2 = 0.9986): to describe the relationship between the texture indicators and the friction behavior of the mineral aggregates. With these two databases it will be possible to exactly predict the long-term polishing behavior of the investigated granite stones just by examing their mineralogical properties. In this research project, we firstly tried to characterize the polishing behavior and skid resistance of the stones depending on the minerals. The relationships were built using the example of the investigated stones and the tendency were shown based on the mathematical and statistical evaluation of the obtained texture and skid resistance data. It can still not be clarified with the framework of these investigations, which fundamental property of the stone (the framework and structure, the chemical and mineralogical composition, the crystal size) has the greatest influence on the behavior. From this point of view, investigation on further granites and other stone types, such as quartz porphyry as well as greywacke and quartzite, are needed in order to prove or, if necessary, to confute the elaborated findings.
Schaffung des Bewertungshintergrunds zur Charakterisierung des Polierverhaltens der einzelnen, gesteinsbildenden Minerale und zur Untersuchung des Griffigkeitsverhaltens der Mineralaggregate in Abhängigkeit von den Polierbedingungen
Die Griffigkeit ist eine der wichtigsten Kenngrößen der Straßenoberfläche, da sie einen unmittelbaren Einfluss auf die Verkehrssicherheit hat. Für die Entwicklung der Griffigkeit über die Liegedauer ist sowohl bei Asphaltdeckschichten als auch bei Betonfahrbahndecken die verwendete Gesteinskörnung von zentraler Bedeutung, welche durch die Fahrzeugreifen ständig beansprucht und poliert wird. Da Gesteine hauptsächlich aus Mineralen aufgebaut sind, liegt das Ziel der vorliegenden Arbeit darin, ein detailliertes und umfassendes Verständnis für die Prozesse zu gewinnen, die zum Materialverlust und der daraus resultierenden Veränderung der Oberflächentextur sowie der Griffigkeit führen. Neben der Beobachtung des Polierverhaltens der einzelnen Minerale wurde das Griffigkeitsverhalten der Mineralaggregate unter verschiedenen Polierbedingungen untersucht. Grundsätzlich lässt sich die Feststellung machen, dass nach langer Polierdauer ein nahezu konstantes Oberflächenendniveau erreicht wird. Dieses Niveau kennzeichnet eine Textur, die nach dem "Herauspolieren" der weichen Minerale (wie Calcit und Glimmer) entsteht und sich bei Fortsetzung der Polierbeanspruchung und Beibehaltung des Poliermittels nicht mehr ändert. Diese Textur kann daher als die gesteinsspezifische Textur angesehen werden und ist von folgenden Faktoren abhängig: Mineralzusammensetzung und Gefüge des Gesteins, Nachbarschaft und Einbettung der Einzelminerale im Gesteinsverband, Härtedifferenz verschiedener Minerale, Textur der Einzelminerale (mineralspezifische Textur), die wiederum von der Kristallgröße und den mechanischen Eigenschaften der Einzelminerale, wie beispielsweise Härte, Spaltbarkeit, Bruchverhalten etc., abhängig ist, Zusammensetzung des Poliermittels insbesondere Härte und Feinheit etc. Abschließend wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zwei Datenbanken mit Hilfe der Künstlichen Neuronalen Netzwerke (KNN) erstellt: Datenbank I (Bestimmtheitsmaß von 0,9955): zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen den mineralogischen Eigenschaften und den Texturindikatoren der einzelnen Minerale bei unterschiedlichen Polierbedingungen. Datenbank II (Bestimmtheitsmaß von 0,9986): zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen den Texturindikatoren und des Griffigkeitsverhaltens der Mineralaggregate. Mit beiden Datenbanken ist eine exakte Prognose des langfristigen Polierverhaltens der untersuchten Granite anhand ihrer mineralogischen Eigenschaften ermöglicht. Bei dieser vorliegenden Arbeit handelt es sich in erster Linie um die Forschung, bei der versucht wurde, das Polier- und Griffigkeitsverhalten der gesteinsbildenden Minerale am Beispiel der vier ausgewählten Granite in einem ersten Schritt zu charakterisieren. Wegen der schmalen Datenbasis dürfen die Ergebnisse nicht ohne weiteres auf weitere Gesteinsarten generalisiert und übertragen werden. Um eine allgemeingültige Aussage treffen zu können, muss die Datenbasis vergrößert werden und sind die Untersuchungen an weiteren Gesteinen durchzuführen.
Skid resistance is one of the most important surface characteristics of roads, for it has a direct influence on the traffic safety. The applied aggregates are above all central to the development of friction value. This aspect is considered accordingly in the standard specifications, in which certain requirements regarding the polishing resistance of the aggregates have been set. Since not only different stone types but also stones that are nominally the same can behave differently, the objective of this research was to get a detailed and comprehensive understanding of the processes through traffic loading and weathering conditions, which leads to the material loss and correspondingly, to the change of the surface texture and to the development of the skid resistance.By comparing the results obtained from the skid resistance test and texture measurement within the main and the complementary investigations, it can be principally determined that after long duration of polishing an end texture that is relevant to the stones type will be reached. This texture appears after the "polish-off" of the softer minerals like calcite and mica and this texture will not change even if the polishing continues and the polishing agent is not changed. The following influence factors of the skid resistance can be found: mineral composition; mechanical properties of the single minerals, such as hardness, cleavage, breaking behavior and so on; hardness difference of the different minerals that occur in the stone frameworks; polishing agent. Finally based on the aforementioned work two sets of databases were built with the help of Artificial Neural Network (ANN): Database I (R2 = 0.9955): to describe the relationship between the mineralogical properties and the texture indicators of the single minerals under different polishing conditions. Database II (R2 = 0.9986): to describe the relationship between the texture indicators and the friction behavior of the mineral aggregates. With these two databases it will be possible to exactly predict the long-term polishing behavior of the investigated granite stones just by examing their mineralogical properties. In this research project, we firstly tried to characterize the polishing behavior and skid resistance of the stones depending on the minerals. The relationships were built using the example of the investigated stones and the tendency were shown based on the mathematical and statistical evaluation of the obtained texture and skid resistance data. It can still not be clarified with the framework of these investigations, which fundamental property of the stone (the framework and structure, the chemical and mineralogical composition, the crystal size) has the greatest influence on the behavior. From this point of view, investigation on further granites and other stone types, such as quartz porphyry as well as greywacke and quartzite, are needed in order to prove or, if necessary, to confute the elaborated findings.
Schaffung des Bewertungshintergrunds zur Charakterisierung des Polierverhaltens der einzelnen, gesteinsbildenden Minerale und zur Untersuchung des Griffigkeitsverhaltens der Mineralaggregate in Abhängigkeit von den Polierbedingungen
Wang, Dawei (author)
2011
225 Seiten, 138 Bilder, 33 Tabellen, 102 Quellen
Theses
German
British Library Online Contents | 2012
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