Оцінка оптичних показників поверхні природного каменю методом інфрачервоної спектроскопії

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.26642/ten-2021-1(87)-169-182

Ключові слова:

просочення; колір природного каменю; природний облицювальний камінь; інфрачервоний аналіз каменю; хімічна обробка

Анотація

Збереження та вдосконалення показників якості будь-якої продукції є актуальною науковою та практичною задачею для поточного виробництва, враховуючи вироби з природного облицювального каменю. У світі немає подібних родовищ природного облицювального каменю. Кожен з них є по-своєму неповторним. Однак для більшості родовищ природного каменю характерна природна мінливість якісних показників. Насамперед після обробки таких каменів з’являються відмінності у кольоровому тоні.
Можливо надати інший кольоровий тон хімічною обробкою. В даний час існує багато хімічних методів обробки природного каменю. Однак більшість з них недостатньо вивчена. Тому оцінку впливу хімічної обробки на поверхню природного каменю досліджували за допомогою інфрачервоної спектроскопії. Встановлено лінійні закономірності зміни колірних показників природного каменю залежно від його початкових показників після хімічної обробки на прикладі Покостівського гранодіориту (Grey Ukraine) та Буківського габро (Galant).
Окрім методу колірної сегментації, для оцінки відмінностей у типах природного облицювального каменю був використаний метод інфрачервоної спектроскопії, який показав, що Покостівський гранодіорит (Grey Ukraine) та Буківський габро (Galant) мають однакові довжини хвиль, що належать до спільного породоутворюючого мінералу – плагіоклазу. Зміна поглинання інфрачервоного випромінювання зумовлена ефектом порожнин і об’ємним розсіюванням променів у зв’язку з переходом через кристалізовану плівку хімічних просочувальних речовин. Для певного типу природного каменю зміна поглинання буде більшою чи меншою при використанні певного виду хімічної обробки, що вказує на міцний або слабкий зв’язок хімічних просочуючих речовин з поверхнею природного каменю відповідно.

Посилання

Korobiichuk, V., Shamrai, V., Iziumova, O., Tolkach, O. and Sobolevskyi, R. (2016), «Definition of hue of different types of pokostivskiy granodiorite using digital image processing», Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, No. 4 (5), рр. 52–57.

Korobiichuk, I., Korobiychuk, V., Nowicki, M., Shamrai, V., Skyba, G. and Szewczyk, R. (2016), «The study of corrosion resistance of Pokostivskiy granodiorites after processing by various chemical and mechanical methods», Construction & Building Materials, No. 114, рр. 241–247.

Korobiichuk, I., Shamrai, V., Korobiychuk, V., Nowicki, M. and Szewczyk, R. (2015), «The study of the influence of natural stone surfaces polishing by different methods on the hues of lightness», 11th International Conference «Mechatronic systems and materials», рр. 105–106.

Dawei, W., Xianhua, C., Markus, O., Helge, S. and Bernhard, S. (2014), «Study of micro-texture and skid resistance change of granite slabs during the polishing with the Aachen Polishing», Wear, Vol. 318, Issues 1–2, рр. 1–11.

Hideo, A., Hidetoshi, T., Seong-Woo, K., Natsuko, A., Koji, K., Tsutomu, Y. and Toshiro, D. (2014), «Evaluation of subsurface damage in GaN substrate induced by mechanical polishing with diamond abrasives», Applied Surface Science, Vol. 292, pp. 531–536.

Xie, J. and Tamaki, J. (2007), «Parameterization of Micro-Hardness Distribution in Granite Related to Abrasive Machining Performance», Journal of Materials Processing Technology, Vol. 186, Issues 1–3, рр. 253–258.

Yavuz, H., Ozkahraman, T. and Demirdag, S. (2011), «Polishing experiments on surface quality of building stone tiles», Construction and Building Materials, Vol. 25, Issue 4, рр. 1707–1711.

Aldoasri, M.A., Darwish, S.S., Adam, M.A., Elmarzugi, N.A. and Ahmed, S.M. (2017), «Protecting of marble stone facades of historic buildings using multifunctional TiO2 nanocoatings», Sustainability, Vol. 9 (11).

Aflori, M., Simionescu, B., Bordianu, I.E., Sacarescu, L., Varganici, C.D., Doroftei, F. and Olaru, M. (2013), «Silsesquioxane-based hybrid nanocomposites with methacrylate units containing titania and/or silver nanoparticles as antibacterial/antifungal coatings for monumental stones», Materials Science and Engineering: B, Vol. 178, Issue 19, рр. 1339–1346.

Zarzuela, R., Carbú, M., Gil, M.A., Cantoral, J.M. and Mosquera, M.J. (2017), «CuO/SiO2 nanocomposites: a multifunctional coating for application on building stone», Materials & Design, Vol. 114, рр. 364–372.

Corcione, C.E., Striani, R., and Frigione, M. (2013), «UV-cured siloxane-modified methacrylic system containing hydroxyapatite as potential protective coating for carbonate stones», Progress in Organic Coatings, Vol 76 (9), рр. 1236–1242.

Gupta, U., Singh, V.K., Kumar, V. and Khajuria, Y. (2015), «Experimental and theoretical spectroscopic studies of calcium carbonate (CaCO3)», Materials Focus, Vol. 4, No. 2, рр. 164–169.

Corcione, C.E., Ingrosso, C., Petronella, F., Comparelli, R., Striccoli, M., Agostiano, A. and Curri, M.L. (2018), «A designed UV–vis light curable coating nanocomposite based on colloidal TiO 2 NRs in a hybrid resin for stone protection», Progress in Organic Coatings, Vol. 122, pp. 290–301.

Lyon, R.J.P., Tuddenham, W.M. and Thompson, C.S. (1959), «Quantitative mineralogy in 30 minutes, Econ. Geol. Vol. 54, рр. 1047–1055.

Lyon, R.J.P. and Burns, E.A. (1963), «Analysis of rocks and minerals by reflected infrared radiation», Econ. Geol., Vol. 58, рр. 274–284.

Hunt, G.R. (1970), «Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: I silicate minerals», Mod. Geol., Vol. 1, рр. 283–300.

Hunt, G.R., Salisbury, J.W. and Lenhoff, C.J. (1974), «Visible and near infrared spectra of minerals and rocks: IX. Basic and ultrabasic igneous rocks», Mod. Geol., Vol. 5, pp. 15–22.

Hunt, G.R. and Salisbury, J.W. (1976), Mid-Infrared Spectral Behavior of Metamorphic Rocks, Air Force Cambrigde Research Labs Hanscom AFB, Bedford MA, USA.

Lyon, R.J.P. (1965), «Analysis of rocks by spectral infrared emission (8 to 25 microns)», Econ. Geol., Vol. 60, рр. 715–736.

Vincent, R.K. and Hunt, G.R. (1968), «Infrared reflectance from mat surfaces», Appl. Opt., Vol. 7, рр. 53–59.

Riley, D.N. and Hecker, C.A. (2013), «Mineral mapping with airborne hyperspectral thermal infrared remote sensing at Cuprite, Nevada, USA», In Thermal Infrared Remote Sensing: Sensors, Methods, Applications, Springer, Dordrecht, The Netherlands, pp. 495–514.

Kuosmanen, V., Arkimaa, H., Tiainen, M. and Bärs, R. (2015), «Hyperspectral close-range LWIR imaging spectrometry – 3 case studies», In Geophysical Signatures of Mineral Deposit Types in Finland; in Airo, M.-L. (ed.), Geological Survey of Finland, Espoo, Finland, Vol. 58, pp. 117–144.

Salisbury, J.W. and Walter, L.S. (1989), «Thermal infrared (2.5–13.5 μm) spectroscopic remote sensing of igneous rock types on particulate planetary surfaces», J. Geophys. Res. Solid Earth, Corescan Pty Ltd., Denver, CO, USA, Vol. 94, pp. 9192–9202.

Lyon, R.J.P. (1964), Evaluation of infrared Spectrophotometry for Composition Analysis Lunar and Planetary Soils: Rough and Powdered Surfaces, Stanford Research Institute, Menlo Park, CA, USA, Part II, Contract NASR 49.

Hunt, G.R. and Logan, L.M. (1972), «Variation of single particle mid-infrared emission spectrum with particle size», Appl. Opt., Vol. 11, рр. 142–147.

Salisbury, J.W. and Eastes, J.W. (1985), «The effect of particle size and porosity on spectral contrast in the mid-infrared», Icarus, Vol. 64, рр. 586–588.

Salisbury, J.W., Walter, L.S. and Vergo, N. (1987), Mid-Infrared (2.1–25 um) Spectra of Minerals, US Geological Survey, Reston, VA, USA, pp. 87–263.

Salisbury, J.W. and D’Aria, D.M (1994), «Emissivity of terrestrial materials in the 3–5 μm atmospheric window», Remote Sensing of Environment, Vol. 47, рр. 345–361.

Schodlok, M.C., Whitbourn, L., Huntington, J., Mason, P., Green, A., Berman, M., Coward, D., Conner, P., Wright, W., Jolivet, M. et al. (2016), «HyLogger-3, A visible to shortwave and thermal infrared reflectance spectrometer system for drill core logging: Functional description», Australian Journal of Earth Sciences, Vol. 63, рр. 929–940.

Hardgrove, C.J., Rogers, A.D., Glotch, T.D. and Arnold, J.A. (2016), «Thermal emission spectroscopy of microcrystalline sedimentary phases: Effects of natural surface roughness on spectral feature shape», JGR Planets, Vol. 121, рр. 542–555.

Kirkland, L., Herr, K., Keim, E., Adams, P., Salisbury, J., Hackwell, J. and Treiman, A. (2002), «First use of an airborne thermal infrared hyperspectral scanner for compositional mapping», Remote Sens. Environ, Vol. 80, рр. 447–459.

Ramsey, M.S. and Fink, J.H. (1999), «Estimating silicic lava vesicularity with thermal remote sensing: A new technique for volcanic mapping and monitoring», Bull. Volcanol., Vol. 61, рр. 32–39.

Kirkland, L., Herr, K., Keim, E., Adams, P., Salisbury, J., Hackwell, J. and Treiman, A. (2002), «First use of an airborne thermal infrared hyperspectral scanner for compositional mapping», Remote Sens. Environ., Vol. 80, рр. 447–459.

Osterloo, M.M., Hamilton, V.E. and Anderson, F.S. (2012), «A laboratory study of the effects of roughness on the thermal infrared spectra of rock surfaces», Icarus, Vol. 220, рр. 404–426.

Hardgrove, C.J., Rogers, A.D., Glotch, T.D. and Arnold, J.A. (2016), «Thermal emission spectroscopy of microcrystalline sedimentary phases: Effects of natural surface roughness on spectral feature shape», JGR Planets, Vol. 121, рр. 542–555.

Giancoli, D.C. (2005), «Physics: Principles with Applications», Pearson, New York, USA.

Bedford, R.E., Ma, C.K., Chu, Z.,Sun, Y. and Chen, S. (1985), «Emissivities of diffuse cavities. 4: Isothermal and nonisothermal cylindro-inner-cones», Appl. Opt., Vol. 24, рр. 2971–2980.

Fraden, J. (1993), AlP Handbook of Modern Sensors, American Institute of Physics, Springer, New York, USA.

Hapke, B. (1993), Theory of Reflectance and Emittance Spectroscopy, Cambridge University Press, Cambrige, UK.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-16

Як цитувати

Шамрай , В. І., Коробійчук , В. В., & Леонець, І. В. (2021). Оцінка оптичних показників поверхні природного каменю методом інфрачервоної спектроскопії. Технічна інженерія, (1(87), 169–182. https://doi.org/10.26642/ten-2021-1(87)-169-182

Номер

Розділ

ГІРНИЦТВО