بخشی از مطلب
از نقطه نظر زمین شناسی، سنگ به موادی از پوسته زمین اطلاق می‌شود که از یک
یا چند کانی که با یکدیگر پیوند یافته اند، درست شده است. در مقابل خاک
توده‌ای از ذرات با دانه‌های منفصل یا دارای پیوند سست است که بر اثر
هوازدگی سنگها و به طور برجا تشکیل شده است. لیکن در مهندسی و کارهای
ساختمانی قابلیت حفاری مصالح زمین شناسی به عنوان شاخصی در طبقه بندی آنها
به دو گروه سنگ و خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد[۱].
منشا شکل گیری سنگها و خرده سنگها
دو فرایند کوه زایی و کوه سایی در زمین موجب پدید آمدن محصولات سنگی می‌شود.[۲]
عوامل کوه زایی
فشارهای کره مذاب درون زمین را که به پوسته جامد سطح آن وارد می‌شود را می‌توان عامل فرایند کوه زایی و خشکی زایی نامید.
عوامل هوازدگی یا کوه سایی
هر یک از چند روندی را که باعث خرد شدن و تغییر شکل مواد سخت سطح زمین و
موادی که با جو در تماس هستند، هوازدگی می نامند. عوامل فرسایش یا هوازدگی
به دو گروه فیزیکی و شیمیایی تقسیم میشوند.
هوازدگی شیمیایی
محصول هیدراتاسیون، انحلال، آبکافت، اکسیداسیون و یا عکس العمل آب‌های اسیدی با املاح تشکیل دهنده سنگ هاست.[۳]
هوازدگی فیزیکی
این پدیده توسط عواملی چون یخبندان، تغییرات حرارت در جو و در نتیجه انبساط
و انقباض، نیروی جاذبه زمین، رشد گیاهان، باد، جریان آب و عمل جانوران و
مانند اینها شکل می‌گیرد و باعث خرد شدن سنگها و تغییر شکل آنها به
دانه‌های ریزتر می‌شود.[۴]
ساختمان شیمیایی سنگها
سنگها خود از قسمت‌های ساده تری به نام کانی ساخته شده اند. کانی‌ها مواد
جامد، طبیعی، معمولا متبلور، غیرآلی، همگن و با ترکیبات شیمیایی مشخص اند.
تاکنون بیش از ۳۰۰۰ کانی در طبیعت شناخته شده که تنها حدود ۲۴ کانی در
سنگهای پوسته زمین فراوان هستند و آنها را کانیهای سنگ ساز می نامند.[۵]
طبقه‌بندی شیمیایی سنگها
چون کانیهای تشکیل دهنده سنگها متنوع هستند، بسته به میزان وجود بعضی دیگر
از ترکیبات شیمیایی که در آنها است سنگها را به چهار دسته تقسیم می‌کنند:
• کربنات‌ها
• سولفات‌ها
• اکسید‌ها
• سیلیکات‌ها
طبقه‌بندی سنگها از نظر نحوهٔ تشکیل
سنگها از نظر نحوهٔ تشکیل به سه گروه زیر تقسیم میشوند:
• سنگهای رسوبی
• سنگهای آذرین
• سنگهای دگرگون شده
سنگهای رسوبی
بعضی از سنگها بر اثر ته نشین شدن مواد داخل آب به وجود می‌آیند. رودها
مقدار زیادی مواد را با خود به دریاها و دریاچه‌ها می‌برند. این مواد به
دلیل سنگینی به ته دریا می‌روند. روی هم قرار می‌گیرند و پس از سفت شدن
سنگهایی را به وجود می‌آورند که به آنها سنگهای رسوبی گفته می‌شود.
سنگهای رسوبی لایه لایه‌اند که رنگ یا جنس هر لایه با لایه دیگر متفاوت
است. سنگهای رسوبی در کوه‌های البرز و زاگرس به فراوانی یافت میشوند.
ریگ، شن و سنگهای آهکی نمونه‌هایی از سنگهای رسوبی هستند.
سنگهای آذرین
گروه دیگری از سنگها بر اثر سرد شدن مواد بسیار داغ به وجود آمده‌اند که
قبلاً در زمین بوده‌اند. دمای اعماق زمین زیاد است و بعضی سنگها را ذوب
میکند. این سنگها در زیر یا سطح زمین دوباره سرد میشوند و سنگهایی را
به وجود می‌آورند که به آنها آذرین می‌گویند. سنگهای کوه‌هایی مانند
دماوند و الوند از نوع آذرین است. سنگهای آذرین از بلورهای ریز یا درشت
تشکیل شده‌اند.
سنگهای دگرگون شده
بعضی از سنگهای رسویی یا آذرین اگر مدت زیادی در اعماق زمین بمانند، باید
فشار و گرمای زیادی را تحمل کنند. این سنگها مانند آجر پخته میشوند و شکل
قبلی خود را از دست می‌دهند و به همین دلیل به آنها سنگهای دگرگون شده
می‌گویند. (مانند سنگ مرمر)
استفاده
سنگها و کانی‌ها در ساختمان سازی، صنایع، پزشکی و غیره به کار می‌روند.
انواع سنگهای ساختمانی
سنگ تراورتن موج دار
این سنگها در دسته‌های گوناگون و متنوعی نام گذاری میشوند که بعضا نام
معدن سنگ به عنوان اسم آن استفاده می‌شود.رایج ترین سنگهای ساختمانی
عبارتند از:[۶]
• گرانیت
• ماسه سنگ ها
• سنگهای آهکی
• کوارتزیت
• سنگهای رسی
• تراورتن[۷]
سنگ خارا
سنگ خارا یا گرانیت گونه‌ای سنگ آذرین درونی است بخاطر همین علت بافت آن
دارای دانه‌های متوسط تا درشت بوده و بجز پاره‌ای کانی‌ها، دارای دُرّ کوهی
(کوارتز) و فلدسپات می‌باشد. رنگ آن از صورتی تا خاکستری پررنگ و حتی سیاه
بسته به کانی و شیمی سنگ متغیر می‌باشد. نکته جالب اینکه این سنگ از سنگین
ترین سنگها با چگالی ۲٫۷۵ گرم بر سانتیمتر مکعب می‌باشد.
گرانیت یکی از محکم‌ترین و سخت‌ترین سنگها می‌باشد بهمین خاطر بعنوان
مصالح ساختمانی بصورت گسترده‌ای استفاده می‌شود. مقاومت این سنگ در مقابل
خوردگی باعث استفاده گسترده از آن در آزمایشگاه‌ها شده‌است. مقاومت و سختی
بالای این سنگ این امکان را فراهم میکند که ورقه‌هایی به ضخامت تنها چند
میلیمتر از این سنگ ساخت.
لازم به ذکر است که واژه گرانیت دارای ریشه لاتین می‌باشد.
ماسه و ماسه‌سنگ
ماسه‌ها و ماسه‌سنگ‌ها از انواع کوارتز رسوبی هستند که به‌صورت طبیعی خرد
شده‌اند. در ماسه‌سنگ، دانه‌های ماسه به‌وسیله ذرات آهک، رس، اکسید آهن یا
سایر مواد به یکدیگر چسپیده‌اند. [۴]
سنگ های رسی
این سنگ از دگرگون شدن خاک رس در طول زمان به دست می آید که لایه لایه بوده
و به طور نامنظم در نماسازی و پوشش سقف به جای سفال زیبایی خاصی به دیوار
نمای ساختمان می دهند.رنگ آن سیاه تیره ونامش شیست است(معدن آن در میگون
است)
کوارتزیت
کوارتزیت ماسه سنگ دگرگون شده است.دانه های کوارتز به صورت یک مجموعه از
کوارتز متبلور می شوند.این سنگ بسیار با دوام و دارای سطحی سخت است و اکثرا
برای کف سازی از آن استفاده می شود.این سنگ به رنگ های
سفید،خاکستری،خاکستری سبز،آبی خاکستری و اخرایی یافت می شود.وجود میکا سبب
لایه لایه شدن این نوع سنگ می گردد.
تراورتن
تراورتن (به انگلیسی: Travertine)، نوعی سنگ آهکمتخلخل است که از دسته
سنگهای تزیینی به شمار می‌رود. این سنگ بجا مانده از رسوبات آب‌های معدنی
غارها یا چشمه‌های آب گرم یا از رسوب کف دریاها و رودخانه‌ها است که به
صورت پهنه‌های نسبتا وسیع دیده میشوند.
تراورتن دارای رنگ‌های متنوع و بافت نواری شکل است که در اثر حضور ترکیبات
آهن، کلسیم و دیگر ناخالصی‌ها ایجاد شده‌است. این سنگ در رنگ‌های زرد،
قهوه‌ای، قرمز، لیمویی، خاکستری، سیاه و سفید قابل تولید است.
تراورتن به علت داشتن حفرات، خاصیت عایق حرارتی و صوتی دارد. سنگ تراورتن
از مقاومت قابل قبولی برخوردار می‌باشد. این سنگ را می‌توان به ۲ شکل موج
دار و بدون موج برش داد. تراورتن دارای سوراخ‌ها و حفراتی است که بایستی در
هنگام فراوری سطح آن پر شود. وجود حفره در تراورتن باعث می‌شود در هنگام
نصب سنگ، ملات سیمانی داخل این حفرات نفوذ کرده و از سقوط سنگ جلوگیری کند.
تراورتن در نماهای روکار داخلی و بیرونی و همچنین برای سنگ فرش کردن قابل استفاده‌است.
سنگ های آهکی
سنگ های آهکی از کربنات کلسیم تشکیل شده اند که یا به صورت کریستالی از آب
های معدنی شکل گرفته اند و یا در تراکم توده غلاف فسیل ها به همراه
ارگانیزم های دریایی ته نشین شده اند. این سنگ ها معمولاً از طریق ساختمان
قالب شیمیایی طبقه بندی شده و به رنگ های گوناگونی از سفید ،نخودی و
خاکستری تا قرمز و آبی یافت می شوند . سطح نهایی آنها از صیقلی ، تیشه ای و
کلنگی قابل تهیه است .در خارج از بنا استفاده از سنگ آهنکی درکنار و یا
روی ماسه سنگ مجاز نیست زیرا سبب وبروز تخریب فوری در ماسه سنگ می شود
مشخصات کلی انتخاب سنگ برای مصارف ساختمانی
سنگهای مورد استفاده در کارهای ساختمانی باید دارای مشخصات زیر باشند:[۸]
۱- بافت سنگ باید ساختمانی سالم داشته باشد، یعنی بدون شیار، ترک و رگه‌های سست باشد (کرمو نباشد)
۲- بدون هرگونه خلل و فرج باشد
۳- پوسیدگی نداشته باشد
۴- یکدست، یکنواخت و همگن باشد
۵- سنگ ساختمانی نباید آب زیاد جذب کند، لذا نباید:
الف- در آب متلاشی یا حل شود
ب- تمام یا قسمتی از آن بیش از ۸ درصد وزن خود آب بمکد
۶- سنگ ساختمانی نباید آلوده به مواد طبیعی و مصنوعی باشد
۷- سنگ باید شرایط فیزیکی و شیمیایی محیط را تحمل کند، لذا باید:
الف- در برابر باد، یخبندان، تغییرات دما و در صورت وجود جریان آب در مقابل آن و کلیه عوامل فرسایش مقاومت کند
ب- در برابر محیطهای شیمیاییاسیدی و قلیایی و همچنین عمل آبکافت و اکسیداسیون مقاومت کند
۸- مقاومت فشاری برای قطعات باربر نباید کمتر از ۱۵۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع باشد
۹- در مقابل سایش مقاوم باشد
تقسیم بندی سنگهای ساختمانی
بر اساس وزن مخصوص : سنگهای سنگین وزن ، سنگهایی که وزن مخصوص آنها بیش از
1.8 گرم بر سانتی متر مکعب است و سنگهای سبک ، دسته‌ای از سنگها هستند که
وزن مخصوص آنها کمتر از 1.8 گرم بر سانتی متر مکعب می‌باشد.
بر اساس مقاومت فشاری : سنگهای سنگین که مقاومت فشاری آنها از 100تا 1000 مگا پاسکال است.
و سنگهای سبک که مقاومت فشاری آنها از 4 تا 200 مگا پاسکال است.
بر اساس ضریب نرم شدگی : اگر مقدار این ضریب از 0.6 تا 1 باشد از آن برای احداث ساختمان استفاده می‌شود
سنگهای پی و دیوار
در پی ساختمانها و بخشی از دیوارها که در زیر سطح زمین قرار دارند از
سنگهای آذرین و رسوبی که ضریب نرم شدگی آنها بیش از 0.7 باشد، استفاده
می‌گردد.نداشتن کانیهای رسی یا قطعات غیر همگن و درزه و شکاف در اینگونه
سنگها ضروری است.
دیواره‌های سنگی
از سنگهای آذرین ، رسوبی یا دگرگونی که دارای ویژگیهای زیر باشند در دیوارهای سنگی استفاده می‌شود.
مقاومت فشاری بین 0.4 تا 50 مگاپاسگال باشد.
وزن مخصوص آن 0.9 تا 2.2 باشد.
ضریب نرم شدگی آن بین 0.6 تا 0.7 باشد. و نیز سنگ هوازده نباشد.
سنگ نما و کف
سنگهای آذرین ، دگرگدنی و رسوبی که دارای این ویژگیها باشند، به عنوان سنگ نمای ساختمان بکار می‌روند.
مقاومت فشاری آن بیش از 5 مگا پاسکال باشد.
ضریب نرم شدگی بین 0.7 تا 0.9 باشد.
نداشتن درزه و شکاف در سنگ.
نبود کانیهای رسی و مواد قابل حل در سنگ.
نبود حالت آلتراسیون و هوازدگی.
داشتن رنگ مرغوب.
سنگهای قابل مصرف در راه سازی
سنگها در راه سازی مصارف متعدد دارند که از جمله این موارد پل سازی ، زیر
سازی ، سنگفرش ، زیر ریل آهن و غیره است. انواع سنگهای آذرین ، دگرگونی و
رسوبی که واجد خصوصیتهای زیر باشند، در راه سازی قابل استفاده خواهند بود.
مقاومت فشاری بیش از 100 مگا پاسکال
ضریب نرم شدگی بیش از 0.9
میزان جذب آب ، کمتر از 1 درصد
وزن مخصوص بیش از 2.3 گرم بر سانتیمتر مکعب.
مقاومت ضربه‌ای آن 15 کیوگرم نیرو بر سانتیمتر مکعب باشد.
نداشتن کانیهای رسی ، گچ و مواد قابل حل در آب.
عدم آلتراسیون و هوازدگی در سنگ.
سنگهای قابل استفاده در تونلها و محیطهای آبی.
در تونلها از گرانیت ، دیوریت ، گابرو و یا بازالت که مقاومت فشاری آنها از 100 مگا پاسگال باشد، استفاده می‌کنند.
ویژگیهای سنگهای مصرفی در محیط آب به شرح زیر است.
نداشتن کانیهای رسی ، گچ و مواد محلول در آب
همگن بودن سنگ.
داشتن مقاومت در برابر فشارهای بالا.
سنگهای مقاوم در برابر محلولها و حرارت
سنگهایی که در برابر اسیدها مقاومند، عبارتند از:
گرانیت ، دیاباز ، دیوریت ، کوارتزیت و بازالت. سنگهای مقاوم در برابر
محلولهای قلیایی عبارتند از سنگ آهک ، دولومیت ، سنگ مرمر و منیزیت.
سنگهایی که در شرایط حرارت بالا مقاوم هستند عبارتند از بازالت ، دیاباز و
توف. ویژگی مهم این سنگها داشتن مقاومت فشاری بیش از 100 مگا پاسگال است که
میزان جذب آن حداکثر به 1 در صد می‌رسد
شکل های ساختگی سنگ ها
قبل از استفاده از سنگ در ساختمان ، معمولاً برروی آن عملیاتی انجام می شود
که کارآیی و زیبایی آن را افزایش می دهد . به این علت این دسته از سنگ ها
را ، سنگ های کارشده می گوییم . از سنگ های کارشده ، صورت های زیر ساخته می
شود .
سنگ قواره : که با حذف گوشه های تیز و زاید سنگ لاشه به دست می آید . ابعاد آن نباید کمتر از 15 سانتی متر باشد.
سنگ بادبر یارگه ای : این نوع سنگ ها به صورت تقریباً‌مکعبی در می آیند.
سطح نمای آنها را تقریباً مربع یا مستطیل شکل می سازند . حداکثر برجستگی (
بار ) سطح نمای آنها 4 سانتی متر است و حداقل عرض وارتفاع آن به ترتیب 20 و
15 سانتی متر است . اگر به منظور ایجاد درزهای ملات خورظریفتر ، قسمت های
ملات خور این نوع سنگ ها را به کمک کلنگ مخصوص بتراشند به آن سنگ سرتراش می
گویند و اگر چهار وجه ملات خور را کاملاً و بادقت گونیا نمایند آن را سنگ
سرتراش گونیا شده می نامند.
سنگ بادکوبه ای :این سنگ در حقیقت سنگ سرتراشی است که دورتادور وجه نمای آن
را به عرض 1/5 تا 3 سانتی متر با قلم ، تراش داده اند و بقیه سطح نما را
تیشه داری می کنند .
سنگ اندازه یا حکمی : اگر سنگ به اندازه مشخصی که در نقشه منظور شده است در آید به آن (( سنگ اندازه )) می گویند .
سنگ های چند نما یا تمام تراش : اگر همه سطوح قائم و افقی سنگ را دست تراش نمایند به آن سنگ ((دست تراش )) می گویند .
سنگ چند وجهی : این سنگ ها به صورت چند وجهی نامنظم در آمده و در نما کنار
یکدیگر قفل و بست می شوند . در این نوع سنگ ها ابعاد وجوه نباید کمتر از ده
سانتی متر باشد .
سنگ پلاک : درکارخانه سنگ های قله را به ضخامت و ابعاد مورد نیاز می برند .
به این دسته سنگ ها که معمولاً چهارگوش و دارای لبه های قائم هستند سنگ ((
پلاک )) می گویند . سنگ های پلاک برحسب پرداخت سطح نمای آنهابه نام های
کلنگی ، چکشی ، تیشه ای ( یک تیشه و یا دوتیشه ) ، سوخته و پرداخته یا ساب
خورده شناخته می شوند . ضخامت سنگ های پلاک بر حسب نوع و کاربرد آنها
انتخاب می شود . برای نمونه سنگ های گرانیت مرغوب را تا 3 میلی متر ضخامت
برش داده و پرداخت می کنند .
انتخاب سطح نهایی سنگ علاوه بر مسایل زیباشناسی و محل کاربرد سنگ ، به جنس
سنگ بافت آن بستگی دارد . برخی از سنگها جلاپذیر نیستند بنابراین از روش
های دیگری برای ایجاد جلوه در آنها استفاده می شود .
فساد در سنگ
عامل اصلی فساد در سنگ ها اثر نمک های محلول بر آنهاست.آلودگی محیط
،یخبندان و پوسیدگی در قطعات فلزی و وجود ره های ضعیف و همچنین عملیات
اجرایی ضعیف نیز موجب تخریب سنگ ها می شود.
اثر نمک های محلول: چنانچه رطوبتی که به همراه خود نمک های محلول وجود دارد
از سطح سنگ تبخیر شود مقداری نمک درسطح آ» به صورت شوره و لایه ای هم در
پوسته شدن سطح سنگ می گردد.بنابراین سنگ هایی متخلخل در برابر نمک های
محلول حساس ترند.
آلودگی محیط : سنگ های کانی دارای کربنات کلسیم در برابر محیط های اسیدی
حساس اند .اکسید گوگرد در محیط مرطوب و اکسیژن موجود در هوا تولید اسید
سولفوریک می نماید که بر سنگ های آهکی اثر می گذارد و سولفات کلسیم ولید
میکند.
سنگ های آهکی و ماسه سنگ های آهکی در اینمورد حساس ترند.در سنگ های
آهکی،سولفات کلسیم حاصل شده در سطح ،با آب شسته می شود.ولی در سطوحی که
قابل شست وشو نیستند سطح به وسیله دوده سیاه می شود که گرد آهکی در اطراف
آن است.در انواع سنگ های آهکی منیزیم دار ایجاد سولفات منیزیم روند فساد را
تسریع می کند.در ماسه سنگ ها خلل و فرج توسط گچ پر میشوند،پوسته های
سیلیسی گرچه مستقیما بر اثر تهاجم اسیدهای موجود در هوا صدمه نمی بینند ولی
سنگ به وجود می آید سبب خرابی آنها می شود.
مرمر که اساسا کربنات کلسیم است مورد هجوم اسیدها ی موجود در هوا قرار می
گیرد و سطح صیقلی آن به مرور زبر می شود.ولی به علت بافت متراکم و چگال آن
کمتر تحت تاثیر عمل قرار می گیرد.
اثر یخ بندان : تخریب براثریخ بندان در قسمتی از ساختمان که در شرایط مرطوب
قرار دارد ، رخ می دهد . در محل در پوش ها ، سایه بانها ، کرسی بنا و کف
پنجره این پدیده بیشتر دیده می شود . یخ بندان موجب جداشدن قطعات می شود
ولی آنچنان که در تبلور مشاهده شد تولید شوره نمی کند . سنگ آهک و دولومیت
بیش از ماسه سنگ در معرض تهاجم اثر یخ بندان هستند . یخ بندان در سنگ مرمر ،
شیت و گرانیت به علت تخلخل اندکی که دارند تأثیری ندارد .
