مواد و مصالح ساختمانی / سنگ های ساختمانی

هر سنگ از  اجتماع یک یا چند کانی مختلف در سطح زمین تشکیل می­شود. بعبارت دیگر کانی­ها ذرات تشکیل دهنده سنگ­ها هستند.

 

 

سنگ :

از نقطه ­نظر زمین ­شناسی، سنگ به موادی از پوسته زمین اطلاق می‌شود که از یک یا چند کانی که با یکدیگر پیوند یافته‌اند، درست شده‌است. در مقابل خاک توده‌ای از ذرات با دانه‌های منفصل یا دارای پیوند سست است که بر اثر هوازدگی سنگ‌ها و به طور برجا تشکیل شده‌است. لیکن در مهندسی و کارهای ساختمانی قابلیت حفاری مصالح زمین‌شناسی به عنوان شاخصی در طبقه ­بندی آنها به دو گروه سنگ و خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هر سنگ از  اجتماع یک یا چند کانی مختلف در سطح زمین تشکیل می­شود. بعبارت دیگر کانی­ها ذرات تشکیل دهنده سنگ­ها هستند. به همه اجسامی که جامد، طبیعی و یکنواخت بوده و در تمامی قسمت­های خود خواص یکنواخت و مشترکی دارند کانی می­گویند. کانی­ها بصورت اجسام هندسی با ساختار اتمی منظم متبلور می­گردند که به آن بلور می­گویند. اگر بلور یک کانی را به قسمت­های کوچک تقسیم کنیم به واحد تبلور یا سلول واحد بلور می­رسیم.

 

 

انواع کانی­ها از نظر طریقه بوجود آمدن :

1- کانی­های اولیه : کانی­هایی هستند که براثر سرد شدن مواد مذاب درون زمین بوجود می­آیند. مثل کوارتز، فلدسپات، میکا (کانی­های سیلیکاتی)؛ هماتیت، لیمونیت (کانی­های آهن­ دار) کلسیت (کانی­های کلسیم ­دار)

2- کانی­های ثانویه : بر اثر تغییر و تجزیه کانی­های اولیه بوجود می ­آیند مثال کانی رُسی (از تجزیه فلدسپات­ها حاصل می­ شود).

 

طبقه ­بندی سنگ­ها از نظر نحوه تشکیل :

• سنگ­های آذرین

                   1- آذرین درونی          2- آذرین بیرونی

• سنگ­های رسوبی
• سنگ­های دگرگونی

 

سنگ­های آذرین :

به آندسته از سنگ­ها اطلاق می­شود که از انجماد یک ماده داغ و قابل تحرکی که به آن ماگما گفته می­شود تشکیل یافته است. (ماگما عبارتست از ماده طبیعی داغ و قابل تحرکی که از ذوب شدن سنگ­ها بوجود آمده است).

به ماگمایی که از دهانه آتشفشان خارج شود گدازه گفته می­شود. اینگونه سنگ­ها فاقد فسیل بوده و همین مورد یکی از موارد اساسی اختلاف آنها با سنگ­های رسوبی است.

 

طبقه ­بندی سنگ­های آذرین :

آذرین درونی : این قبیل سنگ­ها براثر سرد شدن مواد مذاب داخل زمین بوجود می­آیند مثل سنگ گرانیت- گابرو. ویژگی این سنگ­ها اینست که دارای بلورهای درشت می­باشند و بیشتر رنگ روشن دارند. و بعضا اسیدی   می­باشند.

آذرین بیرونی : سنگ­هایی هستند که براثر سرد شدن مواد مذاب در خارج از زمین بوجود می­آیند چون این مواد مذاب توسط آتشفشان از زمین خارج می­شوند به این سنگ­ها اتشفشانی نیز می­گویند که بعضا قلیایی نیز می­باشند. مثل بازالت – زیولیت.

در اینگونه سنگ­ها علت تیره و یا روشن بودن رنگ سنگ بستگی به عناصر موجود در آن دارد مثلا سنگ­های تیره دارای آهن – منیزیم – کلسیم – هستند. و سنگ­های روشن دارای آلومینیم – سدیم – پتاسیم دارند.

 

سنگ­های رسوبی :

مواد متشکله این سنگ­ها منشا خارجی داشته و از پوسته جامد زمین یا از موجودات زنده تحت تاثیر عوامل فیزیکی و شیمیایی جدا می­گردند و بوسیله نیروهای موجود در طبیعت از قبیل آب و باد تغییر مکان می­دهند و در     محیط­های مختلف از جمله خشکی و دریایی (کناره­های دریا) رسوب می­کنند در این نوع سنگ­ها فسیل یا بقایای سنگ شده جانوران یا گیاهان گذشته را می­توان یافت. در بیشتر این سنگ­ها لایه­بندی و وزن مخصوص نسبت به سنگ­های آذرین غالبا کمتر است.

 

تقسیم ­بندی سنگ­های رسوبی از نظر منشا :

• 1- تخریبی : شامل ماسه سنگ­ها، قلوه سنگ­ها و رُس­ها که بیشتر از تخریب مکانیکی تشکیل گردیده­اند.
• 2- شیمیایی : اینگونه سنگ­ها از انحلال مواد اشباع و تبلور مجدد و فعل و انفعالات شمیایی حاصل می­شوند مانند نمک­ها.
• 3- بیوشیمایی : از موجودات زنده بوجود می­آیند مانند مرجان­ها و صدف­ها.

 

تقسیم ­بندی سنگ­های رسوبی براساس دانه ­بندی :

• 1- با قطر بیش از 500 میلیمتر : تخته سنگ­ها
• 2- ذرات بین 25 تا 500 میلیمتر : خرده سنگ یا قلوه سنگ
• 3- ذرات بین 10 تا 25 میلیمتر : سنگ­ریزه
• 4- ذرات بین 5 تا 10 میلیمتر : شن ­درشت
• 5- ذرات بین 2 تا 5 میلیمتر شن ­ریز
• 6- ذرات بین 02/0 تا 2 میلیمتر : ماسه
• 7- ذرات کوچکتر از 1 میکرون تا 12/0 میکرون را رُس یا کلوئید می­نامند.

 

انواع سنگ­های ساختمانی :

این سنگ‌ها در دسته‌های گوناگون و متنوعی نامگذاری می‌شوند که بعضا نام معدن سنگ به عنوان اسم آن استفاده می‌شود. رایج‌ترین سنگ‌های ساختمانی عبارتند از:

گرانیت

بيشتر گرانيت­ ها سخت و چگال هستند و به اين ترتيب جزو مصالح بادوام ساختماني قرار مي­گيرند. در برابر نفوذ آب و اثر ضربه مقاومند و محيط­هاي صنعتي را به خوبي تحمل مي­نمايند. ظاهر گرانيت متأثر از كار انجام شده برروي سطح نهايي آن است كه ممكن است چكشي، كلنگي، تيشه ­اي يا صيقلي باشد. بهترين نماي سنگ گرانيت حالت صيقلي آن است كه زيبايي رنگ و انعكاس كريستال­هاي آن را نمايش مي­دهد. سطح گرانيت بر اثر حرارت و تفاوت ضريب انبساط و انقباض بين اجزاي كريستالي مختلف آن به صورت سوخته در مي­آيد. استفاده تلفيقي از گرانيت صيقلي و سوخته در ساختمان به علت تضاد، زيبايي جالبي پديد مي­آورد. در ايران معادن بسياري وجود دارد كه سنگ­هاي گرانيت با رنگ­هاي مختلف از آنها استخراج مي­شوند. سنگ گرانيت به علت هزينه سنگين استخراج، برش و صيقل، نسبتاً گران است به همين دليل بيشتر در نماي ساختمان­هاي مهم به كار برده مي­شود. از اين سنگ براي كفسازي، پياده ­روسازي و راه­سازي نيز استفاده مي گردد.

 

ماسه سنگ ها 

ته نشست­هاي ماسه ­اي را كه به يكديگر به كمك كربنات كلسيم، سيليس، اكسيد آهن و دولوميت به يكديگر چسبيده ­اند، به ترتيب ماسه سنگ آهكي، سيليسي، اكسيد آهن و دولوميتي مي­نامند. براساس طبيعت ماسه رسوبي اوليه، ماسه سنگ­ها ممكن است داراي بافت نرم يا خشن باشند. از نظر رنگ براساس ماده چسبنده طيفي از رنگ، سفيد، نخودي و خاكستري تا قهوه ­اي و قرمز را در بر مي­گيرند. عموماً در برابر يخبندان مقاومند. سطح نهايي آنها به صورت چكشي، كلنگي و تيشه ­اي قابل مصرف است و براي نصب آنها از ابزار غير آهني استفاده مي­شود.

1- ماسه سنگ آهكي : اين نوع ماسه سنگ­ها در محيط­هاي اسيدي مقاوم نيستند. اين شرايط كربنات كلسيم موجود در آنها را تحليل برده و سنگ متلاشي مي­شود. كلسيت خالص سفيد است بنابراين ماسه سنگ آهكي نيز سفيد است.

2- ماسه سنگ سيليسي : ماسه سنگ­ها اغلب از دانه ­هاي سيليسي كه به كمك نمك­هاي سيليسي به يكديگر چسبيده ­اند تشكيل شده ­اند. بنابراين بسيار مقاومند و در محيط­هاي اسيدي نيز پايدارند. اين نوع ماسه سنگ­ها بيشتر خاكستري رنگند.

3- ماسه سنگ اكسيد آهن : اين نوع ماسه سنگ كه به كمك اكسيدهاي آهن متراكم شده­اند به رنگ­هاي قهوه ­اي تا قرمز يافت مي­شوند و اغلب با دوامند.

4- ماسه سنگ دولوميتي : ماسه سنگ­هاي دولوميتي كه با كربنات منيزيم و كلسيم به هم چسبيده ­اند در محيط شهري چندان مقاوم نيستند. اين نوع سنگ­ها نخودي رنگ­اند.

5- ديوريت : از ديوريت براي سنگ نما، سنگ پله و كف و نيز در جاده ­سازي استفاده مي­كنند. رنگ اين سنگ خاكستري، خاكستري تيره و گاه خاكستري مايل به سبز است.

 

گابرو:

از گابرو به علت استحكام و مقاومت آن در برابر هوازدگي براي سنگ نما، كف، پل و تونل استفاده مي­كنند. رنگ گابرو خاكستري مايل به سبز، سبز و گاهي سياه رنگ است.

 

مرمر:

نوعي سنگ آهك دگرگون شده است كه رنگ­هايي بسيار متنوع دارد. مقاومت اين سنگ در برابر هوازدگي، گازها و باران­هاي اسيدي كم است .به همين جهت اين سنگ را در نماي داخلي ساختمان­ها به كار مي­برند.

 

كوارتزيت:

ماسه سنگي دگرگون شده است كه سيمان سيليسي دارد. مصارف آن در بخش­هاي خارج وداخل ساختمان، پل­ها و تونل­ها مي­باشد.

 

تراورتن

تراورتن سنگي است آهکي که در طي دوره­اي حدود 600 هزار سال بر اثر ته‌نشيني در چشمه‌هاي آب گرم معدني شکل مي‌گيرد. در مقايسه با مرمر نرمتر ولي بر حسب قدمت و جهت برش از خود سختي نشان مي‌دهد. تراورتن بافت اسفنجي و حفره‌هاي حداکثر تا 25/1 سانتيمتری دارد. اين حفره‌ها را معمولا با سيمان پرکننده پرتلند مي‌پوشانند. انجمن آزمون و مواد آمريکا استاندارد 119 G تراورتن را اينچنين تعريف مي‌کند: کلسيت متخلخل يا سلولي لايه‌اي و تاحدي بلورين با منشا شيميايي. تراورتن از ته نشست در محلول‌هاي عموما داغ چشمه‌هاي کربناتی معمولا در کف حوضچه‌هاي کم عمق تشکيل مي‌شود. فرآيند ته‌نشيني که در اثر طوفان و تلاطم آب افزايش مي‌يابد ممکن است در نتيجه ازدياد يا تبخير گياهان آبزي به‌وجود آيد. تراورتن معمولي رسوب مواد آهکي در آب راکد است در آب جاري نوعي تراورتن اسفنجي‌تر تشکيل مي‌شود که ناشي از سرعت جريان ته‌نشيني است. انجمن استاندارد ايتاليا مستقر در ميلان تراورتن را اينچنين تعريف مي‌کند: سنگ آهکي رسوبي که به‌صورت شيميايي ته‌نشين مي‌شود و ساختي اسفنجي دارد براي کارهاي ساختماني و تزئيني مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تراورتن به ‌صورت پهنه‌هاي نسبتا وسيعي ديده مي‌شود در اغلب موارد لايه‌ها در ذخاير تراورتن افقي‌اند و يا با شيب ملايمي که تابع مورفولوژي سطح زمين است قرار گرفته‌اند. به‌طوري‌که در بعضي موارد ذخاير عظيمي را در پهناهاي وسيع تشکيل مي‌دهند مانند معادن عظيم آذرشهر و شهرستان محلات. تراورتن در صورتي‌که رنگ آن به‌صورت يکنواخت سفيد بوده و رگچه‌هاي رنگي يکنواخت داشته باشد از مرغوبيت بيشتري برخوردار است. معادن محلات که از نظر مرغوبيت بي‌نظير از اين‌گونه هستند البته وجود رگچه‌هاي رنگي ناشي از آلودگي به اکسيدهاي آهن در تراورتن‌هاي سفيد ممکن است به سنگ زيبايي خاصي بدهد.

 

مشخصات کلی انتخاب سنگ برای مصارف ساختمانی

سنگ‌های مورد استفاده در کارهای ساختمانی باید دارای مشخصات زیر باشند:

1- بافت سنگ باید ساختمانی سالم داشته باشد، یعنی بدون شیار، ترک و رگه‌های سست باشد (کرمو نباشد).

2-  بدون هرگونه خلل و فرج باشد.

3-  پوسیدگی نداشته باشد.

4-  یکدست، یکنواخت و همگن باشد.

5- 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.

6- سنگ ساختمانی نباید آلوده به مواد طبیعی و مصنوعی باشد.

7- 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 شیمیایی، اسیدی و قلیایی و همچنین عمل آبکافت و اکسیداسیون مقاومت کند.

8- مقاومت فشاری برای قطعات باربر نباید کمتر از ۱۵۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع باشد.

9- در مقابل سایش مقاوم باشد.

 

عوامل آسیب سنگ­ها :

عامل اصلی فساد در سنگ‌ها اثر نمک های محلول بر آنها می‌باشد. آلودگی محیط، یخبندان و پوسیدگی در قطعات فلزی و وجود رگه‌های ضعیف و همچنین عملیات اجرایی ضعیف نیز موجب تخریب سنگ‌ها می‌شود.

 

1- اثر نمک‌های محلول

چنانچه رطوبتی که به همراه خود نمک‌های محلول دارد از سطح سنگ تبخیر شود مقداری نمک در سطح آن به صورت شوره و لایه‌ای هم در خلل و فرج سنگ باقی می‌گذارد. تداوم دور رطوبت- تبخیر موجب افزایش حجم بلورها و پوسته شدن سطح سنگ می‌گردد. لذا سنگ‌هایی که متخلخل ترند در برابر نمک‌های محلول حساس­ترند.

2- آلودگی محیط

سنگ‌های دارای کانی کربنات کلسیم به خصوص در برابر محیط‌های اسیدی حساس هستند. اکسید گوگرد در محیط مرطوب و اکسیژن موجود در هوا تولید اسید سولفوریک می‌کند که بر سنگ‌های آهکی اثر می‌گذارد و تولید سولفات کلسیم می‌نماید. سنگ‌های آهکی و ماسه سنگ‌های آهکی در این مورد حساس­ترند.

در مورد سنگ‌های آهکی، سولفات کلسیم حاصل شده در سطح، به وسیله آب شسته می‌شوند. ولی در سطوحی که قابل شستشو نیستند، سطح به وسیله دوده سیاه می‌شود و مبدل به پوسته‌های سخت و برآمدگی‌هایی می‌شود که گرد آهکی در اطراف آن وجود دارد. در انواع سنگ‌های آهکی منیزیم دار، ایجاد سولفات منیزیم روند فساد را تسریع می‌کند. در ماسه سنگ‌ها خلل و فرج توسط گچ (سولفات کلسیم) پر می‌شوند، پوسته‌های سخت ایجاد شده اغلب به علت تفاوت انبساط حرارتی فرو می‌ریزند. ماسه سنگ‌های سیلیسی گرچه مستقیما بر اثر تهاجم اسیدهای موجود در هوا آسیب نمی‌بینند ولی سنگ گچ تولید شده توسط سنگ آهک موجب خرابی در آنها می‌شود که به علت تبخیر حاصل از تبلور در سطح آنها به وجود می‌آید. مرمر که اساسا کربنات کلسیم است مورد هجوم اسیدهای موجود در هوا قرار می‌گیرد و سطح صیقلی آن در مرور زمان زبر می‌شود. ولی به علت بافت متراکم و چگال آن کمتر تحت تاثیر عمل تبلور قرار می‌گیرد.

3- اثر یخبندان

تخریب بر اثر یخبندان در قسمت‌هایی از ساختمان نظیر محل درپوش ها، سایه بان ها، کرسی بنا و کف پنجره‌ها بیشتر دیده می‌شود. عموما سنگ آهک و دولومیت بیش از ماسه سنگ در معرض تهاجم اثر یخبندان هستند. مرمر، شیت و گرانیت به علت تخلخل اندک تحت تاثیر اثر یخبندان واقع نمی‌شوند.

4- پوسیدگی فلزات

آب بارانی که از سطوح مس و آلیاژهای آن به سطح سنگ آهکی می‌ریزد باعث ایجاد لکه‌های سبزرنگی می‌شود. زنگ­زدگی حاصل از مواد آهنی و فولادی بسیار سخت و دشوار از روی سطوح متخلخل سنگ‌ها پاک می‌شوند. بیشترین آسیب دیدگی ناشی از انبساط زنگ زدن قطعات آهنی و فولادی داخل سنگ کاری نما رخ می‌دهد. به این منظور کلیه قطعات فلزی مورد استفاده در نصب سنگ نما باید ضد زنگ باشند.

5- آتش

آتش به ندرت موجب تخریب کلی در کارهای سنگی شود. ولی سطح نمای گرانیت، مرمر و ماسه سنگ ها ممکن است در اثر آتش سیاه یا خرد شوند. سنگ‌های آهکی عموما تحت تاثیر آتش قرار نمی‌گیرند، فقط سنگ‌های با رنگ روشن به علت اکسید شدن آهن موجود در آنها برای همیشه صورتی رنگ می‌شوند.