نقش اقلیم های آب و هوایی ایران در کارایی و دوام سنگ نما

نما ، از مهم ترین بخش های هر ساختمان محسوب می شود. نما (سنک نما) تنها به دلیل زیبایی و نمود ظاهری ساختمان مورد توجه نیست و متناسب با متریال های مورد استفاده در ساخت آن، از جنبه هایی چون سبک سازی ساختمان، عایق حرارت و صوت، مقاومت در برابر آتش، تعدیل دمای فضای داخل ساختمان و غیره می تواند مهم تلقی شود. بطور کلی، نما به دو بخش نمای داخلی و خارجی (سنگ نما) قابل تقسیم بندی است. نمای خارجی یا پوشش بیرونی ساختمان بطور مستقیم در معرض عوامل مخرب محیطی قرار دارد و بیشترین نقش را در جاذبه ی زیبایی شناختی ساختمان دارد. اما نمای داخلی ساختمان، علاوه بر زیبا جلوه دادن فضای ساختمان، نقش کاربردی بیشتری نیز دارد، سنگ نما بسیار  و عموماً در تماس با انواع بارها و فشارها است.

علاوه بر قابليت دسترسي و استخراج آسان، سنگي كه به عنوان نما در ساختمان استفاده مي شود بايد از نظر قابليت كار كردن روي آن، جنبه هاي زيباشناختي، ويژگي هاي فيزيكي و مهندسي و هم چنين دوام آن در برابر عوامل محيطي مانند: انجماد و ذوب آب و تبلور نمك از مشخصات مناسبي برخوردار باشد (Moreiras et al. 2008). از نظر اقتصادي در دراز مدت، دوام يكي از مهمترين فاكتورها براي انتخاب سنگ ساختماني است (بختياري و همكاران، 1382). انتخاب سنگ نما و تزئيني نه تنها به ويژگي ذاتي آن مانند: ويژگي هاي فيزيكي و مهندسي، بلكه به شرايط محيطي كه سنگ در آن به كار برده مي شود نيز بستگي دارد. سنگ هايي كه به عنوان نما (سنگ نما) در بيرون از ساختمان ها به كار برده مي شوند علاوه بر اينكه بايد از ويژگي هاي فيزيكي و مهندسي مناسبي برخوردار باشند، ضروري است كه در برابر عوامل محيطي مانند: انجماد و ذوب آب و تبلور نمك داراي مقاومت و دوام بالايي باشند (جمشیدی و نیکودل، 1390).

نمای بیرونی دیوارها، ستون، سرستون، قرنیز و پوشش خارجی سقف، همگی در بخش نمای خارجی قابل بررسی هستند. اما سوال مهم این است که چه سنگ هایی و با داشتن چه ویژگی هایی برای استفاده در نمای خارجی ساختمان ها مناسب هستند؟ برای پاسخ به این سوال، ابتدا باید وضعیت اقلیمی و آب و هوایی را در هر منطقه مورد بررسی قرار داد. در کشور ایران که دارای اقلیم های متنوع نیز است، این موضوع بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. استان های شمالی و جنوبی کشور در بیشتر ماه های سال دارای آب و هوای مرطوب و شرجی هستند و درصد رطوبت هوا زیاد است. در بخش عمده از غرب و شمال غرب کشور، آب و هوای سرد در بیشتر ماه های سال حاکم است. در مناطق مرکزی ایران، اقلیم گرم و خشک حکمرانی می کند. لذا برای هر کدام از این اقلیم های آب و هوایی، سنگ هایی مورد نیاز است که ویژگی های آن متناسب با محیط بوده و کمترین تخریب در آن به مرور زمان ایجاد شود. در این قسمت، به بررسی ویژگی های هر سنگ به تفکیک وضعیت اقلیمی پرداخته می شود و می توان متوجه شد برای انتخاب سنگ نما در نطر گرفتن  اب و هوای محیط مهمترین فاکتور است.

اقلیم های چهارگانه ی ایران

1)اقلیم معتدل و مرطوب

ﺳﻮﺍﺣﻞ ﺟﻨﻮﺑﯽ ﺩﺭﻳﺎی ﺧﺰﺭ ﺑﺎ ﺍﻋﺘدﺍﻝ ﻫﻮﺍ ﻭ ﺑﺎﺭﻧﺪﮔﯽ ﻓﺮﺍﻭﺍﻥ ﺟﺰء ﻣﻨﺎطق ﻣﻌﺘﺪﻝ ﮐﺸﻮﺭ ﺑﻪ ﺣﺴﺎﺏ ﻣﯽ ﺁﻳﺪ. مشخصه بارز آب و هوایی در اقلیم معتدل و مرطوب، میزان بارش باران در اغلب فصول سال در این ناحیه می باشد. ﻣﻌﻤﻮﻻً ﺩﻣﺎی ﻫﻮﺍ ﺩﺭ ﺗﺎﺑﺴﺘﺎﻥ ﺑﻴﻦ ۲۵ تا۳۰ درجه سانتی گراد در روز و بین۲۰ تا ۲۳ درجه سانتی گراد هنگام شب است. رطوبت هوا در منطقه بسیار بالاست. بارش باران نیز موجب بالا بردن سطح پوشش گیاهی و رویش جنگل ها در منطقه معتدل و مرطوب جنوب دریای خزر شده است. میزان بارش و رطوبت در ناحیه معتدل و مرطوب در امتداد نوار حاشیه دریا، از شرق به غرب افزایش می یابد.

۲) اقلیم گرم و خشک

بخش قابل توجهی از مساحت ایران را مناطق گرم و خشک اشغال نموده است. بادهای خشک این مناطق، بسیار آزاردهنده است؛ آسمان کویر در بیشتر ایام سال صاف و بدون ابر می باشد؛ میزان بارندگی کم، مه و طوفان بسیار زیاد اتفاق می افتد؛ بارندگی کم موجب کاهش سطح پوشش گیاهی در این ناحیه شده است؛ اختلاف دمای شب و روز در مناطق اقلیمی گرم و خشک زیاد است؛ بارندگی بسیار شدید و اغلب به صورت رگبار رخ می دهد؛ میزان تعریق و تبخیر نسبت به بارش سالیانه بالاست؛ ﻣﺸﺨﺼه بارز آب و هوایی ﺍﻳﻦ ﺍﻗﻠﻴﻢ، ﺭﻭﺯﻫﺎی ﮔﺮﻡ ﻭ ﺷﺐ ﻫﺎی ﺑﺴﻴﺎﺭ ﺳﺮﺩ ﻭ ﺯﻣﺴﺘﺎﻥ ﻫﺎی ﺳﺮﺩ ﻭ ﺳﺨﺖ ﻭ ﺗﺎﺑﺴﺘﺎن های ﮔﺮﻡ ﻭ ﺧﺸﮏ می باشد.

۳)  اقلیم سرد و کوهستانی

کوهستان های غربی که دامنه های غربی رشته کوه های فلات مرکزی ایران و سراسر کوه های زاگرس را در بر می گیرد از مناطق سردسیر کشور به شمار می آیند؛ از مشخصه بارز اقلیم سرد و کوهستانی، سرمای شدید زمستان و هوای معتدل تابستان هایِ این ناحیه است؛ میزان بارش برف در اقلیم سرد و کوهستانی بسیار بالاست؛ اختلاف دمای شب و روز بسیار زیاد است؛ خشکی هوا در مناطق سرد و کوهستانی آزاردهنده است. در این نواحی، میزان بارندگی در تابستان کم و در زمستان زیاد است و بیشتر به صورت ریزش برف می باشد. برف های پیاپی بیشتر قله ها را می پوشاند. در ارتفاعات بالای ۳۰۰۰ متر همواره برف وجود دارد و این کوهستان ها سرچشمه رودخانه ها و قنات ها در کشور محسوب می شوند.

۴) اقلیم گرم و مرطوب

این منطقه اقلیمی، در امتداد یک نوار ساحلی باریک و نسبتاً طولانی است که بیش از دو هزار کیلومتر طول آن می باشد و از مصب اروند رود در جنوب غربی استان خوزستان شروع شده و به خلیج گواتر در جنوب شرقی استان سیستان و بلوچستان ختم می شود. مشخصه بارز آب و هوایی ناحیه گرم و مرطوب، گرمای شدید و رطوبت بالای هواست؛ میزان بارندگی در این منطقه بسیار پایین است؛ اغلب بارندگی در فصول پاییز و خصوصاً زمستان رخ می دهد؛ هوا در زمستان، معتدل و مطبوع است؛ میزان اختلاف دما بین شب و روز کم است؛ بارش کم باران به ویژه در فصل تابستان، موجب کاهش سطح پوشش گیاهی در منطقه اقلیمی گرم و مرطوب شده است؛ آب های زیرزمینی در این منطفه، اغلب شور هستند؛ به دلیل تابش مستقیم آفتاب و گرمای شدید، میزان تبخیر بسیار بالاست.

نقش اقلیم های آب و هوایی ایران در کارایی و دوام سنگ نما

بخش دوم

حال با شناخت اقلیم های چهارگانه ی ایران، می­ توان تاثیر نوع اقلیم های آب و هوایی بر دوام سنگ (همچینین سنگ نما) را بر اساس نوع عملکردشان، در سه بخش آب و هوای مرطوب، آب و هوای گرم و خشک و آب و هوای سرد و کوهستانی طبقه بندی کرد.

1)اقلیم مرطوب:

در اقلیم های مرطوب، حضور مستمر آب، باعث بروز هوازدگی شیمیایی در سنگ می شود. در نتیجه سنگ های مورد استفاده (سنگ نما) باید دوام کافی را در مواجهه با هوازدگی شیمیایی داشته باشند. در طی این نوع هوازدگی، ترکیب شیمیایی سنگ دستخوش تغییرات می شود و این تغییرات می تواند شامل تغییر رنگ سنگ و همین طور کاهش مقاومت آن باشد؛ طوری که سنگ به تدریج حالت پوک پیدا کرده و خرد می شود. به همین علت، سنگ هایی که دارای اجزای تشکیل دهنده ی با دوام هستند و ترک و رگه های محدود تری دارند، برای این مصارف گزینه ی خوبی می توانند باشند. برای مثال گرانیت سفید که کانی عمده ی تشکیل دهنده ی آن کوارتز است، چنانچه ترک های محدودی داشته باشد در برابر هواردگی شیمیایی مقاومت مناسبی از خود نشان می دهد اما پدیده ی شایع در سنگ های آذرین گروه گرانیت، زنگ زدگی است که به علت اکسید شدن کانی ها و ترکیبات آهن دار موجود در بافت سنگ است.

سنگ چینی که از انواع سنگ های دگرگونی به شمار می رود، به دلیل جذب آب بسیار محدود و همین طور نداشتن درز و شکاف زیاد، دوام مناسبی در اقلیم های مرطوب خواهد داشت و لک پذیری آن کم است. پدیده ی لک شدگی سنگ که در اقلیم های مرطوب بسیار رایج است، به علت جذب آب محیط در بافت سنگ ایجاد می شود و ظاهر سنگ (نما سنگ) را بسیار تحت تاثیر قرار می دهد. از سویی دیگر، در اقلیم های مرطوب، به علت بارش فراوان نزولات جدی، سنگ های گروه کربناته ی رسوبی مناسب نیستند. این سنگ ها از کانی های کربناته ای چون کلسیت، آراگونیت و دولومیت تشکیل شده اند که خاصیت انحلال پذیری داشته و به مرور زمان توسط آب انحلال پیدا می کند و ادامه ی این روند، تغییر ظاهر سنگ و تخریب آن را به دنبال خواهد داشت. به همین دلیل سنگ هایی چون مرمریت، تراورتن و آهک که علاوه بر داشتن بافت کربناته، درز و شکاف و تخلخل زیادی نیز می توانند داشته باشند، برای کاربرد نمای خارجی(سنگ نما) در اقلیم های مرطوب مناسب نیستند. لازم به ذکر است که یکی از نمودهای عینی انحلال سنگ، شوره زدگی سطح سنگ می باشد. به عبارت دیگر در این حالت، قسمتی از سنگ انحلال پیدا کرده در قسمتی دیگر رسوب می کند و بصورت شوره ظاهر می شود. باید توجه داشت که سنگ چینی نیز ترکیب شیمیایی کربناته دارد اما به دلیل تخلخل و جذب آب بسیار محدود، دوام بیشتری نسبت به سنگ هایی چون تراورتن و مرمریت در برابر انحلال شیمیایی خواهد داشت. در ارتباط با شوره زدگی سطح سنگ، همکاری مشترک رطوبت و گازهای گوگرد دار بسیار حائز اهمیت است.

آلودگی­های اسیدی بطور چشم­ گیری باعث گسترش نرخ تخریب در آهک ­ها می­شوند. مهم­ ترین مهاجم اسیدی، دی ­اکسید گوگرد (SO₂) است که به شدت می ­تواند در آب محلول شده و سولفوریک اسید (H₂SO₃) را تشکیل دهد. دو مسیر ممکن است در هجوم اسید به آهک­ ها رخ دهد:

1) ترکیب دی ­اکسید گوگرد با اکسیژن هوا می­تواند آهک (CaCO₃) را مورد هجوم قرار داده و کلسیم­ سولفات (CaSO₄) و آب را به عنوان خروجی به دست دهد. سپس کلسیم­ سولفات آب را وارد ترکیب بلوری خود کرده و بصورت کانی ژیپس (گچ) (CaSO₄.2H₂O) ظاهر می­شود.

2) دی ­اکسید گوگرد می­تواند آهک را بطور مستقیم تحت تاثیر قرار داده و کلسیم­ سولفید (CaSO₃) تولید کند. کلسیم­ سولفیدی تولید شده سپس با اکسیژن وارد واکنش شده و نهایتاً تبدیل به گچ می­شود.

    مسیر اول بخصوص در شرایط مرطوب و مه ­آلود بسیار محتمل ­تر است. پوشش گچی یا همان شوره ی ایجاد شده به خودی خود، هجوم بیشتر دی ­اکسید گرگرد را آهسته­ تر می­کند ولی شستشو از طریق باران یا اسپری ­های دیگر، باعث تکرار روند هجوم می­شوند. لازم به ذکر است که آلودگی هوا در شرایط مرطوب می ­تواند سطح آهک را تحت تاثیر قرار داده و موجب لکه­ دار شدن و تیره ­شدگی سطح سنگ شود.

ماسه سنگ نیز در چنین اقلیمی دارای دوام بسیار محدودی است. ماسه سنگ ها اغلب دارای سیمان کربناته در ترکیب خود هستند که این سیمان (بخصوص سیمان کلسیتی) در مواجهه با آب به تدریج انحلال پیدا کرده و تغییر رنگ، شوره زدگی  و در نهایت تخریب سنگ را به دنبال خواهد داشت.

انواع سنگ اونیکس نیز مانند: سنگ چینی، دوام خوبی در اقلیم مرطوب خواهند داشت اما به دلیل گران قیمت بودن این سنگ، به ندرت به عنوان نمای خارجی (سنگ نما) مورد استفاه قرار می گیرد.

2) اقلیم گرم و خشک

در اقلیم های گرم و خشک، که قسمت های گسترده ای از کشور ایران از جمله استان های قم، مرکزی، اصفهان، کرمان، یزد و غیره را شامل می شود، اگرچه هوازدگی شیمیایی به دلیل کمبود رطوبت، محدود است، اما عوامل مخرب دیگری هم چنان فعال هستند. تابش مستقیم و مستمر نور خورشید از آن جمله است. در مواجهه با تابش مستقیم نور خورشید، استفاده از سنگ هایی که زمینه ی تیره دارند، توصیه نمی شود. استفاده از سنگ تیره هم دمای فضای داخلی ساختمان را افزایش خواهد داد (به دلیل جذب بیشترِ انرژی گرمایی خورشید) و هم به مرور زمان، سطح سنگ کدر شده و تغییر رنگ خواهد داد. به همین دلیل استفاده از سنگ های روشن رنگ (برای سنگ نما) مانند: چینی، تراورتن و مرمریت های روشن رنگ در این مورد پیشنهاد می شود.

یکی دیگر از عوامل مخرب مناطق کویری، تغییرات دمایی شبانه روز است. این اختلاف دما، تاثیر خود را در قالب ضریب انبساط گرمایی سنگ ها نشان می دهد. در سنگ هایی چون گرانیت های خاکستری و سفید، به دلیل آنکه حداقل از 3 کانی اصلی ساخته شده اند که ضرایب انبساط حرارتی آن ها نیز متفاوت است، میزان انبساط و انقباض ایجاد شده در حجم سنگ در مواجهه با تغییرات دمایی نیز متفاوت خواهد بود؛ همین عامل باعث ایجاد ریزترک هایی در بافت سنگ خواهد شد. ریزترک های مذکور به تدریج در تمام جسم سنگ گسترش پیدا کرده و تخریب سنگ را به دنبال خواهد داشت. لذا در مناطقی که تغییرات دمایی شبانه روز زیاد است، استفاده از سنگ هایی پیشنهاد می شود که از لحاظ کانی شناسی یک دست و یکنواخت باشد مانند: انواع سنگ های کربناته نظیر چینی، تراورتن و مرمریت. لازم به توضیح است که بخش هایی از فلات مرکزی ایران، در بیشتر ماه ها سال شاهد وزش بادهای شدید هستند. نیروی باد به عنوان عامل فرسایش مهمی در سنگ های ساختمانی مطرح است. باد می تواند باعث تخریب سنگ نما و جدا شدن قطعات سنگی از نما شود. به همین دلیل توجه به چند نکته ضروری است. اولاً، جهت سبک سازی نمای ساختمان استفاده از سنگ هایی که وزن مخصوص نبستاً کمی دارند، مناسب است زیرا در این صورت نیروی باد تاثیر کمتری خواهد داشت. دوماٌ، نصب سنگ باید با دقت تمام انجام شود؛ در این خصوص استفاده از سنگ هایی که حفرات و شکاف های مناسبی دارند توصیه می شود. از جمله ی این سنگ ها می توان به انواع تراورتن های حفره دار اشاره کرد که به علت اتصال مناسب با ملات، ماندگاری بهتری در نمای ساختمان (سنگ نما) خواهد داشت.

3) اقلیم سرد و کوهستانی:

همان گونه که گفته شد، قسمت های غربی و شمال غرب و همین طور شمال شرق کشور شامل استان های آذربایجان غربی و شرقی، قزوین، اردبیل، زنجان، کردستان، لرستان، خراسان شمالی و غیره دارای اقلیم آب و هوایی سرد هستند. در این مناطق، سرما و یخبندان در نیمه ی دوم سال رایج است؛ در نتیجه استفاده از انواع خاصی از سنگ های ساختمانی باید مد نظر باشند تا بتوانند در چنین شرایطی کارایی و دوام مناسبی داشته باشند.

از مهم ترین عوامل مخرب طبیعی در مناطق سرد، ذوب و انجماد آب در فصول سرد است. انجماد آب در درزه و شکاف های سنگ باعث افزایش حجم آب شده و این افزایش حجم باعث اعمال نیرو به بافت سنگ می شود؛ به عبارت دیگر، فضای درزه و حفرات سنگ کمی بیشتر می شود (افزایش تخلخل روی می دهد). ذوب آب و انجماد مجدد آن باعث می شود تا فضای شکاف ها که اکنون کمی افزایش یافته است، توسط آب بیشتری اشغال شود و این بار انجماد مجدد، با اعمال فشار به دیواره ی داخلی شکاف ها و حفرات، فضای آن ها را گسترش می دهد. ادامه ی این روند در نهایت باعث گسیختگی در بافت و تخریب سنگ می شود. لذا سقوط قسمتی از سنگ از نمای ساختمانی اجتناب ناپذیر خواهد بود. در چنین وضعیتی، استفاده از سنگ هایی توصیه می شود که درزه و حفرات ریز مقیاس کمتری داشته باشند. در حقیقت، اثر ذوب و انجماد در سنگ هایی که دارای حفرات کوچک مقیاس هستند بسیار شدید تر از سنگ هایی است که حفرات درشت دارند. در این صورت، سنگ های چینی و برخی از تراورتن ها، می توانند به عنوان گزینه های مناسبی برای نمای ساختمان (سنگ نما) مطرح شوند. تراورتن هایی که حفرات درشت مقیاس دارند، تا حدود زیادی اثر انجماد آب را دفع می کنند زیرا معمولاً حفرات آن ها به طور کامل از آب پر نمی شود و در نتیجه انبساط حاصل از انجماد آب نیز نمی تواند بطور کامل، باعث اشغال فضای داخل حفرات شود. به همین دلیل استفاده از این نوع تراورتن ها در مناطق غربی کشور رایج است. البته باید اشاره کرد که حفرات بزرگ مقیاس نیز در حین فرآوری تراورتن، توسط رزین پر می شوند و عملاً تا مدتی، خارج از دسترس آب هستند.