پایداری سنگ ها به عنوان مصالح ساختمانی

پایداری سنگ ها

این فصل مروری بر استفاده از سنگ طبیعی به عنوان مصالح ساختمانی است چرا که پایداری سنگ ها مساله قابل توجهی است و به جایگاه آن در توسعه پایدار توجه می کند.

سنگ های ساختمانی اصلی ماسه سنگ، سنگ آهک، گرانیت و اسلیت مورد بررسی قرار می گیرند. پایداری در حال حاضر به یکی از ملاحظات جدایی ناپذیر تبدیل شده و یکی از اهداف دائمی ساخت و ساز، بهره برداری، نگهداری ، تخریب و حذف ساختمان ها می باشد.

ساخت و ساز با سنگ از نظر فنی بادوام، از لحاظ ساختاری مستحکم و زیبا است و قادر به ارائه طیفی از ویژگی هایی است که حداقل به دلیل ویژگی های امنیتی، ایمنی در برابر آتش، صوت، حرارت و تنظیم کنندگی رطوبت، آن را به عنوان ماده ای ایده آل برای ساخت و ساز به عنوان بخشی از توسعه پایدار تبدیل می کند.

مروری کوتاه بر زمینه های ساخت و ساز از گذشته، حال و آینده ارائه می شود.

تمرکز بر ویژگی های مصالح، به ویژه دوام بی نظیر سنگ طبیعی همراه با مقدمه ای بر مسائل زوال است. اقدامات عملی مورد اطمینان برای حمایت از خواننده در تعیین سنگ طبیعی پیشنهاد می شود. ترمیم پذیری ساخت و ساز سنگی نیز در نوع خود به عنوان معیاری برای دوام و در نتیجه یک عنصر پایداری ارائه می شود.

عملکرد سنگ طبیعی به عنوان یکی از مصالح ساختمانی پایدار از نظر تاثیر انرژی تجسم یافته (EE) و به طور خاص کربن تجسم یافته (EC) ساخت اولیه ارزیابی می شود.

این تأثیر در کنار بازده عملیاتی مورد انتظار از سازه ارزیابی می شود و تأثیر کل عمر سازه سنگی نیز مورد بحث قرار می گیرد. پایداری سنگ طبیعی در ساختمان  ها فراتر از شرایط کاملاً زیست  محیطی است: مزایای کمتر قابل اندازه گیری، رفاه اجتماعی/جامعه شناختی نیز وجود دارد.

به دقت نشان داده شده است که مصالح بنایی یک انتخاب کلیدی در ساختمان های پایدار را نشان می دهد (Key, 2009): اگر این موضوع در مورد آجرکاری صادق باشد، مطمئناً مورد سازه بنایی با سنگ طبیعی حتی قوی تر است.

این فصل نتیجه گیری می کند: «چرا از سنگ استفاده نکنیم؟». عوامل اصلی که با استفاده از سنگ مقابله می کنند، هزینه اولیه، زمان انجام کار، و اطمینان قطعی است. با این حال، این عوامل تاریخ دار و متغیر هستند. سنگ طبیعی در ساختمان به دلیل اثرات زیست محیطی فوق العاده کم، مزایای جامعه شناختی / امنیت اجتماعی، بسیار پایدار است و زمانی که بر اساس کل عمر سازه اندازه گیری شود از نظر اقتصادی، رقابتی است.

 سنگ بهره برداری شده

 دسته بندی موارد استفاده

سنگ طبیعی یک وسیله همه کاره است که برای کار در کاربردهای مختلف مناسب است. کاربردهای معمولی که سهم بازار را در سراسر صنعت سنگ انگلستان دارند عبارتند از:

• سنگدانه
• مصالح بنایی نما / روکش
• حفاظت از سازه های موجود
• کفپوش
• محوطه سازی باغ
• اثاثیه داخلی
• جدولبندی و سنگفرش
• سقف سازی
• مصالح بنایی

این فصل عمدتاً به قطعه سنگ برای ساختمان سازی، کاربردهای اصلی روکش کاری و مصالح بنایی سازه ای می پردازد. اسلیت برای سقف سازی نیز مورد بحث قرار داده می شود. کاربردهای معمولی سنگ ساختمانی در شکل۱۲.۱ نشان داده شده است.

 

 استفاده تاریخی از سنگ

سنگ طبیعی یکی از مصالح ساختمانی پرکاربرد در سراسر جزایر بریتانیا است و همچنین در سطح جهانی مورد بهره برداری قرار می گیرد.

زمانی دانش استفاده از سنگ گسترده بود، هم سنگ تراش و هم استاد بنایی به طور یکسان از آن در ساخت و ساز بهره برداری می کردند. به طور تجربی در طی قرن ها استفاده از سنگ توسعه یافته و ویژگی های مصالح سنگی به خوبی مورد توجه قرار گرفت: بر اساس استحکام بالا در فشار و در عین حال ناتوان از تحمل بارهای کششی/خمشی قابل توجه، سنگ کاری مورد بهره برداری قرار گرفت.

طاق بنایی این موضوع را به خوبی نشان می دهد: طاق با توجه به هندسه خود کاملاً تحت فشار عمل می کند، محدودیت های کششی را طراحی می کند و بر اساس استحکام مواد رفتار می کند. شکل ۱۲.۲ ماکزیمم و مینیمم خطوط رانش ممکن را در یک قوس، با بازه بی نهایت در بین آنها نشان می دهد.

 

 

 

 

 

یک فرض مشخص در بنایی تاریخی این بود که سنگ استحکام کششی ندارد (Heyman, 1995). کیفیت در ساختمان های بنایی سنگی تاریخی یک عامل تعیین  کننده بود: سازه های میراثی در کل با افتخار ساخته می شدند تا ماندگار شوند. عمر طولانی سازه به عنوان معیاری برای کیفیت در نظر گرفته می شد (Hutton and Roston, 1997).

قبل از سوخت ارزان که اکنون اجازه ساخت موادی را می دهد که برای تولید نیاز به هزینه های بالای انرژی دارند، سنگ طبیعی مصالح ساختمانی انتخابی بود. ظهور سوخت و حمل و نقل ارزان قیمت، بومی  بودن (متمایز بودن محلی) را تقریباً به انقراض سوق داد.

معادن و کوره های محلی در مقیاس کوچک نمی توانستند با صنعت متمرکز رقابت کنند. پس از سیستم  سازی های عمده قرن گذشته، تعلق مکانی تنها در حال حاضر از نظر اهمیت برای توسعه وجود دارد.

صنعت سنگ در بریتانیا عمدتاً به دلیل تقاضای بلندمدت بخش میراث و پروژه های پراکنده و با ارزش زنده نگه داشته شده است. کاهش استفاده از سنگ طبیعی در ساختمان ها هیچ ارتباطی با بهره برداری از منابع ندارد.

 منابع سنگ انگلستان

در سطح جهانی، احتمالاً سنگ در پوسته زمین سریعتر از زمانی که مورد بهره برداری قرار می گیرد، تشکیل می شود (فدراسیون سنگ بریتانیا، 2011). منابع سنگی بریتانیا در مقیاس وسیع در نقشه انجمن زمین  شناسی بریتانیا (BGS) (انجمن زمین  شناسی بریتانیا، 2001) ارائه شده اند. اگرچه معادن کوچک مقیاس تری در سراسر بریتانیا یافت می  شوند (McMillan et al., 2006). تنوع سنگ های ساختمانی در بریتانیا قابل توجه است (McMillan, 1997).

مشکل این تنوع می تواند دسترسی به آن باشد و بسیاری از معادن تاریخی نه به دلیل بهره برداری بیش از حد بلکه به دلیل فروپاشی صنعت سنگ در اوایل قرن بیستم خاموش هستند. بازگشایی برخی از معادن تاریخی همچنان موضوع بحث معاصر است (Yates, 2005).

کمی کردن ذخایر سنگ به ویژه به دلیل حساسیت تجاری موجود در آن دشوار است. هندسه رسوب سنگ می تواند به طور قابل توجهی بین انواع سنگ متفاوت باشد و بنابراین تخمین حجم سنگ چالش برانگیز است.

با این وجود، ذخایر سنگی در بریتانیا “قابل توجه” در نظر گرفته می شود (انجمن زمین شناسی بریتانیا، 2005). به طور خلاصه، دیدگاه کلی در سراسر صنعت سنگ انگلستان این است که تقاضای آن کم و عرضه فراوان است.

استخراج و فرآوری

از نظر تاریخی معدنکاری، شغلی بسیار محلی بود. این امر منجر به توسعه زبان بومی و تمایز محلی شد، البته قبل از اینکه حمل و نقل گسترده و اقتصادی شود. منابع محلی سنگ به طور قابل توجهی بر اعتبار پایداری آن تأثیر می گذارد، به طوری که حمل و نقل در بریتانیا حدود ۲۰-۱۰٪ از EC را تشکیل می دهد (در مقایسه با Cradle-to-gate (C-G) (میزان کربن محصولات تولیدی از لحظه تولید تا لحظه ورود به بازار) و Cradle-to-site (C-S) (شرایط مرزی مرتبط با مطالعات کربن تجسم یافته)).

واردات، ردپای کربن (کل مقدار گازهای گلخانه ای شامل دی اکسید کربن و متان است که در اثر فعالیتهای ما تولید می شود)را چندین برابر افزایش می دهد (Crishna et al., 2010). منابع محلی از مشاغل اغلب روستایی پشتیبانی می کند. منابع انرژی مرتبط با استخراج و فرآوری شامل سوخت کارخانه ها، استفاده نسبتأ کم از مواد منفجره ،برق و آب برای فرآوری است.

استخراج و فرآوری قطعات سنگی از نظر فرآیند در سراسر انگلستان کاملاً سازگار است. فرآیندهای استخراج با توجه به نوع و ویژگی های سنگ متفاوت است.

با این حال، در اصل، هدف این است که ایمنی بزرگترین اندازه بلوک را در محدودیت های عملی تأمین کنیم. سپس این بلوک ها برای ارزیابی کارآمدترین روش برش به شکل قطعات سنگی با حداقل ضایعات بازرسی می شوند (Stark,  2005).

به طور معمول سنگ در محوطه چاشنی زده می شود تا سفت شود، اگرچه ممکن است به رنگ سبز پردازش شود. برش توسط ماشین آلات کارخانه انجام می شود، برش اولیه برای کاهش حجم ناهمواری های سنگ به اشکال ورقه ای و قطعات سنگی است، و برش (برشهای) دوم برای تعیین اندازه های سنگ است.

سپس با توجه به محصول نهایی مورد نیاز، ابزارگذاری، پوشش و سایر عملیات پرداخت سنگ انجام می شود.

تخمین زده می شود که تقریباً یک سوم ذخایر سنگ به محصول اولیه قطعات سنگی تبدیل می شود، که بقیه آن شامل بار اضافی یا زباله اولیه است که سپس برای استفاده در محصولات جانبی در دسترس قرار می گیرد (Siegesmund and Török, 2011). البته این تقریب کلی به نوع سنگ استخراج شده و محصول مورد نیاز بستگی دارد