پایداری سنگ ها

پایداری سنگ ها / استفاده پایدار از سنگ طبیعی در ساخت و ساز

 قابلیت بازیابی واحدهای بنایی

واحدهای بنایی جدید مطابق با معیارهای انطباق EN مشخص و عرضه می شوند. مفهوم واحدهای بنایی احیا شده این است که دوام را نمی توان تضمین کرد (انجمن توسعه آجر، 2014).

بسته به استفاده مورد نظر، این امر ممکن است مشکلات مشخصی را ایجاد کند یا نکند؛ جایی که یک روکش غیر ساختاری استفاده می شود، ویژگی های مکانیکی تضمین شده ممکن است مرتبط نباشد.هنگامی که در یک بافت ساختاری سنتی با تنش کم و پایداری هندسی قوی استفاده می شود، ویژگی های مواد مکانیکی سنگ از اهمیت کمی برخوردار است (Heyman, 1995).

واحدهای سنگی احیا شده در حال حاضر مترادف با هزینه بالا هستند زیرا بازار میراث کوچک و منحصر به فرد آنها و شدت نیروی کار بالا در فرآیند احیاء دخیل است. احیاء معمولاً یک فرآیند دستی و با چکش و اسکنه است. همانطور که توسط راهنمای سبز BRE تأیید شده است (Anderson et al., 2009) یک معیار نوظهور پایداری این است که سازه ها باید برای تخریب و استفاده مجدد در پایان عمر مفید طراحی شوند.

اکثر آجرهای مدرن در پروژه های تخریب به محل دفن زباله منتقل می شوند (Addis, 2006). ملات های سیمانی به کار رفته با استحکام بالا از احیای مؤثر جلوگیری می کند.

آجرکاری مدرن با تأکید روزافزون بر سوراخ ها، برای به حداقل رساندن حجم مواد، افزایش راندمان فرآیند پخت و بهبود خواص حرارتی تولید می شود (Torgal and Jalali, 2011)؛ سوراخ ها بیشتر مانع از احیای موثر می شوند. راهنمای BRE (Key, 2009) در تأیید استفاده از ملات هایی با مقاومت کم تنظیم شده است که امکان احیای آتی را فراهم می کند. ملات سنتی آهک این نیاز را برآورده می کند و استفاده مجدد از سنگ و آجر یک سنت قدیمی است.

 سنگ در زمینه مدرن

مصالح سنگی، مانند آجرکاری، یک وسیله ساختمانی بسیار متنوع است. سنگ که برای هزاران سال به صورت جامد استفاده می شد، به راحتی خود را به اشکال مختلف ساخت و ساز مدرن وام می دهد.

در یک بافت مدرن، سنگ به طور کلی یا بخشی از یک دیوار باربر مرکب را تشکیل می دهد (مثلاً به عنوان لایه بیرونی یا ورقه جبهه روبرویی یک دیوار بنایی آجری / بلوکی)، یا صرفاً به عنوان یک ماده روکش تزئینی بکار می رود.

در حالت اول، سنگ وزن خود را تحمل می کند و بار جانبی را به اشتراک می گذارد. در دومی، سنگ فقط وزن خود را دارد. انتخاب سنگ در هر یک از زمینه های مدرن در ابتدا به دلیل جذابیت زیبایی شناختی آن است، اما این تصمیم می تواند نشان دهنده صرفه جویی در اثرات زیست محیطی باشد.

به عنوان یک ماده روکش تزئینی، ضخامت کمی مورد نیاز است. از نظر ارزش اسمی، جرم محصول اولیه مورد استفاده کاهش می یابد، اما از آنجاییکه محصولات نازک تر به طور قابل توجهی نیاز به فرآوری بیشتری دارند، میزان ضایعات اولیه هم افزایش می یابد (Wilson, 2005).

چنین روکش های تزئینی نازکی معمولاً موضوع طراحی سفارشی هستند. به عنوان یک قاعده، حداقل ضخامت عملی روکش معمولی برای سنگ بنای یک طبقه (3 متر) 100 میلی متر، 150 میلی متر برای دو طبقه (6 متر)، و حداقل 150 میلی متر برای مصالح بنایی قلوه سنگی (BSI, 2005) است. ارجاع به Urquhart و Artis-Young (2008) برای راهنمایی در مورد مشخصات و جزئیات سنگ طبیعی به عنوان روکش در ساخت و ساز مدرن توصیه می شود.

سازه های سنگی ساخته شده سنتی نه دارای اتصالات حرکتی هستند و نه نیاز به اتصال دارند. جامعه مهندسی در مورد دلیل(های) دقیق متفق القول نیستند. با این حال، روی دو جنبه اصلی توافق شده است: (الف) تغییر شکل اتصال ملات آهک که به عنوان یک میراگر بین واحدهای بنایی عمل می کند تا هرگونه انبساط را در مقیاس محلی بدون ترک خوردگی جذب کند.

(ب) جرم حرارتی بالای دیوارهای سنگی ضخیم، که تغییرات دما را کند می کند. سنگ متخلخل نیز در پاسخ به محتوای رطوبت، تغییرات ابعادی را تجربه می کند و ملات آهک مطمئناً اجازه می دهد تا هر واحد سنگی بدون ترک خوردگی متورم یا منقبض شود. در زمینه های ساختمانی مدرن (نازک تر)، اتصالات حرکتی رسمی علاوه بر سیستم های مهار مکانیکی مورد نیاز است.

استفاده از سنگ طبیعی با در نظر گرفتن حداقل ضخامت عملی، با انتخاب مناسب و دقیق، نباید دشوارتر از روکش آجرکاری باشد: محدودیت، تهویه و حرکت به طور طبیعی مورد نیاز است. بر این اساس مشاهده صرفه جویی در اثرات زیست محیطی با جایگزینی یک لایه بیرونی آجری با سنگ طبیعی جالب است.

با توجه به جدول ۱۲.۸، با فرض اینکه یک لایه معمولی خارجی آجری با پوشش سیمانی 20 میلی متری باید با روکش ماسه سنگ جایگزین شود (شکل A۱۲.۶)، صرفه جویی قابل توجه 75 درصدی در EC را می توان نشان داد. انتخاب روکش ماسه سنگ به جای آجر باعث صرفه  جویی 90 درصدی در EC می  شود.

جدول ۱۲.۸ – بررسی اجمالی تأثیرات زیست محیطی مصالح بنایی روکش کاری

مصالح	دانسیته a	ضخامت (mm)	گنجایش (t/m2)	کربن تجسم یافته (kgCO2/t)	کربن تجسم یافته (kg/m2)
	(Mg/m3)
آجر معمولی	b ۱۴/۲	۱۰۰	۲۱/۰	۲۳۰	۴۹
دوغاب سیمان mm ۲۰	۷۹/۱	۲۰	Apr-۲۰۰۰	۲۰۸	۷
آجر معمولی با دوغاب	-	-	-	-	۵۷
آجر نما	b ۱۴/۲	۱۰۰	۲۱/۰	۵۲۰	۱۱۱
ماسه سنگ c	۱۸/۲	۱۰۰	۲۲/۰	۶۲	۱۳
سنگ آهک c	۲۵/۲	۱۰۰	۲۳/۰	۹۸	۲۲
گرانیت c	۶۳/۲	۱۰۰	۲۶/۰	۷۵	۲۰
اسلیت c	۹۰/۲	d ۱۵۰	۴۴/۰	۹۶	۴۲

^a چگالی ها مقادیر معمولی از میانگین جدول ۱۲.۲ هستند.

^b تقریب اقتباسی از مقدار میانگین در سراسر جرم آجرکاری که در Cobb (2015) مشخص شده است، با این فرض که سوراخ های عمودی استاندارد با ملات پر شده اند.

^c مقادیر کربن تجسم یافته میانگین جدول ۱۲.۳ است.

^d اسلیت با حداقل ضخامت 150 میلی متر که در قالب قلوه سنگ به ویژه در منطقه کامبرین در بریتانیا مورد استفاده قرار می گیرد.

 

شکل ۱۲.۶ – (A) لایه بیرونی سنگی به عنوان بخشی از دیوار بنایی مرکب. (B) لایه بیرونی سنگی با لایه داخلی ضخیم به عنوان سیستم تنظیم حرارت جرم حرارتی.

 

در یک ساختار به عنوان مثال با یک لایه بیرونی سنگی 100 میلی متری، همراه با یک لایه داخلی ضخیم تر که توسط یک حفره از هم جدا شده است، اجازه می دهد جذابیت زیبایی شناختی و مزایای زیست محیطی لایه بیرونی که با قابلیت های ذخیره گرمایی جرم حرارتی لایه داخلی عایق شده ترکیب می شود به بهترین شکل قابل درک باشد (شکل B۱۲.۶).

همانطور که گفته شد، استفاده از سنگ طبیعی در ساخت و ساز نباید به دلایل زیبایی شناسی محدود شود: به طور مساوی می توان در لایه داخلی در تاثیرات محیطی صرفه جویی کرد: به عنوان مثال، اگر یک بلوک بتنی به ضخامت 150 میلی متر با سنگی با ضخامت یکسان جایگزین شود نه تنها ردپای کربن دیوار را کاهش می دهد، بلکه خواص مکانیکی آن را نیز به طور قابل توجهی افزایش می دهد (بلوک های بتنی 8 تا 13 مگاپاسکال را با جدول ۱۲.۲ مقایسه کنید).

زیبایی و ویژگی، علاوه بر دوام و خواص مکانیکی مرتبط با سنگ طبیعی، هنگامی که از نظر اثرات زیست محیطی اندازه گیری شود، به عنوان محصولات جانبی مورد استقبال قرار می گیرد.

 پایداری جامعه شناختی سازه های سنگی

روشی که افراد از طریق آن محیط ساخته شده را تجربه می کنند پیچیده است (Lawrence, 1987). ارتباط محبت آمیز با ساختمان ها به ویژگی ها و متمایز بودن گره خورده است که ویژگی هایی بسیار عمیق تر از شروط عملکردی است. اکنون حسی که از یک مکان منتقل می شود به طور گسترده ای به عنوان عامل اصلی یک محیط رضایت بخش شناخته شده است (دولت اسکاتلند، 2013).

حس یک مکان بسیار فراتر از عملکرد سودگرایانه است. هویت مهم است و بسیاری به گذشته نگاه می کنند. استقامت برجسته میراث سنگ سازی می تواند حس تداوم را در دنیای در حال تغییر ایجاد کند (English Heritage, 2011). دوام تأمین شده توسط سنگ به عنوان یک وسیله ساختمانی زیربنای این شرط است.

سنگ طبیعی به معنای “دوست داشتنی” بودن ساختمان ها و “بعد خانه” است (Hayward, 1975). تلاش و محبت افرادی که روی آنها کار کردند قابل قدردانی است (Dunbar-Nasmith, 1997). سنگ با قرار گرفتن در معرض دید و با گذر زمان جذابیت خود را بهبود می بخشد. سنگ یک میزبان پذیرا برای میکرو ارگانیسم های طبیعی/ ارگانیک است. آنها یک زنگار ناشی از گذر سن بر روی سنگ ایجاد می کنند.

تغییرات طبیعی و عیوب تصادفی به ایجاد زیبایی کمک می کند که با تقلیدهای مدرن قابل رقابت نیست. زمانی که پرستیژ نیاز به نمایش دارد، این ماده انتخابی است.

تعیین کمیت دشوار است، اغلب از «پتانسیل رفاهی» سه رکن پایداری اجتناب می شود و پایداری در عمل به هزینه های مالی و زیست محیطی کاهش می یابد. یک معیار کیفی از ارزش رفاهی ارائه شده توسط سنگ طبیعی در ساختمان ها را قطعأ می توان در علاقه محلی جوامع به ساختارهای میراثیشان یافت. میراث سنگی نیز اغلب با پایداری جامعه  شناختی مرتبط است.

دلیل این امر از نظر BRE (Plimmer et al., 2008) این است که از لحاظ تاریخی، خانه ها در اطراف مراکز اجتماعی و محل های کار ساخته شده  اند و مشارکت جامعه محلی را تشویق می کنند. سیستم سازی های ملایم، منحصر بفرد بودن محلی را ضعیف تر کرده اند.

هنگامی که استخراج زغال سنگ در سراسر کشور متوقف شد، بسیاری از جوامع روستایی که در اطراف آنها مشغول به کار شده بودند، از بین رفتند و مناطق معدنی سابق اکنون اغلب بی اعتبار شده و دور از محل کار قرار گرفته اند. استخراج و فرآوری سنگ یکی از معدود فعالیت های سودآور روستایی است (Yates and Bourke, 2005) و رونق صنعتی آن را هدایت نمی کند.

Dunbar-Nasmith (1997) مشاهده کرد که از یک سو برای یک دولت بی معنی است که از طرح های اشتغال تجاری حمایت کند، اما از سوی دیگر همچنان به تایید ساختمان هایی که برای به کارگیری حداقل نیروی کار ماهر در ساخت آنها طراحی شده اند، ادامه دهد.

ماشین آلات و فناوری هر دو پتانسیل ایجاد اشتغال و همچنین از بین بردن آن را دارند (McDowell and McCormick, 1999). پس توسعه پایدار باید از بهره برداری بیش از حد از محیط زیست و مردم امتناع کند. احیای استفاده از سنگ در ساختمان سازی، به ویژه در زمینه سازه ای، هم در بخش های توسعه یافته و هم در بخش های در حال توسعه جهان کاربرد دارد. به ویژه در بخش دوم که در آن نیروی کار نسبتاً ارزان است.

حفاظت از سازه های میراثی همیشه درجه ای از کار را برای صنعت سنگ عرضه می کند. با این حال، سرمایه گذاری در احیای هنر تخصصی سنگ تراشی، از طریق ایجاد تقاضای درازمدت و فزاینده، باید از انتخاب مطمئن سنگ طبیعی در هر دو زمینه میراث و مدرن ناشی شود. به راستی سرمایه گذاری در استفاده از سنگ طبیعی به سه رکن پایداری به ویژه معیار جامعه شناختی/ رفاهی می پردازد: اشتغال پایدار از یک سو، همراه با بازیابی انحصار از طریق محصول ساخته شده محلی از سوی دیگر.

 روندهای آینده

حرکت به سمت کاهش ردپای کربن در ساخت و ساز در بریتانیا با انگیزه افزایش بهره وری عملیاتی ساختمان ها همراه است. ساخت و سازهای سنگین اکنون به عنوان کلیدی برای طراحی ساختمان های پایدار که در برابر تغییرات آب و هوایی سازگار هستند، شناخته می شود. حد واسطی بین این جنبه ها با زمینه های مدرن نشان داده شده در شکل ۱۲.۶ یافت می شود.

مصالح بنایی به طور کلی نمایانگر شکلی از ساختمان پایدار ایده آل است، اما سنگ طبیعی نسبت به اقدامات زیست محیطی بهتر از آجرکاری است. فرآیند پخت به تنهایی مسئول تقریباً 85 درصد EE آجر پخته شده است. در نتیجه، به نظر می رسد که اقدامات در حال توسعه در طیف مصالح آجری بر روی افزایش سوراخ  ها در آجرها متمرکز شده است تا تقاضای خاک رس را به حداقل برساند و راندمان پخت را افزایش دهد.

مواد پخته نشده یا پخته شده با دمای پایین نیز در بازار مصالح بنایی در حال ظهور هستند. پیامدهای جانبی استفاده از آن ها، به خطر افتادن عملکرد مکانیکی، کاهش دوام در سرویس و مهمتر از آن، مانع از قابلیت بازیابی واحد هایی با سوراخ های زیاد می شود.

با توجه به اینکه اکنون عمر طراحی های گسترده به عنوان معیاری اساسی برای ساختمان پایدار شناخته می شود، زمانی که سنگ طبیعی کم بهره برداری می شود و دارای اعتبار قابل توجهی از معیارهای پایداری است، مصالحه با واحدهای بنایی دارای سوراخ  های بسیار زیاد منطقی نیست. توسعه راهنماهای فنی متخصص/ کارشناس، راه را برای استفاده مطمئن از سنگ طبیعی در ساختمان سازی باز کرده است.