ویژگی های انواع سنگ ها

ویژگی های انواع سنگ ها

سنگ‌‌ های مختلف سختی‌های متفاوتی در مقابل مقاومت در برابر سایش و تخلخل از خود نشان می‌‌دهند(که در فراوری مورد توجه است). این ویژگی‌‌های فیزیکی برای به‌‌دست آوردن آگاهی کافی از ویژگی کاربردی و ماهیت فنی سنگ به منظور طراحی و اجرای سازه‌‌های سنگی تا حد امکان مورد مطالعه قرار می‌‌گیرد.

ظرفیت جذب آب

ظرفیت جذب آب (واحد: ٪ وزن خشک ماده) نحوه جذب آب توسط یک ماده را توضیح می‌‌دهدکه از جمله موارد دیگریست که می‌‌تواند بر کثیف شدن سنگ و تغییر رنگ بین سطوح خشک و مرطوب تأثیر بگذارد به علاوه ظرفیت جذب آب نیز بر مقاومت در برابر سرما تأثیر می‌‌گذارد. با در نظر گرفتن چگالی سنگ طبیعی ظرفیت جذب آب سنگ‌‌ها در محدوده‌‌ 0.5-0.1 قرار می‌‌گیرد، در حالی که ظرفیت جذب آب سنگ‌‌های متخلخل، می‌‌تواند تا 20 درصد وزنی افزایش یابد (مسیماکی Mesimäki 1997, 43).

چگالی و تخلخل

چگالی سنگ طبیعی وزن حجمی سنگ و یا رابطه بین وزن و ظرفیت حجمی سنگ را توصیف می‌‌نماید که این امکان را فراهم می‌‌آورد تا برای مثال ترکیبات و چگالی سنگ را بدست آوریم. هرچه تخلخل سنگ بیشتر باشد، چگالی آن کمتر است. در روند آزمایش، یک قطعه سنگ معمولی به صورت خشک وزن می‌‌شود و تراکم سنگ طبیعی بین 1800 تا 3100 کیلوگرم در متر مکعب متغیر است(مسیماکی Mesimäki 1997, 43).

استحکام کششی در هنگام خم شدن

استحکام کششی در هنگام خم شدن هنگام اندازه‌‌گیری بخش‌‌های سازه که تحت کشش قرار می‌‌گیرند اهمیت پیدا می‌‌کند و اندازه آن با خم کردن قطعه‌ی آزمایشی تا زمانی که بشکند بدست می‌‌آید، برای سنگ طبیعی، این مقادیر به طور معمول بین 7 تا 20 مگاپاسکال متغیر هستند، اما برای هر اندازه‌‌گیری‌‌ ممکن است تا حد زیادی متفاوت باشد. پراکندگی‌‌های بزرگ نیز بر تعیین ضریب ایمنی تأثیر می‌‌گذارد (مسیماکی Mesimäki 1997, 43).

مقاومت فشاری

مقاومت فشاری برای اندازه‌‌گیری سازه‌های لود برینگ (  load‐bearing) تحت تنش فشاری استفاده می‌‌شود. در فرآیند آزمایش، قطعه آزمایش تا لحظه شکستن فشرده می‌‌شود، مقاومت فشاری سنگ با کمک بریکینگ استرین (breaking strain) و ناحیه تماس فشار محاسبه می‌‌شود. مقادیر مقاومت فشاری سنگ طبیعی بسته به نوع سنگ بین 20 تا 400 مگاپاسکال با مقاومت فشاری سنگ نمای متراکم و مقاوم در برابر آب و هوا بین 130 تا 300 مگاپاسکال متغیر است(مسیماکی Mesimäki 1997, 43).

مقاومت سایشی

مقاومت سایشی به مقاومت سطح در برابر تنش سایشی اشاره دارد و دید خوبی برای انتخاب مصالح کف پوش و سایر موارد در سازه‌‌ها که در معرض سایش هستند بدست می‌‌دهد (مسیماکی Mesimäki 1997, 43). جدول 1 نتایج مطالعات مربوط به ویژگی‌های فیزیکی سنگ که در ارتباط با پروژه توسعه آموزش و پرورش محیط طبیعی سنگ و 2005-2007 انجام شده است را، نشان می‌‌دهد (سازمان زمین شناسی فنلاند (GTK)، 2007).

 

ویژگی‌های سنگ از نظر دسته‌‌بندی آسیب‌‌ها به عنوان مثال میزان جذب آب، میزان تخلخل  و یا میزان سختی آن، بر دوام آنها اثر می‌‌گذارد

. همه این موارد تعیین می‌کند که نوع مشخصی از سنگ چقدرنسبت به آسیب‌‌ها حساس است و دوام آن چقدر است. هر نوع سنگی برای استفاده در فضای بیرون مناسب نیست.

انواع سنگ گرانیت و سوپ استون و همچنین سنداستون‌‌های کوارتزیتی و برود استون  برای این منظور مناسب ترند. سنداستون و لایم استون در دسته سنگ‌‌های نرم قرار می‌‌گیرند (لوودس و همکاران 2014).

درزها و روش‌های درزگیری

سیلانت‌‌ها همیشه به ویژه در سازه‌‌های سنگی قدیمی استفاده می‌‌شده‌‌اند. در حال حاضر، نمای سنگ اغلب سازه‌‌های نازک روکش‌‌دار هستند و با استفاده از روش‌‌های دیگر غیر از سیلانت نصب می‌‌شوند.

همان گونه که مطالعات نشان می‌‌دهند اثر سیلانت‌ها در نصب سنگ‌ها به یکدیگر مهم است. اکثر بناهای سنگی قدیمی در فنلاند شامل قلعه‌‌ها، باروها و کلیساها سنگی هستند.‌‌

این بناها طی قرن‌‌ها چندین بار گسترش و تغییر یافته و بازسازی شده‌‌اند. مواد مختلف سیلانت و سایر روش‌‌های ساختاری در دوره‌‌های مختلف استفاده شده است. به عنوان مثال، ملات سیمان و بتن در بازسازی اولاوینلینا Olavinlinna  در 1950 استفاده شد، در حالی که در 1970، 1980  و 1990 ملات پارمو استفاده شد (ون کونو von Kono, 2009, 2).

اولین بازسازی دیوار در Suomenlinna در 1920 و 1930 انجام شد. ملات مورد استفاده در آن زمان دارای مقدار زیادی سیمان بود تا حدی که بازسازی آن بسیار سخت شد. در دهه 1970 از ملات پارمو استفاده شد که حاوی سیمان به عنوان ماده اتصال دهنده بود و بتونه آهک به مجموعه سنگ خشک اضافه شده بود.

پروفور Porophore  نیز به ملات اضافه شد تا متخلخل تر شود، اما دیگر به عنوان یک ملات متخلخل و “اتصال ضعیف” در وسط دیوار سنگی قدیمی عمل نمی‌‌کرد، و مانند سنگ مصنوعی می‌‌شد.

به علاوه، آبی که به داخل دیوار نفوذ کرده بود در ملات آهکی متخلخل و ضعیف تر جمع می‌‌شد و به سنگ آسیب می‌‌رساند، بنابراین استفاده از ملات پارمو از آن زمان متوقف شده است(ون کونو 2006, 91 – 92).

در مطالعاتی که درمورد ملات مورد استفاده در اولاوینلینا انجام شده، مشخص شده است که در پشت درزهای دیواری که با استفاده از ملات پارمو بازسازی شده‌‌اند، به جای ملات سخت، ماسه مرطوب وجود داشته است. بین ملات مرمت و سنگ طبیعی شکاف‌‌هایی ایجاد شده بود و باران و بادهای شدید احتمالاً آب را به داخل دیوار روانه کردند (ون کونو von Kono, 2009, 2,11).

ملات پارمو، ملات ترمیمیOL ‐ 10، ملات سیمانی بسیار بادوام است اما طبق مطالعات انجام شده با ملات آهک قدیمی نیز سازگاری دارد. ریزساختار آن بسیار متراکم است و در برابر یخ زدگی بسیار مقاوم است اما آب احتمالی که وارد دیوار می‌‌شود به دلیل چگالی ملات نمی‌‌تواند خارج شود.

ملات سیمان به وضوح متراکم‌‌تر از ملات آهک است‌‌، آهک کربنات شده مملو از نودول است و بنابراین هرگز نمی‌‌تواند به طور کامل در برابر آب مقاوم باشد (ون کونو 2009, 10 – 11).

مشخص شده است که آب محبوس در دیوار به ملات‌‌هایی که ضعیف‌‌تر از ملات پارمو هستند آسیب می‌‌رساند و آن را  متلاشی می‌‌کند. بر اساس پژوهش‌‌های انجام شده، ممکن است ملات ضعیف‌‌تری که آب را به راحتی جذب می‌‌کند از آب اشباع شده و در نتیجه در دمای انجماد آسیب ببیند. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، ملات آسیب دیده مقاومت خود را از دست می‌‌دهد و بیشتر شبیه ماسه می‌‌شود (ون کونو 2009, 11).

شرایط آب و هوایی فنلاند ایجاب می‌‌کند که ملات مورد استفاده مقاوت خوبی در برابر یخ زدگی داشته باشد. اگر آبی در نودول باقی نماند، ملات‌‌های آهک در برابر آب مقاومت می‌‌کنند.

نودول‌هایی که در مرحله سفت شدن ملات ایجاد می‌‌شوند ممکن است  فشار آب باقیمانده در حفره‌‌ها را در هنگام یخ زدن دریافت کنند. مطالعات نشان داده است یکی از دلایل مقاومت و دوام ملات‌‌های قدیمی وجود برخی از عوامل پیوندی کربن‌‌دار است که در برخی شرایط ممکن است مجدداً به صورت تدریجی یا مکرر حل شده و متبلور شوند.

این پدیده به عنوان تبلور مجدد شناخته می‌‌شود و باعث افزایش چگالی و مقاومت ملات می‌‌گردد. شرایط آب و هوایی در حین کار نیز بر عملکرد سازه تأثیر می‌‌گذارد.

هوای گرم و آفتابی باعث خشک شدن سریع ملات و ترک خوردن آن می‌شود. آب و هوای بسیار مرطوب و بارانی باعث ایجاد لایه‌‌ای از آب در سطح مشترک ملات و پایه آن می‌‌شود که از چسبیدن ملات جلوگیری می‌‌کند(هولوپانین و هلاما Holopainen and Helama 2012, 3).

پژوهشی در مورد مکانیسم‌‌های آسیب نمک در ساختمان تنایل ون فرسن Tenaille von Fersen در سوئوملینا Suomenlinna انجام شده است (ون کونو و همکاران 2002).

بنای مورد بحث نیمه آجری-نیمه سنگی است، اما بسیاری از مسائل اساسی مهندسی سازه، مانند چشم اندازهای مقاوم سازی، می‌‌تواند به عنوان دستورالعمل‌‌های ساختمانی در سازه‌‌های سنگی به طور گسترده تری مورد استفاده قرار گیرد.

مشکلات ناشی از نمک در حال حاضر در انواع ساختمان‌‌ها و سازه‌‌ها بسیار رایج است (ون کونو2002, 15) نمک می‌‌تواند از آب‌های زیرزمینی، هوا (به عنوان مثال با آلودگی هوا یا محل ساخت و ساز در نزدیکی دریا قرار داشته باشد)، سیلانت‌‌ها یا سایر عوامل مورد استفاده در ساخت و ساز و یا محصولات اورگانیک (فضولات انسانی و حیوانی) وارد سازه سنگی گردد (ون کونو 2002, 113 ‐ 114).

هنگامی که دیوارهای فروریخته قلعه سنگی در لوویسا Loviisa در سال 2007 بازسازی شد، توجه ویژه‌‌ای به انتخاب ملات شد تا اطمینان حاصل شود که سازه‌‌ها به بهترین شکل ممکن خواهند بود. در مطالعات انجام شده قبل از مرمت مشخص شد که ملات اصلی ملات آهک بوده و ملات مورد استفاده در تعمیرات قبلی ملات سیمانی بوده که به اندازه ملات آهک هیدرولیک الاستیک نیست.

از طرف دیگر ملات سیمان نسبت به ملات آهک در برابر آب مقاومتر است. دو نوع ملات در ترمیم 2007 مورد استفاده قرار گرفت: ملات محافظ که از آهک هیدرولیک و سنگدانه خشک شامل ماسه و سنگ خرد شده ساخته شده بود در حفره‌‌ها و بالای دیوار بکار رفته بود. علاوه بر نوع اول، از ملات هیدرولیک آهک نیز که از دو عامل اتصال دهنده، بتونه آهک و آهک هیدرولیک و سنگدانه خشک تشکیل می‌‌شد استفاده گردید. بتونه آهک از آهکی که در مجاورت هوا سخت می‌‌شود ساخته شده است که قبل از استفاده به مدت یک ماه در آب خیس داده می‌‌شود (متسرانتا 2007, 1 Metsäranta).

اهمیت انتخاب درست ملات در بازسازی و طراحی سازه‌‌های سنگی در مطالعه بازسازی اولاوینلینا و قلعه سنگی در لاویسا مشخص می‌‌گردد. در بدترین حالت حتی اگر ملات “ضعیف ترین اتصال” سازه کلی باشد، انتخاب ملات نامناسب ممکن است خسارات زیادی به سازه سنگی وارد کند.

تجربیات مختلف مواد ملات که از سایت‌های مرمت قابل حصول است نیز به عنوان راهنمای خوبی برای طراحی سازه‌‌های جدید به حساب می‌‌آید. پژوهش Suomenlinna نیز اهمیت کنترل رطوبت کلی ساختمان را نشان می‌‌دهد.

درزگیری نماهای جدید تهویه‌‌دار با سیلانت‌‌های الاستیکی انجام می‌‌شود. درزگیری یک کار جداگانه محسوب شده و با استفاده از سیلانت‌‌های متفاوت و توسط تولید‌‌کنندگان مختلف انجام می‌‌شود. سیلانت‌‌های مورد استفاده عبارتند از سیلانت نوار، سیلانت‌‌ منبسط شونده و پرایمرهای (primers) لازم.

سیلانت‌‌ها در واقع ضعیف‌‌ترین پیوند بین سنگ‌‌های نما هستند و  اگر بخشی از آن در اثر کهنه شدن از بین برود این پروژه موفق به اخذ کمک پژوهش از اتحادیه اروپا، فدراسیون روسیه و جمهوری فنلاند شده است.

و یا بین آن‌‌ها فضاهای خالی ایجاد شود ضعیف‌‌تر هم خواهند شد و بر روی رنگ سنگ نیز اثر می‌‌گذارد و باعث تغییر رنگ می‌‌شود. بنابراین سیلانت‌‌ها نیاز به کنترل و مراقبت مداوم دارند و باید در بررسی‌‌های منظمی که انجام می‌‌شود قبل از شروع تخریب، درزگیری مجدد انجام شود.

امروزه در سیستم‌‌های نمای جدیدتر، درزگیری به طور کامل کنار گذاشته شده و از اتصالات نمایان و روکار استفاده شده است.

ادامه ی این مبحث را می توانید در مقاله ویژگی ظاهری سنگ ها و مشخصات فنی آنها دنبال کنید.