آشنایی با سنگ گرانیت

مقدمه

اصطلاح سنگ‌‌های آذرین اسیدی به گروهی از سنگ‌‌های آذرین گفته می‌‌شود که دارای حداقل 10 کوارتز در ترکیب کانی‌‌شناسی خود باشند. گرانیت و گرانودیوریت فراوان‌‌ترین سنگ‌‌های آذرین اسیدی دورنی هستند (همام، 1390). سنگ گرانیت یک سنگ تمام بلورین، غنی از عناصر قلیایی و اشباع از سیلیس است.

منشا سنگ گرانیت

از نگاه علم زمین‌‌شناسی، سنگ گرانیت یا سنگ خارا در گروه سنگ‌‌های آذرین بیرونی قرار می‌‌گیرد. سنگ‌‌های آذرین بر اساس نحوه‌‌ی جایگیری ماگما یا همان ماده‌‌ی مذاب اولیه‌‌ی تشکیل‌‌دهنده‌‌ی سنگ‌‌های آذرین، به سه گروه درونی، بیرونی و حدواسط تقسیم می‌‌شوند.

در انواع دورنی مانند: گرانیت، ماگما در لایه‌‌های زیرین سطح زمین جایگیر شده و به تدریج سرد و سخت می‌‌شود. در این حالت، به علت سرد شدن تدریجی ماگما در لایه‌‌های زیرین، بلورهای تشکیل دهنده‌‌ی سنگ فرصت رشد مناسبی خواهند داشت و سنگ گرانیت بلورهایی خواهد داشت که با چشم غیرمسلح نیز قابل مشاهده هستند.

چنین حالتی در گرانیت‌‌هایی با بافت به اصطلاح دانه‌‌شکری مانند: گرانیت‌‌های نطنز و بروجرد نمود عینی دارد. اگر عمق جایگیری ماگما کمی بیشتر باشد و ماگما نیز غنی از عناصر فلزی و غیر فلزی باشد، سرعت سرد شدن سنگ کمتر شده و فرایند سنگ‌‌شدگی به کندی پیش خواهد رفت؛ در نتیجه بلورهایی درشت‌‌تر از حالت عادی تشکیل می‌‌شوند.

این نوع از گرانیت‌‌ها که دارای بافت پورفیری هستند و در صنعت سنگ به سنگ‌‌های پروفیری معروف می‌‌باشند، دارای بلورهای درشتی هستند که در علم زمین‌‌شناسی تحت عنوان پگماتیت شناخته می‌‌شوند. مثال آشنای این نوع گرانیت، گرانیت پورفیری مشهد است.

در پگماتیت گرانیت‌‌ها که از آن‌‌ها به عنوان گرانیت‌‌های غول‌‌ (Giant Granites) نیز نام برده شده است، قطر بلورها معمولاً بیشتر از 250 میلی‌‌متر است (همام، 1390). پگماتیت‌‌های بسیار غنی از عناصر و فلزات کمیاب هستند. در حالت بعدی، اگر ماگمای سرد شوند زیر سطح زمین اما در عمق بسیار کم جایگیر شود، فرآیند سرد شدن و سنگ‌‌شدگی با سرعت بیشتری انجام خواهند شد و در نتیجه گرانیت‌‌های ریزدانه تشکیل می‌‌شوند.

ویژگی‌‌های کانی‌‌شناختی

از نگاه علمی، گرانیت به آن دسته از سنگ های آذرین بیرونی گفته می‌‌شود که دارای ترکیب شیمیایی اسیدی هستند و معمولاً زمینه‌‌ی روشنی دارند.

به طور معمول، گرانیت‌‌ها از کانی‌‌های اصلی کوارتز، فلدسپار، میکا و آمفیبول تشکیل می‌‌شوند. کانی کوارتز یک کانی بی‌‌رنگ متمایل به سفید است که سختی بسیار بالایی نیز دارد.

فلدسپار نیز به دو نوع پتاسیم فلدسپار و سدیم فلدسپار در سنگ‌‌های آذرین حضور دارند. وجود سدیم فلدسپار از جمله کانی پلاژیوکلاز در گرانیت باعث ایجاد رنگ خاکستری تا طوسی در سنگ می‌‌شود اما حضور پتاسیم فلدسپار در گرانیت مانند: کانی ارتوکلاز، رنگ گرانیت را به دامنه‌‌ای از صورتی تا سرخ تغییر خواهد داد.

دسته‌‌ی سوم از کانی‌‌ها یعنی میکاها که در گرانیت به صورت کانی‌‌های بیوتیت و مسکوویت دیده می‌‌شوند، از آنجایی که دارای ترکیبات آهن و سایر فلزات در خود هستند، به صورت بلورهای مشکی و دارای شکل نسبتاً منظم در بافت گرانیت دیده می‌‌شوند.

لوکوربوزیه معمار مشهور فرانسوی

گذشته از کانی‌‌های یاد شده که به عنوان کانی‌‌های اصلی شناخته می‌‌شوند، کانی‌‌های فرعی دیگری نیز ممکن است در ترکیب گرانیت حضور داشته باشد که هر یک عامل ایجاد رنگ‌‌های متنوع در گرانیت هستند.

کانی‌‌های مگنتیت، آپاتیت، روتیل، زیرکن و توپاز از آن جمله می‌‌باشند. هم‌‌چنین محصول نهایی فرآیند دگرسانی در گرانیت‌‌ها کانی‌‌های کوئولن، سرسیت، زئولیت و کلریت است که ممکن است در این سنگ‌‌ها دیده شود. دگرسانی یک فرایند هوازدگی شیمیایی است که در آن کانی فلدسپار در گرانیت به تدریج
تخریب شده و به کانی‌‌های رسی تبدیل می‌‌شود.

ویژگی‌‌های ترک‌‌شناسی گرانیت

گرانیت با وجود مقاومت و سختی قابل توجهی که دارد، از جمله سنگ‌‌هایی است که بسیار مستعد ترک خوردگی و خرد شدن می‌‌باشند. ترک‌‌های یاد شده که دارای مقیاس بسیار کوچک و میکروسکوپی هستند، تحت عنوان ریزترک یا Microfracture شناخته می‌‌شوند.

ریزترک‌‌های موجود در سنگ گرانیت، از لحاظ منشا به دو نوع کلی تقسیم می‌‌شوند:

ترک‌‌های اولیه: این ترک‌‌های حین سرد شدن ماگما و تشکیل گرانیت ایجاد می‌‌شوند.
ترک‌‌های ثانویه: این ترک‌‌ها، پس از سرد شدن ماگما و تشکیل گرانیت ایجاد می‌‌شوند که هم می‌‌توانند عامل طبیعی داشته باشند مانند: تاثیر تغییرات دمای محیطی و هم‌‌توانند عامل غیر طبیعی داشته باشند مانند: ایجاد ریزترک‌‌ها در سنگ به دلیل آتش‌‌سوزی ساختمان‌‌ها.

دلیل این ویژگی را باید در وضعیت کانی‌‌شناسی و بافتی سنگ گرانیت جستجو کرد. گرانیت برخلاف سنگ‌‌های کربناته، دارای ترکیب متنوع و متفاوت از کانی‌‌ها است. همین موضوع باعث شده تا این سنگ وضعیت کانی‌‌شاختی یکدستی نداشته باشد؛ برخلاف سنگی مانند: مرمریت که عمدتاً از کربنات کلسیم تشکیل می‌‌شوند.

با توجه به موارد عنوان شده، آنچه بیش از همه در ترک خوردن و تخریب سنگ گرانیت موثر است، تاثیر تغییرات دمایی و حرارت می‌‌باشد.

در توضیحی دقیق‌‌تر، کانی کوارتز دارای بیشترین ضریب انبساط حرارتی است. این بدان معناست که اگر سنگی دارای درصد زیادی از کانی کوارتز باشد، طی افزایش حرارت، افزایش حجم بیشتری نیز خواهد داشت.

در سنگی مانند: گرانیت، به دلیل اینکه کوارتز در کنار کانی‌‌های دیگر حضور دارد که این کانی‌‌ها هر یک دارای ضریب انبساط حرارتی متفاوتی هستند، در نتیجه در اثر افزایش دما، افزایش حجم کانی‌‌ها یکنواخت نبوده و سنگ دچار ترک‌‌خوردگی می‌‌شود. این ترک خوردگی در هنگام سرد شدن سنگ نیز ایجاد می‌‌شود که به دلیل کاهش حجم غیر یکنواخت کانی‌‌ها است.

بدین ترتیب ملاحضه می‌‌شود، سنگ گرانیت که در ابتدای کار دارای مقاومت بسیار خوبی است، ممکن است به تدریج مقاومت خود را از دست داده و خرد شود. این به دلیل گسترش بیشتر ترک‌‌های داخل بافت گرانیت است که به مرور زمان، مقاومت و دوام سنگ را کاهش می‌‌دهد. لذا استفاده از این سنگ در نمای بیرونی ساختمان‌‌ها که بیشتر تحت تاثیر تغییرات دمایی است، پیشنهاد نمی‌‌شود.

ویژگی‌‌های فیزیکی و مکانیکی گرانیت

گرانیت به طور معمول یکی از سخت‌‌ترین و مقاوم ترین سنگ‌‌های ساختمانی است. ویژگی‌‌های فیزیکی و مکانیکی این سنگ به شدت تحت کنترل بافت، کانی‌‌شناسی و هم‌‌چنین هوازدگی است. در نتیجه با آنکه گرانیت به سختی و دوام زیاد معروف است، ممکن است گاهی مقاومت ضعیفی داشته باشد.

مرمریت نرو مارکینا یک سنگ لوکس از اسپانیا

در جدول فوق، دامنه‌‌ی وزن واحد حجم (دانسیته)، مقاومت فشاری تک محوره و درصد جذب آب سنگ‌‌های ساختمانی مختلف ارائه شده است؛ همانطور که مشاهده می‌‌شود، گرانیت دارای بیشترین مقاومت است (criticalconcrete.com).

تاثیر کانی‌‌شناسی: چنانچه گرانیت دارای درصد کوارتز بیشتری باشد، مقاومت و دوام سنگ نیز افزایش پیدا می‌‌کند زیرا مقاومت کانی کوارتز در برابر هوازدگی‌‌های فیزیکی و شیمیایی بسیار بالاست.
فلدسپار یکی از کانی‌‌های مهم گرانیت است. این کانی به مرور زمان به علت هوازدگی و فرآیندی تحت عنوان دگرسانی تخریب شده و به کانی‌‌های رسی تبدیل می‌‌شود. این حالت، سطح گرانیت که در ابتدا سفید بوده، به تدریج کدر شده و جذب آب و تخلخل نیز کمی افزایش پیدا می‌‌کند.
به تبع آن، مقاومت و دوام سنگ نیز کمتر می‌‌شوند. حضور کانی‌‌های ضعیف‌‌تر مانند: میکاها و آمفیبول در ترکیب سنگ، ممکن است دوام سنگ را به تدریج کاهش دهد. به همین دلیل استفاده از این سنگ در نمای خارجی توصیه نمی‌‌شود زیرا در این صورت تاثیر هوازدگی ناشی از عواملی چون بارش زیاد بوده و تخریب بافت سنگ و کاهش مقاومت آن را به دنبال دارد.
تاثیر اندازه بلورها: در یک نگاه کلی، هرچه اندازه‌‌ی بلورهای سنگ ریزتر باشد، مقاومت سنگ نیز بیشتر خواهد بود. به عبارت دیگر، مقاومت سنگ‌‌های گرانیت دانه شکری بیشتر از انواع پورفیری است. این پدیده، به علت افزایش سطح تماس موثر بین بلورهای ریزدانه نسبت به درشت دانه است.
تاثیر ریزترک‌‌ها: چنانچه سابقاً گفته شد، وجود و گسترش ریزترک‌‌های اولیه و ثانویه در بافت گرانیت، مقاومت و دوام سنگ را کاهش می‌‌دهد.

آیا هر گرانیتی، گرانیت است؟ !

نکته‌‌ای که باید به آن توجه کرد، تعریف سنگ گرانیت است. بر اساس تعریف علمی، گرانیت یک سنگ آذرین درونی اسیدی است که دارای درصد مشخصی از کانی‌‌های اصلی به ویژه کوارتز می‌‌باشد.

اما در بازار تجاری، گاهی چنین نگاهی صادق نیست. به عبارت دیگر، حتی معادل‌‌های آذرین بیرونی سنگ گرانیت که ریولیت است نیز چنانچه از لحاظ زیبایی‌‌شناختی و دوام قابل قبول باشد، به عنوان سنگ ساختمانی گرانیت معرفی می‌‌شود.

دیوریت، گرانودیوریت، گابرو، آندزیت، سینیت و غیره از انواع سنگ‌‌های آذرین هستند که ممکن است با نام گرانیت در بازار تجاری عرضه شوند.

البته موضوع گاهی از این نیز فراتر می‌‌رود. گاهی انواع سنگ‌‌های دگرگونی نیز ممکن است به عنوان گرانیت معرفی شوند.

مثال شناخته شده برای این وضعیت، گرانیت جنگلی بیرجند است که از نگاه علمی نوعی سنگ دگرگونی شیست سبز است. از سویی دیگر، برخی از انواع سنگ‌‌های رسوبی خاص که عمدتاً وارداتی هستند نیز گاهی تحت عنوان گرانیت معرفی می‌‌شوند که از آن جمله می‌‌توان به برخی ماسه ‌‌سنگ‌‌ها با فرآوری‌‌های خاص اشاره کرد.

مواد مورد استفاده در تابوت های مصر باستان

عکی نمونه ماسه سنگ — نمونه‌‌ای از ماسه‌‌سنگ‌‌ها که به عنوان گرانیت معرفی شده است

مزایای نسبی گرانیت

مقاومت و سختی زیاد؛ گرانیت به دلیل داشتن مقادیر زیاد کانی کوارتز و هم‌‌چنین بافت بلورینِ متراکم، معمولاً بسیار مقاوم و سخت بوده و دوام زیادی دارد.
بافت یکنواخت؛ بافت بلورین گرانیت کاملاً منحصر بفرد است که زیبایی خاصی به آن می‌‌دهد. این بافت بلورین می‌‌تواند اندازه‌‌های مختلفی نیز داشته باشد. از سویی دیگر، این سنگ به واسطه‌‌ی نداشتن بازی رنگ و یکنواخت بودن، بهترین گزینه برای استفاده در مکان‌‌هایی است که نیاز به وجود سنگ‌‌های یک دست می‌‌باشد.
تنوع رنگی؛ گرانیت‌‌ها تنوع رنگی زیادی از سفید، خاکستری، طوسی تا صورتی و سرخ دارند که از جهت مورد توجه معماران و طراحان است.
دوام زیاد؛
جذب آب کم؛
مقاومت مناسب برابر فشار و ضربه.

معایب گرانیت

سنگ گرانیت دارای معایب خاص خود نیز است؛ از جمله:

دانسیته‌‌ی زیاد؛ تراکم بالای بافت گرانیت در کنار حضور عناصر فلزی در کانی‌‌های این سنگ، باعث شده تا دانسیته‌‌ی سنگ افزایش پیدا کند. این موضوع باعث می‌‌شود تا گاهی مشکلاتی برای نصب این سنگ به خصوص در اندازه‌‌های بزرگ و طبقات بالای ساختمان‌‌ها پیش آید.
زنگ‌‌‌‌زدگی؛ از مهم‌‌ترین معایب گرانیت، زنگ زدن قسمت‌‌هایی از سنگ در مواجهه با هوای آزاد است. این زنگ زدگی به علت هوازدگیِ کانی‌‌های آهن‌‌دار اتفاق می‌‌افتد. کانی‌‌هایی چون بیوتیت و مگنتیت به علت دارا بودن عناصر فلزی، به مرور زمان هوازده شده و رنگ آن‌‌ها به زرد تا قرمز متمایل می‌‌شود.
ترک خوردن در مواجهه با حرارت؛ سنگ گرانیت به علت نداشتن وضعیت کانی‌‌شناسی یکدست، در برابر حرارت می‌‌تواند دچار ترک خوردگی شود.
مقاومت نسبتا کم مقابل هوازدگی شیمیایی؛ تاثیر نزولات جوی و اکسیژن هوا، باعث می‌‌شود کانی فلدسپار در گرانیت به تدریج هوازده شده و سطح سنگ به حالت براق خود را تا حدودی از دست دهد.
برش و ساب‌‌پذیری سخت؛ گرانیت به علت دارا بودن کانی کوارتز، در مقابل برش و ساب خوردن مقاومت قابل توجهی دارد و سرعت برش در این سنگ کمتر از سنگی چون مرمریت است.
چسبندگی کم؛ به علت وجود خلل و فرد محدود در گرانیت، چسبندگی و گیرایی آن با ملات طی فرآیند نصب، اندک است.

کاربرد سنگ گرانیت

از جمله کاربردهای گرانیت با سطح ناهموار یا پرداخت شده می‌‌توان به مواردی مانند: سنگ پله، سنگفرش پیاده‌‌رو، پیشخوان آشپزخانه، کفپوش، دیوار پوش، سینک روشویی، سینک آشپزخانه و محوطه‌‌سازی اشاره نمود.