آشنایی با انواع سنگ و سنگهای ساختمانی

1.        سنگ                                                                                    

از نقطه نظر زمین شناسی، سنگ به موادی از پوسته زمین اطلاق می‌شود که از یک یا چند کانی که با یکدیگر پیوند یافته‌اند، درست شده‌است. در مقابل خاک توده‌ای از ذرات با دانه‌های منفصل یا دارای پیوند سست است که بر اثر هوازدگی سنگ‌ها و به طور برجا تشکیل شده‌است. لیکن در مهندسی و کارهای ساختمانی قابلیت حفاری مصالح زمین‌شناسی به عنوان شاخصی در طبقه بندی آنها به دو گروه سنگ و خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2.       منشا شکل گیری سنگ‌ها و خرده سنگ‌ها

دو فرایند کوه زایی و کوه سایی در زمین موجب پدید آمدن محصولات سنگی می‌شود.

·         عوامل کوه زایی : فشارهای کره مذاب درون زمین را که به پوسته جامد سطح آن وارد می‌شود را می‌توان عامل فرایند کوه زایی و خشکی زایی نامید.

·         عوامل هوازدگی یا کوه سایی : هر یک از چند روندی را که باعث خرد شدن و تغییر شکل مواد سخت سطح زمین و موادی که با جو در تماس هستند، هوازدگی می‌نامند. عوامل فرسایش یا هوازدگی به دو گروه فیزیکی و شیمیایی تقسیم می‌شوند.

ü      هوازدگی شیمیایی : محصول هیدراتاسیون، انحلال، آبکافت، اکسیداسیون و یا عکس العمل آب‌های اسیدی با املاح تشکیل دهنده سنگ هاست.

ü      هوازدگی فیزیکی : این پدیده توسط عواملی چون یخبندان، تغییرات حرارت در جو و در نتیجه انبساط و انقباض، نیروی جاذبه زمین، رشد گیاهان، باد، جریان آب و عمل جانوران و مانند اینها شکل می‌گیرد و باعث خرد شدن سنگ‌ها و تغییر شکل آنها به دانه‌های ریزتر می‌شود.

3.      ساختمان شیمیایی سنگ‌ها

سنگ‌ها خود از قسمت‌های ساده تری به نام کانی ساخته شده‌اند. کانی‌ها مواد جامد، طبیعی، معمولاً متبلور، غیرآلی، همگن و با ترکیبات شیمیایی مشخص اند. تاکنون بیش از ۳۰۰۰ کانی در طبیعت شناخته شده که تنها حدود ۲۴ کانی در سنگ‌های پوسته زمین فراوان هستند و آنها را کانی‌های سنگ ساز می‌نامند.

4.       طبقه‌بندی شیمیایی سنگ‌ها

چون کانیهای تشکیل دهنده سنگ‌ها متنوع هستند، بسته به میزان وجود بعضی دیگر از ترکیبات شیمیایی که در آنها است سنگ‌ها را به چهار دسته تقسیم می‌کنند:

  • کربنات‌ها
  • سولفات‌ها
  • اکسیدها
  • سیلیکات‌ها

طبقه‌بندی سنگ‌ها از نظر نحوهٔ تشکیل

5.      سنگ‌ها از نظر نحوهٔ تشکیل به سه گروه زیر تقسیم می‌شوند:

  • سنگ‌های رسوبی
  • سنگ‌های آذرین
  • سنگ‌های دگرگون شده

ü      سنگ‌های رسوبی : بعضی از سنگ‌ها بر اثر ته نشین شدن مواد داخل آب به وجود می‌آیند. رودها مقدار زیادی مواد را با خود به دریاها و دریاچه‌ها می‌برند. این مواد به دلیل سنگینی به ته دریا می‌روند. روی هم قرار می‌گیرند و پس از سفت شدن سنگ‌هایی را به وجود می‌آورند که به آنها سنگ‌های رسوبی گفته می‌شود. سنگ‌های رسوبی لایه لایه‌اند که رنگ یا جنس هر لایه با لایه دیگر متفاوت است. سنگ‌های رسوبی در کوه‌های البرز و زاگرس به فراوانی یافت می‌شوند. ریگ، شن و سنگ‌های آهکی نمونه‌هایی از سنگ‌های رسوبی هستند.

ü      سنگ‌های آذرین : گروه دیگری از سنگ‌ها بر اثر سرد شدن مواد بسیار داغ به وجود آمده‌اند که قبلاً در زمین بوده‌اند. دمای اعماق زمین زیاد است و بعضی سنگ‌ها را ذوب می‌کند. این سنگ‌ها در زیر یا سطح زمین دوباره سرد می‌شوند و سنگ‌هایی را به وجود می‌آورند که به آنها آذرین می‌گویند. سنگ‌های کوه‌هایی مانند دماوند و الوند از نوع آذرین است. سنگ‌های آذرین از بلورهای ریز یا درشت تشکیل شده‌اند.

ü      سنگ‌های دگرگون شده : بعضی از سنگ‌های رسویی یا آذرین اگر مدت زیادی در اعماق زمین بمانند، باید فشار و گرمای زیادی را تحمل کنند. این سنگ‌ها مانند آجر پخته می‌شوند و شکل قبلی خود را از دست می‌دهند و به همین دلیل به آنها سنگ‌های دگرگون شده می‌گویند. (مانند سنگ مرمر)

6.       انواع سنگ‌های ساختمانی

این سنگ‌ها در دسته‌های گوناگون و متنوعی نام گذاری می‌شوند که بعضا نام معدن سنگ به عنوان اسم آن استفاده می‌شود.رایج‌ترین سنگ‌های ساختمانی عبارتند از:

  • گرانیت : بيشتر گرانيت ها سخت و چگال هستند و به اين ترتيب جزو مصالح بادوام ساختماني قرار مي گيرند . در برابر نفوذ آب و اثر ضربه مقاومند و محيط هاي صنعتي را به خوبي تحمل مي نمايند . ظاهر گرانيت متأثر از كار انجام شده برروي سطح نهايي آن است كه ممكن است چكشي ، كلنگي ، تيشه اي يا صيقلي باشد. بهترين نماي سنگ گرانيت حالت صيقلي آن است كه زيبايي رنگ و انعكاس كريستال هاي آن را نمايش مي دهد. سطح گرانيت بر اثر حرارت و تفاوت ضريب انبساط و انقباض بين اجزاي كريستالي مختلف آن به صورت سوخته در مي آيد.
    استفاده تلفيقي از گرانيت صيقلي و سوخته در ساختمان به علت تضاد، زيبايي جالبي پديد مي آورد. در ايران معادن بسياري وجود دارد كه سنگ هاي گرانيت با رنگ هاي مختلف از آنها استخراج مي شوند. سنگ گرانيت به علت هزينه سنگين استخراج، برش و صيقل ، نسبتاًگران است به همين دليل بيشتر در نماي ساختمان هاي مهم به كار برده مي شود . از اين سنگ براي كف سازي ، پياده روسازي و راه سازي نيز استفاده مي گردد.
  • ماسه سنگ‌ها : ته نشست هاي ماسه اي را كه به يكديگر به كمك كربنات كلسيم ، سيليس ، اكسيد آهن و دولوميت به يكديگر چسبيده اند ،به ترتيب ماسه سنگ آهكي ، سيليسي ، اكسيد آهن و دولوميتي مي نامند . بر اساس طبيعت ماسه رسوبي اوليه ، ماسه سنگ ها ممكن است داراي بافت نرم يا خشن باشند . از نظر رنگ بر اساس ماده چسبنده طيفي از رنگ ، سفيد ، نخودي و خاكستري تا قهوه اي و قرمز را در بر مي گيرند . عموماً در برابر يخ بندان مقاومند. سطح نهايي آنها به صورت چكشي ، كلنگي و تيشه اي قابل مصرف است و براي نصب آنها  از ابزار غير آهني استفاده مي شود.
  • سنگ‌های آهکی : : اين نوع م سنگ ها در محيط هاي اسيدي مقاوم نيستند . اين شرايط كربنات كلسيم موجود در آنها را تحليل برده و سنگ متلاشي مي شود . كلسيت خالص سفيد است بنابراين سنگ آهكي نيز سفيد است .
  • کوارتزیت
  • سنگ‌های رسی
  • تراورتن

7.      مشخصات کلی انتخاب سنگ برای مصارف ساختمانی : سنگ‌های مورد استفاده در کارهای ساختمانی باید دارای مشخصات زیر باشند:

۱- بافت سنگ باید ساختمانی سالم داشته باشد، یعنی بدون شیار، ترک و رگه‌های سست باشد (کرمو نباشد)

۲- بدون هرگونه خلل و فرج باشد

۳- پوسیدگی نداشته باشد

۴- یکدست، یکنواخت و همگن باشد

۵- سنگ ساختمانی نباید آب زیاد جذب کند، لذا نباید:

الف- در آب متلاشی یا حل شود

ب- تمام یا قسمتی از آن بیش از ۸ درصد وزن خود آب بمکد

۶- سنگ ساختمانی نباید آلوده به مواد طبیعی و مصنوعی باشد

۷- سنگ باید شرایط فیزیکی و شیمیایی محیط را تحمل کند، لذا باید:

الف- در برابر باد، یخبندان، تغییرات دما و در صورت وجود جریان آب در مقابل آن و کلیه عوامل فرسایش مقاومت کند

ب- در برابر محیط‌های شیمیایی اسیدی و قلیایی و همچنین عمل آبکافت و اکسیداسیون مقاومت کند

۸- مقاومت فشاری برای قطعات باربر نباید کمتر از ۱۵۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع باشد

۹- در مقابل سایش مقاوم باشد

8.      تقسیم بندی سنگهای ساختمانی

ü      بر اساس وزن مخصوص : سنگهای سنگین وزن ، سنگهایی که وزن مخصوص آنها بیش از 1.8 گرم بر سانتی متر مکعب است و سنگهای سبک ، دسته‌ای از سنگها هستند که وزن مخصوص آنها کمتر از 1.8 گرم بر سانتی متر مکعب می‌باشد.

ü      بر اساس مقاومت فشاری : سنگهای سنگین که مقاومت فشاری آنها از 100تا 1000 مگا پاسکال است. و سنگهای سبک که مقاومت فشاری آنها از 4 تا 200 مگا پاسکال است.

ü      بر اساس ضریب نرم شدگی : اگر مقدار این ضریب از 0.6 تا 1 باشد از آن برای احداث ساختمان استفاده می‌شود.

9.       سنگهای پی و دیوار در زیر سطح زمین

در پی ساختمانها و بخشی از دیوارها که در زیر سطح زمین قرار دارند از سنگهای آذرین و رسوبی که ضریب نرم شدگی آنها بیش از 0.7 باشد، استفاده می‌گردد. نداشتن کانیهای رسی یا قطعات غیر همگن و درزه و شکاف در اینگونه سنگها ضروری است.

10.     دیواره‌های سنگی

از سنگهای آذرین ، رسوبی یا دگرگونی که دارای ویژگیهای زیر باشند در دیوارهای سنگی استفاده می‌شود.

·         مقاومت فشاری بین 0.4 تا 50 مگاپاسگال باشد.

·         وزن مخصوص آن 0.9 تا 2.2 باشد.

·         ضریب نرم شدگی آن بین 0.6 تا 0.7 باشد. و نیز سنگ هوازده نباشد.

11.     سنگ نما و کف

سنگهای آذرین ، دگرگدنی و رسوبی که دارای این ویژگیها باشند، به عنوان سنگ نمای ساختمان بکار می‌روند.

·         مقاومت فشاری آن بیش از 5 مگا پاسکال باشد.

·         ضریب نرم شدگی بین 0.7 تا 0.9 باشد.

·         نداشتن درزه و شکاف در سنگ.

·         نبود کانیهای رسی و مواد قابل حل در سنگ.

·         نبود حالت هوازدگی.

·         داشتن رنگ مرغوب.

12.    سنگهای قابل مصرف در راه سازی

سنگها در راه سازی مصارف متعدد دارند که از جمله این موارد پل سازی ، زیر سازی ، سنگفرش ، زیر ریل آهن و غیره است. انواع سنگهای آذرین ، دگرگونی و رسوبی که واجد خصوصیتهای زیر باشند، در راه سازی قابل استفاده خواهند بود.

·         مقاومت فشاری بیش از 100 مگا پاسکال

·         ضریب نرم شدگی بیش از 0.9

·         میزان جذب آب ، کمتر از 1 درصد

·         وزن مخصوص بیش از 2.3 گرم بر سانتیمتر مکعب.

·         مقاومت ضربه‌ای آن 15 کیوگرم نیرو بر سانتیمتر مکعب باشد.

·         نداشتن کانیهای رسی ، گچ و مواد قابل حل در آب.

·         عدم آلتراسیون و هوازدگی در سنگ.

13.   سنگهای قابل استفاده در تونلها و محیطهای آبی.

در تونلها از گرانیت ، دیوریت ، گابرو و یا بازالت که مقاومت فشاری آنها از 100 مگا پاسگال باشد، استفاده می‌کنند. ویژگیهای سنگهای مصرفی در محیط آب به شرح زیر است.

·         نداشتن کانیهای رسی ، گچ و مواد محلول در آب.

·         همگن بودن سنگ.

·         داشتن مقاومت در برابر فشارهای بالا.

14.    سنگهای مقاوم در برابر محلولها و حرارت

سنگهایی که در برابر اسیدها مقاومند، عبارتند از گرانیت ، دیاباز ، دیوریت ، کوارتزیت و بازالت. سنگهای مقاوم در برابر محلولهای قلیایی عبارتند از سنگ آهک ، دولومیت ، سنگ مرمر و منیزیت. سنگهایی که در شرایط حرارت بالا مقاوم هستند عبارتند از بازالت ، دیاباز و توف. ویژگی مهم این سنگها داشتن مقاومت فشاری بیش از 100 مگا پاسگال است که میزان جذب آن حداکثر به 1 در صد می‌رسد.

15.   شكل طبيعي سنگ ها
سنگ ها از نظر شكل طبيعي به گروه هاي زير تقسيم مي شوند :

ü      سنگ هاي رودخانه اي : اين سنگ ها در جريان غلتيدن در مسير رودخانه و برخورد با يكديگر و بر اثر عمل فرسايش ، گوشه هاي تيز و لبه دارشان را از دست مي دهند و سطح آنها تقريبا صاف و صيقلي مي گردد . قلوه سنگ رودخانه اي از اين دسته است كه حداقل قطري برابر 5 سانتي متر دارد . كوچك ترين قلوه سنگي كه در ديوارسازي به كار مي رود معمولاً قطري در حدود 15 سانتي متر دارد . اندازه هاي كوچك تر به عنوان پركننده مورد استفاده قرار مي گيرند.

ü      سنگ هاي كوهي : اين سنگ ها بيشتر لبه تيز هستند و مستقيماً از معدن سنگ استخراج مي شوند . در روند عمليات استخراج ، به شيوه هاي گوناگون قطعات بزرگ سنگ را از كوه جدا نموده و براي آماده سازي به كارخانه حمل مي كنند . به اين قطعات اصطلاحاً سنگ قلوه مي گويند . بايد توجه داشت سنگ هايي كه به طور طبيعي از كوه جدا و در دامنه انباشته مي شوند ، در بيشتر موارد با توجه به تاثير عوامل هوازدگي بر آنها، در عمليات ساختماني به كار برده نمي شوند .

ü      سنگ هاي لاشه : اين سنگ ها در نتيجه عمل انفجار  يا پس از خردكردن قطعات بزرگ تر سنگ به دست مي آيند و شكل خاص و سطوح مشخصي ندارند . استفاده از سنگ لاشه بدون اين كه گوشه هاي تيز ولبه دار آن گرفته شود مجاز نيست، مگر با ابعاد كوچك تر از 15 سانتي متر كه به عنوان پركننده از آن استفاده مي شود.

سنگ لايه لايه يا تخته اي : اين سنگ ها استحكام چنداني ندارند و حداقل ضخامت آنها در كارهاي بنايي نبايد كمتر از 8 سانتي متر باشد.