سنگ
سنگ به موادی از پوسته زمین گفته می‌شود که از تركيب یک یا چند نوع کانی با یکدیگر تشكيل می‌شوند.
معرفی کانی‌ها
هر کانی متشکل از يک يا چند نوع عنصر است که در طبیعت بهم پیوسته و جامدی متبلور و غیرآلی را به وجود آورده‌اند. به طور كلی می‌توان گفت كه هر كانی بايد دو ويژگی داشته باشد : « جامد » باشد و « طبیعی ». هر كانی دارای ساختار درونی مشخص است که در آن اتم ها به نسبت‌های معینی وجود دارند و طبق الگوی هندسی منظمی در کنار هم قرار گرفته‌اند. این نظم اتمی یکی از بارزترین خصوصیت کانی‌ها محسوب می‌شود و در تمام قسمت‌های آنها به طور یکنواخت وجود دارد و اگر تبلور در شرایط ایده آل صورت گرفته باشد ، حاصل آن پدیدار شدن سطوح بلورین کامل خواهد بود. حال اگر چند کانی - از يک نوع يا از انواع مختلف - با هم تركيب شوند ، همانگونه كه گفته شد سنگ به وجود می‌آيد.
شناسایی کانی‌ها به کمک خواص فیزیکی
هر کانی علاوه بر داشتن ساختار درونی معین ، از ترکیب شیمایی مشخص برخوردار است ، که فقط در محدوده معینی تغییر می‌کند؛ بنابراین هر کانی دارای خواص فیزیکی ویژه‌ای است. بیشتر خواص فیزیکی به نحو بارزی ثابت هستند. ساختمان بلورین کانی قابل جانشین شدن توسط اتمهای اصلی هستند و از این نظر به آجرهایی از جنس‌های مختلف می‌ماند که اندازه‌های تقریبا نزدیک هم دارند. بنابراین می‌توانند بدون تغییر شکل خارجی دیـــوار ، در جــای همدیگــر قرار گیــرند؛ به ايــــن جانشینــی « محلول جامد » یا « ایزومورفیسم » می‌گویند. کانی در این حالت درای ساختمان بلورین ثابت اما ترکیبی است ، که در محدوده معینی تغییر می‌کند و بعضی از خواص آن قابل تغییر است.
مهمترین خواص فیزیکی و روشهای شناسايی كانیها :
1- شكل بلور
۲- سختی
۳- رنگ كانی
۴- رنگ شعله
۵- واكنش پذيری
۶- جلای مرواریدی
۷- زاويه شكستگی كانی
چند نوع کانی
کوارتز : یکی از فراوانترین کانیهای پوسته زمین است ، که جزء اصلی بسیاری از انواع سنگها (آذرين ، رسوبی ، و دگرگونی) می‌باشد. خوشه‌ی بلورهای کوارتز معمولا به صورت گروه‌هایی از منشورهای باریک شش وجهی - با نوک هرمی - تشکیل می‌دهند. كوارتز يک كانی تقريبا بی‌رنگ و شفاف است.
فلنیت : يک سنگ آتش زنه و به رنگ صدفی است.
آگات : نوعی کالسدونی است ، که به علت تناوب رسوب‌گذاری لایه‌های رنگی وجود دارد.
فلدسپات‌ها : سیلیکات‌هایی از پتاسیم و سدیم و کلسیم بوده و از نظر خواص فیزیکی و شکل ظاهری بسیار شبیه هم هستند. فلدسپات‌ها را به دو زیر گروه پلاژیوکلاز (فلدسپات‌های منيزيم دار) و ارتوكلاز (فلدسپات‌های پتاسیم دار) تقسیم می‌كنند. رنگ پلاژيوكلازها سفيد تا خاكستری كمرنگ و رنگ ارتوكلازها كرم روشن تا صورتی است.
بیوتیت‌ها : یکی از انواع میکاها هستند كه دارای رخ کامل و جلای مرواریدی شیشه‌ای هستند. همچنین ورقه‌های جدا شده ، دارای قابلیت انعطاف هستند و رفتاری لاستیکی دارند. اين نوع كانیها سختی کمی دارند.
تالک : یک کانی ثانویه است؛ بدین معنی که در نتیجه دگرسانی کانیهای سیلیکانی منیزیم دار (مثل اولیوین و پيروکسن و آمفیبول) تشکیل می‌شود.
تفاوت سنگ با خاک
در علم زمين شناسی ، سنگ به موادی از پوسته‌ی زمين اطلاق می‌شود که از تركيب یک یا چند نوع کانی ، درست شده است ؛ اما خاک توده‌ای از ذرات با دانه‌های منفصل یا دارای پیوند سست است که بر اثر هوازدگی سنگها برجای مانده است. البته در مهندسی و کارهای ساختمانی « قابلیت حفاری مصالح زمین شناسی » به عنوان شاخصی در طبقه‌بندی اين گونه مواد به دو گروه سنگ و خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
منشأ 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 مواد مذاب درون زمین را ، که به پوسته‌ی جامد وارد می‌شود ، می‌توان عامل فرآیند کوه‌زایی و خشکی زایی نامید.
* عوامل کوه سایی يا هوازدگی
هر فرآيندی را که باعث خرد شدن و تغییر شکل مواد سخت سطح زمین (سنگها) شود ، هوازدگی يا كوه‌سايی می‌نامند. عوامل فرسايش یا هوازدگی به دو گروه فیزیکی و شیمیایی تقسیم می‌شوند :
۱- هوازدگی شیمیایی
محصول هیدراتاسیون ، انحلال ، اکسیداسیون و یا عکس‌العمل آب‌های اسیدی با املاح تشکیل‌دهنده سنگها است. در اين نوع هوازدگی تركيب شيميايی سنگها عوض خواهد شد.
۲- هوازدگی فیزیکی
در اين نوع هوازدگی ، سنگها خرد شده و تغيير شكل می‌دهند ، اما تركيب شيميايی آنها بدون تغيير باقی می‌ماند. این پدیده در اثر عواملی چون انجماد آب در داخل درزو شکاف سنگها ، تغییرات دمای شبانه روزی و در نتیجه انبساط و انقباض سنگ ، نیروی جاذبه زمین ، رشد ريشه گیاهان در داخل سنگها ، باد ، جریان آب ، عمل حفاری جانوران خاک زی و حتی فعاليت‌های انسان در زمينه صنعت و بهره‌برداری از منابع زيرزمينی ايجاد می‌شود.
طبقه‌بندی سنگها از نظر تركيب شيميايی
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 :
۱- کربنات‌ها
۲- سولفات‌ها
۳- اکسیدها
۴- سیلیکات‌ها
طبقه‌بندی سنگها از نظر نحوهٔ تشکیل
سنگها از نظر نحوه تشکیل به سه گروه زیر تقسیم می‌شوند :
۱- سنگ‌های آذرين
۲- سنگ‌های رسوبی
۳- سنگ‌های دگرگون‌شده
سنگ‌های آذرین
به آن دسته از سنگهايی كه مستقيما در اثر سرد شدن ماگما (مواد مذاب درون زمین كه از ذوب سنگها حاصل شده است) به وجود می‌آيند ، سنگ آذرين می‌گويند. مواد مذاب گاهی به سطح زمين راه پيدا كرده و در روی زمين سرد می‌شوند (آذرين بيرونی) ، اما گاهی نمی‌توانند به سطح زمين برسند و در درون زمين سرد می‌شوند (آذرين درونی). سنگ‌های آذرین از بلورهای ریز یا درشت تشکیل شده‌اند. گرانيت ، گابرو و بازالت نمونه‌هایی از سنگ آذرين هستند.
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 سخت شدن سنگ‌هایی را به وجود می‌آورند که به آنها سنگ‌های رسوبی گفته می‌شود. سنگ‌های رسوبی لایه لایه هستند ، که رنگ یا جنس هر لایه با لایه‌ی دیگر متفاوت است. سنگ‌های رسوبی در کوه‌های البرز و زاگرس به فراوانی یافت می‌شوند. ماسه‌سنگ ، سنگ نمک (هاليت) ، سنگ گچ (ژيپس) و سنگ‌های آهکی نمونه‌هایی از سنگ‌های رسوبی هستند.
سنگ‌های دگرگون شده
اگر سنگ‌های آذرین و رسوبی مدت زمان زیادی در اعماق زمین بمانند ، بدون آنكه ذوب شده يا خرد شوند ، در اثر فشار و گرمای زیادی كه بر آنها وارد می‌شود ، تغيير پيدا می‌كنند. این سنگها مانند آجر پخته شده و شکل قبلی خود را از دست می‌دهند؛ به همین دلیل به آنها سنگ‌های دگرگونی يا دگرگون شده می‌گویند. (مانند سنگ مرمر ، گنيس ، كوارتزيت و الماس)
كاربرد سنگها و كانیها
سنگها و كانیها در گذشته جهت ساختن وسايل زندگی ، خانه و جان پناه ، و سپس برای استخراج فلز و بعدها برای به دست آوردن زيورآلات مورد استفاده‌ی آدمی قرار گرفته‌اند. امروزه كاربرد سنگها و كانيها آنقدر متنوع شده است كه كمتر فعاليت انسانی را می‌توان يافت كه ارتباط مستقيم يا غيرمستقيمی با آنها نداشته باشد.
به طور كلی ، سنگها و كانیها در تأمين انرژی (تولید نفت و زغال‌سنگ) ، مواد اوليه صنايع ، پزشكی و جواهرسازی كاربردهای فراوانی دارند.
انواع سنگ‌های ساختمانی
سنگ تراورتن موج دار
این سنگها در دسته‌های گوناگون و متنوعی نامگذاری می‌شوند ، که بعضا نام معدن سنگ به عنوان اسم آن استفاده می‌شود. رایج ترین سنگ‌های ساختمانی عبارتند از :
۱- گرانیت
۲- ماسه سنگها
۳- سنگ‌های آهکی
۴- کوارتزیت
۵- سنگ‌های رسی
۶- تراورتن
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 (يا به عبارتی کرمو نباشد).
۲- بدون هر گونه خلل و فرج باشد.
۳- پوسیدگی نداشته باشد.
۴- یکدست ، یکنواخت و همگن باشد.
۵- سنگ ساختمانی نباید آب زیاد جذب کند؛ بنابراين نبايد :
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 کلیه عوامل فرسایش مقاومت کند.
ب- در برابر محیطهای اسیدی و قلیایی و همچنین عمل آبکافت و اکسیداسیون مقاومت کند.
۸- مقاومت فشاری برای قطعات باربر نباید کمتر از ۱۵۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع باشد.
۹- در مقابل سایش مقاوم باشد.
طبقه‌بندی سنگ‌های طبیعی بر اساس BS812
- گروه بازالت : آندزیت ، بازالت ، پرفیریت‌های قلیایی ، دولومیت‌ها ، اپیدیوریت و لامپروفیر
- گروه فلینت : چرت و فلینت
- گروه گابرو : دیوریت قلیایی ، گنیس قلیایی ، گابرو ، هورن بلند ، نوریت ، پریدوتیت ، پیکریت و سرپانتینت
- گروه گرانیت : گنیس (گنايس) ، گرانیت ، گرانودیوریت ، پگناتیت ، کوارتز-دیوریت و سینیت
- گروه سنگ‌های ماسه‌ای و آذرین : آرکوز ، گریویک ، ماسه‌سنگ و توف
- گروه هورن فل : همه سنگ‌های ناشی از دگرگونی غیر از مرمر
- گروه سنگ آهک : دولومیت ، سنگ آهک و مرمر
- گروه شیست‌ها : فیلیت ، شیست و اسلیت
- گروه پروفیری : آپلیت ، داسیت ، فلسیت ، گرانوفیر ، گراتوفیر ، ريوليت ، کوارتز-پروفیـریت ، پروفیـری ، ميكرو گرانيت و تراشیت
- گروه کوارتزیت : گانیستر ، ماسه‌سنگ‌های کوارتزیتی و کوارتزیت دوباره بلوری شده
فساد در سنگ
عامل اصلی فساد در سنگها اثر نمک‌های محلول بر آنها می‌باشد. آلودگی محیط ، یخبندان و پوسیدگی در قطعات فلزی و وجود رگه‌های ضعیف و همچنین عملیات اجرایی ضعیف نیز موجب تخریب سنگها می‌شود.
۱- اثر نمک‌های محلول :
چنانچه رطوبتی همراه خود نمک‌های محلول دار ، از سطح سنگ تبخیر شود ، مقداری نمک در سطح آن به صورت شوره و لایه‌ای هم در خلل و فرج سنگ باقی می‌گذارد. تداوم دور رطوبت - تبخیر موجب افزایش حجم بلورها و پوسته شدن سطح سنگ می‌گردد. لذا سنگ‌هایی که متخلخل‌ترند در برابر نمک‌های محلول حساس‌ترند.
۲- آلودگی محیط :
- سنگ‌های دارای کانی کربنات کلسیم ، به خصوص در برابر محیطهای اسیدی ، حساس هستند. اکسید گوگرد در محیط مرطوب و اکسیژن موجود در هوا تولید اسید سولفوریک می‌کند ، که بر سنگ‌های آهکی اثر می‌گذارد و تولید سولفات کلسیم می‌نماید. سنگ‌های آهکی و ماسه‌سنگ‌های آهکی در این مورد حساس‌ترند.
- در مورد سنگ‌های آهکی ، سولفات کلسیم حاصل شده در سطح ، به وسیله آب شسته می‌شود. ولی در سطوحی که قابل شستشو نیستند ، سطح به وسیله دوده سیاه شده و مبدل به پوسته‌های سخت و برآمدگی‌هایی می‌شود که گرد آهکی در اطراف آن وجود دارد.
- در انواع سنگ‌های آهکی منیزیم دار ، ایجاد سولفات منیزیم ، روند فساد را تسریع می‌کند.
- در ماسه‌سنگ‌ها خلل و فرج توسط گچ (سولفات کلسیم ) پر می‌شوند و پوسته‌های سخت ایجاد شده ، اغلب به علت تفاوت انبساط حرارتی فرو می‌ریزند. ماسه‌سنگ‌های سیلیسی گرچه مستقیما بر اثر تهاجم اسیدهای موجود در هوا آسیب نمی‌بینند ، ولی سنگ گچ تولید شده توسط سنگ آهک موجب خرابی در آنها می‌شود.
- مرمر که اساسا کربنات کلسیم است مورد هجوم اسیدهای موجود در هوا قرار می‌گیرد و سطح صیقلی آن در مرور زمان زبر می‌شود ، ولی به علت بافت متراکم و چگال آن کمتر تحت تاثیر عمل تبلور قرار می‌گیرد.
۳- اثر یخبندان :
تخریب بر اثر یخبندان در قسمت‌هایی از ساختمان نظیر محل درپوش‌ها ، سایبان‌ها ، کرسی بنا و کف پنجره‌ها بیشتر دیده می‌شود. عموما سنگ آهک و دولومیت بیش از ماسه‌سنگ در معرض تهاجم اثر یخبندان هستند.
مرمر و گرانیت به علت تخلخل اندک تحت تأثیر یخبندان واقع نمی‌شوند.
۴- پوسیدگی فلزات :
آب بارانی که از سطوح مس و آلیاژهای آن به سطح سنگ آهکی می‌ریزد ، باعث ایجاد لکه‌های سبز رنگی می‌شود. زنگ زدگی حاصل از مواد آهنی و فولادی بسیار سخت و دشوار از روی سطوح متخلخل سنگها پاک می‌شــوند. بیشتــرین آسیب‌دیدگی ناشی از انبســـاط زنگ زدن قطعــات آهنـــی و فــولادی ، داخل سنگ کاری نما رخ می‌دهد؛ به این منظور کلیه قطعات فلزی مورد استفاده در نصب سنگ‌نما باید ضد زنگ باشند.
۵- آتش :
آتش به ندرت موجب تخریب کلی در کارهای سنگی می‌شود ، ولی سطح نمای گرانیت ، مرمر و ماسه‌سنگ‌ها ممکن است در اثر آتش ، سیاه یا خرد شوند. سنگ‌های آهکی عموما تحت تاثیر آتش قرار نمی‌گیرند ، فقط سنگ‌های با رنگ روشن به علت اکسید شدن ، آهن موجود در آنها برای همیشه صورتی رنگ می‌شوند.