بخشی از مقاله
سنگ
سنگ که از مواد تشکیل دهنده بخش سطحی کره زمین است به عنوان یکی از قدیمی ترین مصالح ساختمانی است که انسان در خانه سازی،پل سازی،راهسازی و…مورد استفا ده قرارداده.
سنگها از نظرمنشا زمین شنا سی به سه د سته بزرگ تقسیم می شود:
سنگ های آذرین:این سنگ ها از سرد شدن وانجماد مواد مذاب داخل زمین که گاه ماگما نامیده می شود،به وجود می آیند. گاهی مواد مذاب در زیر لایه های مواد قشر جامد زمین مانده و به ان سطح نمی رسند،بنا بر این سنگهای حاصل را سنگ آذرین درونی یا نفو ذی می نامندوگاه نیز مواد مذاب به داخل زمین راه یا فته وهمراه با فورهن از دهانه کوههای آتشفشانی خارج می شوند که در این صورت سنگهای اذرین خروجی یاآتشفشانی نامیده میشوند.
ازمهمترین سنگهای آذرین می توان به آذرین اشاره کرد که سنگی سخت وبا دوام است ودیگر سنگ های آذرین گرانو دیوریت،دیوریت،سینیت و گهبرو هستند.
سنگ های رسوبی: این سنگها در اثر ته نشینی مواد محلول وشناوردراب دریا،رودخانه ها،یخچال ها و هوا در محیط گازی، مایع و جامد به وجود می آیند.سنگ های رسوبی معمولاٌ ازیک قسمت آواری مثل، قلوه سنگ، شن، ماسه و دانه های ریز که در اثر خرد شدن سنگ های دیگر به وجود آمده اند و قسمت دیگر اجزای شیمیایی یا زیستی از قبیل کلسیت و ژیپس که باعث چسبیدن اجزای آواری به یکدیگر می شوند تشکیل شده اند. ازسنگ های رسوبی غیرآواری می توان به آهک و دولومیت، سنگ گچ و نمک اشاره کرد. مهمترین سنگ های رسوبی آواری عبارتند از: کنگلومرا ماسه سنگ ها شیل ها و سنگ های رسوبی.
سنگ های دگرگونی:این سنگ ها در اثر تغییر شکل ساخت و ترکیب کانی شناسی سنگ با تبلور مجدد سنگ های رسوبی یا خروجی آذرین تحت تأثیر عواملی مثل دما و فشار زیاد به وجود آمده اند. از مهمترین سنگ های دگرگونی که در عملیات ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرند، می توان به کوارتزیت و مرمر اشاره کرد.
هر کدام از این سنگ ها دارای خواص عمومی از قبیل نوع و شکل عناصر سازنده (بلوری یا غیر بلوری و...) سختی، چگالی، رنگ، جلا، جذب آب و... هستند که براساس محل، شکل و نحوۀ مصرف در ساخت بنا انتخاب و استفاده می شوند.
مطالعات مربوط به سنگ
هدف از مطالعات مربوط به سنگ در بنا می تواند تعیین منشاً آن ، جایگزینی آن با سنگ جدید، چگونگی پاکسازی آلودگی های سطحی و یا نحوۀ استحکام بخشی آن باشد.
شرایط محیطی یکسان می تواند منجر به رسوبگذاری و تشکیل انواع مختلف سنگ ها با ظاهری مشابه شود که در اینصورت تشخیص درست آنها نیازمند استفاده از ابزار دقیق و علمی است. از طرفی دیگر درک فرایند فرسودگی و تخریب سنگ و جایگزینی آن با نمونه مشابه فقط بر اساس یک شناخت ظاهری و کلی نادرست است که می توانند منجر به اسیب های شدیدتر شود. برای مثال تشخیص ماسه سنگ به تنهایی در مورد سنگ مورد نظر می تواند اصطلاح کلی برای تمامی سنگ هایی باشد که یک بخش آواری غنی از کوارتز با دانه بندی 0625/0-2 میلی متر دارند واین نمی تواند تنوع وسیع مشخصات شیمیایی، کانی شناسی و فیزیکی آن ها را منعکس کند در حالی که سنگ جایگزین باید از نظر ساختار زمین شناسی با سنگ اصلی هماهنگ باشد نه فقط از نظر شکل و رنگ ظاهری.
عدم شناخت و آشنایی با ویژگی هایی سنگ، نوع آلودگی های سطحی ، مرمت های قبلی و... به هنگام تمیز کردن آن، می تواند منجر به تغییر رنگ، بالا بردن سرعت تخریب و غیره شود.
بررسی های میدانی
بررسی های میدانی می بایست برای بدست آوردن اطلاعات بصری از ظاهر انواع سنگ های موجود باشد که این لزوماً براساس مشخصاتی است که با چشم غیرمسلح ویا استفاده از یک عدسی ذره بین دستی با بزرگنمایی 25 قابل مشاهده باشند. به کمک این عدسی احتمال تشخیص اینکه سنگ گرانول، متراکم، بلوری، درشت دانه یا ریزدانه است،وجود دارد.حتی در برخی موارد تعیین نوع سنگ آذرین،رسوبی یا دگرگونی نیز احتمال دارد. در برخی موارد موادی مثل انواع موم ها، ورنی، چرکینه های قدیمی موجب پوشیده شدن سطح سنگ وغیرقابل مشاهده شدن آنها می شود.استفاده از ابزاری مثل چاقوی جیبی با تیغه سخت که با احتیاط روی سطح سنگ کشیده شود می تواند نشانه ای از نوع سنگ به ما بدهد:سنگ های آهکی با تیغه چاقو خراشیده، اما ماسه سنگ های آذرین خراشیده نمی شوند.
علاوه بر این، هرگونه تغییر یا دگرگونی ناشی از فعالیت های بیولوژیکی: جلبک، گلسنگ، آلاینده ها، شوره و... که همراه با ترک خوردگی، تاول، پوسته شدن و ... باشد، می بایست مورد توجه قرار گیرد.
نمونه برداری
برای تکمیل بررسی ها وارزیا بی های اولیه انواع سنگ های موجود دربنا و وسعت وما هییت تغییرات یا اسیب های وارد بر آنها لازم به برداشتن نمونه هایی از آنهاست که برای انجام مطا لعۀ بعدی و آنالیزهای لازم مفید باشد. این نمونه ها باید نماینده و منعکس کنندۀ مورد نظر درسنگها باشد.
زیاد بودن تعداد و مقدار نمونه می تواند نتایج بیشتری به همراه داشته باشد اما مسئله حفظ ارزشهای فرحنگی وزیبایی شنا سی آثار را نباید از نظر دور داشت. نمونه های کم که با دقت زیادانتخاب و برداشته شده باشند، میتوانند داده های کافی و مناسب را فراهم کنند.
محل های نمونه روی بنا و ارتباط آنها، یا هرگونه معایب و نواقص سازه یا عناصر آن می بایست مورد توجه قرار گیرد. توصیف کامل نحوۀ نمونه برداری اعم از ابزار مورد استفاده، موقعیت آ در بنا، تاریخ نمونه برداری، فرم نمونه(پودر، توده...)،...برای هرنمونه باید ثبت شود. نمونه ها باید مجزا و همراه با مشخصات و شماره گذاری مناسب بسته بندی می شوند.
نمونه هایی که برای شناخت نوع سنگ برداشته می شوند بهتر است از بخش های سالم و هوازده نشده یا دست نخورده باشند.
آنالیزهای آزمایشگاهی
این آزمایش ها شامل سنگ شناسی، آنالیز های میکروسکوپی، آنالیزهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی اند.
سنگ شناسی
شناسایی یا تعیین نوع سنگ مورد بررسی در این مرحله اساساً با آزمایش های میکروسکوپی هم در مقطع نازک و هم بر روی نمونه دستی(بدون آماده سازی)صورت می گیرد.
برای این آزمایش ها پس ار تهیۀ لایۀ بسیار نازک از سنگ، مشاهدۀ آن در زیر میکروسکوپ پتروگرافی (با نور پلاریزان) انجام می شود. مطالعات لایه نازک یکی از مفیدترین روش های شناسایی،بویژه برای سنگ های آذرین و دگرگونی است. لایه نازک با ورقه هایی از سنگ به ضخامت استاندارد 3 % میلی مترند که در این ضخامت کانی های سازنده سنگ به جز کانی های اکسید آهن که مات باقی می مانند بقیه شفاف هستند و رفتارهای نوری مشخصی در ارتباط با کانی های مختلف خواهند داشت . علاوه بر این بررسی لایه نازک سنگ در زیر میکروسکوپ پلاریزان می تواند خطوط شکاف(کلیواژ) و برخی از آثار هوازدگی وآسیب های وارد بر سنگ را در شکل میکروسکوپی نشان دهد .
بررسی یک نمونه دستی زیر میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی محدود می تواند اطلاعاتی مثل چگونگی بافت سنگ (بلوری،دانه ای و...)،دانه بندی (دانه بندی یکنواخت و ناجور و...) وجود آثار فسیل،وجود ترک های مخصوص ،درخشش و... در اختیار قرار دهد .
به دلیل بزرگنمایی وماهیت قدرت تفکیک (رزولوشن) در میکروسکوپ های نوری ممکن است نیاز به کمک روش های دیگر مثل پراش پرتو ایکس(XRD) یا میکروسکوپ الکترونی (SEM) باشد ، با استفاده از این روش ها کانی های سازندۀ سنگ و ارتباط بافتی آنها تعیین می شود .
آنالیز کمی عناصر سازنده کانی ها با استفاده از روش هایی مثل فلورسانس پرت
و ایکس(XRD) یا روش های شیمی تر همچنین آنالیز عناصر کم مقدار با روش پلاسمای جفت شده القایی (ICP) در شناسایی دقیق سنگ از نظر شیمیایی و گاه تعیین منشاً آن کمک می کند .
آزمایشات فیزیکی
اگرچه مطالعات سنگ شناسی به وسیلۀ روشهای پتروگرافی وغیره انواع سنگ ها واختلاف آنها در کانیهای سازنده را تعیین می کند، باید گفت فرایندهای هوا زدگی (یخ بردگی، شوره زنی و...) و ویژگی های تعیین کننده در دوام یک سنگ بیشتر تحت تأثیر مشخصات ساختاری آن از قبیل ساختار تخلخل (اندازه وپراکندگی خلل وفرج)، کشش مؤیینگی، سرعت و قابلیت جذب آب هستند. بررسی این مشخصات، نقش مهمی در آسیب شناسی و تعیین روش درمانی سنگ دارد .
کشش مؤیینگی
کشش مؤیینگی سنگ نیز که به سیستم تخلخل ومنافذ ریز سنگ بستگی دارد، بوسیلۀ بالا رفتن آب ( اب دیونیزه یا اب مقطر در یک نمونه سنگ روی سطح خیس با پوشش جاذب بررسی می شود. مقدار آب بالا رفته ( هرتفاع آب) نسبت به زمان به صورت یک منحنی برای هر نمونهرسم شده وبا سایر نمونه ها مقایسه می شود.
این مشخصه نقش مهمی در انتقال رطوبت صعودی ، همچنین نمک های محلول و شوره زنی در مصالح ساختمانی دارد.
میزان تخلخل
تأثیر آب در سنگ هم به تنهایی وهم به همراه موادی مثل نمک هایی محلول و آلاینده ها به میزان و وسعت شبکۀ حفره ها و منافذ آن بستگی دارد . برای بررسی این فاکتور دو روش اصلی وجود دارد، روش اول با استفاده از قابلیت جذب آب به وسیلۀ سنگ در حا لت غوطه وری واشباع در شرایط دما و فشار اتمسفر است که مقدار آب جذب شده متنا سب با مقدار فضا های خا لی سنگ است . البته باید توجه داشت که ممکن است این میزان تخلخل مؤثر، یعنی فضا های قا بل دسترس برای آب باشند نه تخلخل کامل.
استفاده از روش تخلخل سنجی جیوه که در این روش جیوه با روش زیاد به درون نمونه سنگ وارد شده میزان تخلخل کلی و همچنین مقادیر نسبی منافذ با قطر معلوم تعیین می شود . محدودیت این روش ، اندازه گیری حفره ها با قطر بزرگتر از 32 A ) nm 2/3) است. اطلاعات ناشی از یخ زدن یا هید راتا سیون نمک های محلول هستند. میزان نگهداری سنگ ونگهداری رطوبت در منافذ آن در تأ ثیر آلاینده های جوی و همچنین رویش های بیولوژیکی( گلسنگ،جلبک ...) دارد.
آنالیز شیمیایی
هدف از انجام این آنالیزها،شناسایی مواد محلول در آب، اسید و حلال های آلی است که در سنگ وجود دارند.
انالیز شیمیایی میتواند تفسیر نتایج مربوط به سنگ شناسی را کامل و گسترده تر کند.
مواد محلول درآب
به جزء چند مورد استسناء تمامی سنگهایی که برای مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرند مقادیر محسوسی مواد محلول در آب دارند و بنابر این جایی که چنین مواردی وجود دارند ممکن است به عنوان آلاینده و مواد خارجی مثل نمک های محلول محسوب شوند. با انحلال این مواد در آب دیونیزه وتعیین کاتیون ها و آنیون های اصلی سازندۀ گروههای مختلف نمک های محلول شناسایی می شود. برای این کار می توان از روش های شیمی تر یا روش های دستگاهی، مثل جذب اتمی (AAS)، کروماتوگرافی یونی(IC) استفاده کرد.
قابل ذکر است که برخی از این آلاینده ها ممکن است در اثر تغییرات شیمیایی خود سنگ ویا از محیط وارد شده باشند وگاه بی اندازه ریز بوده وسطح وسیعی زا بپوشانند،به علاوه ، گاه مقدار برخی از این آلاینده ها نسبت به آسیبی که ایجاد می کنند، کم است در این صورت چنین مواردی نیاز به تحقیق وسیع تر و دقیق تر دارند.
مواد محلول در اسید
این مواد اغلب در جایی که سنگ های اهکی یا سنگ های حاوی ترکیبات کربناتی وجود دارند دیده می شوند . مواد آهکی که محلول در اسید هستند میتوانند نشانه ای برای ارزیابی آلودگی محیطی که در آن قرار دارند باشند . تأ ثیر مواد اسیدی می تواند موجب خسارت مستقیم به سنگ (سنگ اهک) یا بخش سیمانی ( با ماهییت ترکیبات آهکی) در ماسه سنگ ها ویا از هم پاشیدگی سایراجزای آن شود .
شناسایی کیفی چنین ترکیبا تی با افزودن محلول اسیدی بر روی آنها که همراه با جوشش فراوان بر ای کربنات های کلسیم و جوشش خفیف برای کربنات های منیزیم (دولومیت) است ،به سادگی صورت می گیرد. آنالیز کمی این ترکیبات نیز با روش شیمی تر و روش کلسیمتری قابل انجام است.
مواد محلول در سایر حلال ها
آلودگی های ناشی از سوخت فسیلی مواد، خاکستز و دودۀ آنها علاوه بر بد نمایی سطوح خارجی می توانند به عنوان کاتالیست در سایر واکنش های مخرب شرکت کنند. وجود قشرهای خاک گرفته و تیره می تواند دلیلی برای حضور و تعیین ما هییت و شنا سایی هین الودگی ها باشد که انتخاب روش مناسب تمیز کاری سطوح بز این اساس خواهد بود.
شناسایی این آلودگی ها می تواند با روش های دستگاهی آنالیز عنصری و ترکیبی برای مواد آلی و معدنی (بسته به ماهیت احتمالی آنها) صورت گیرد.
با انجام مجموعه ای از آنالیزها و آزمایشهای اشاره شده در فوق، می توان به یک شناخت از ما هیت سنگ وتغییر رخ داده در آنف سپس ارایۀ برنامۀ مستدل برای انجام مداخلات و اقدامات حفا ضتی ورفع مشکلات مربوطه دست یافت. این امر مانع تعمیرات نا مناسب که تنها بر اساس ارزیابی های سطحی مثل مشابهت رنگ است، خواهد شد.
از طرف دیگر بررسی های میکروسکپی و آنالیز های شیمیایی نشان می دهد که وجود الودگی و اثر های ان به خاک گرفتگی های سطحی وقابل مشا هده،محدود نمی شود و برطرف کردن و رفع آسیب ها بر روی سطوح ظریف و حساس به اندازه بد نمایی سطوح آلوده می بایست مورد توجه قرار گیرد .
استفاده از روش های شیمیایی یا سایش وخالی از تبعیض برای سطوح،باید با ارزیابی های مجدد وبنیادین مورد بررسی قرار گیرند.
کاربری پژوهش های آزمایشگاهی در حفاظت و مرمت بنا های تاریخی.ص 125 منیژه هادیان دهکردی.
فرآیند فرسایش وفرسودگی سنگ
فرسودگی های ناشی از نحوۀ استخراج و سنگ تراسی
علایم: ریز ترک های سطحی، تغییر شکل و تاب خوردگی
دلایل احتمالی: ارتعاشات وفشار های ناشی ازابزار مکانیکی، برقی و مواد منفجره، تنش های حرارتی، جنس سنگ
فرایند فرسایش: روش استخراج و تراش سنگ، عامل مهمی در تغییرات و رفتارهای بعدی سنگ است. بدین ترتیب که ارتعاشات و فشارهای وارد بر سنگ در اثر استفاده از مواد منفجره، چکش بادی، تیغه برقی و ... موجب ایجاد ریز ترک های سطحی در آن می شود . ریز ترک های بوجود آمده زمینه را برای نفوذ آب، نمک های محلول ، آلودگی های جوی و... فراهم می کنند. تخلخل سنگ های کار شده با ابزار مکانیکی بیشتر از ابزار دستی است. سنگ های که در زمان استخراج دچار تنش شده اند پس از تبدیل به تخته سنگ های نازک و
رهایی تنش آن ها همچنین با تر و خشک شدن و سرد و گرم شدن های ناهمگون، دچار تغغیر شکل و تاب خوردگی می شوند. از طرف دیگر مقاومت سنگ می تواند تحت تأثیر روش بریدن آن در معدن نیز قرار گیرد. بهترین کیفیت برش، زمانی بدست می آید که لایه های ناشی از فرایند رسوب گذاری عمود بر تنش های فشاری باشند.
سنگ های که مانند سنگ آهک نرم بوده و راحت تر استخراج می شوند یا برش می خورند،
کمتر دچار تنش و آسیب های وارده می شوند . اگر چه این سنگ ها در برابر شرایط
محیطی مقاومت کمتری داشته آسیب پذیرترهستند.
فرسودگی های ناشی از حرارت و گرما
علائم: ریزترک ها و ترک های بزرگ
دلایل احتمالی:انبساط وانقباض ، تغییرات زیاد حرارت،نوع کانی های سازنده سنگ،ضریب انبساط حرارتی
فرایند فرسودگی:سنگ هایی که از کانیها و رفتارهای حرارتی متفاوت تشکیل شده اند ویا سنگ هایی که از یک نوع کانی ساخته شدند ، اما رفتارهای حرارتی در تمامی جهت های کانی یکسان نیست ، طی چرخه های سرد و گرم شدن در درجه حرارت های زیاد با انبساط و انقباض های طولی زیاد تنش های داخلی به وجود امده موجب ایجاد ترک و شکاف در ساختار سنگ می شود.
اگر انبساط به اندازه کافی زیاد باشد، ورقه ها یا قطعات بزرگتری از سنگ ممکن است شکسته و جدا شوند وموجب هوا زدگی مکانیکی سنگ شود.
فرسودگی های ناشی از یخبندان
علائم:ترک و شکاف، پوسته شدن، تراشیده شدن
دلایل احتمالی: وجود رطوبت کافی ونفوذ به ساختار سنگ، تغییرات دما در بالا و پایین نقطه انجماد آب
فرایند فرسودگی: به طور اساسی دو مکانیسم برای این فرسودگیشناخته شده است:
تورم یا بر آمدگی یخبندان(frost heving) این مدل بر اساس تصوری است که بلورهای یخ عدسی شکل در حفره های به نسبت بزرگ یا شکاف ها رشد می کنند، اما تا زمانی آسیب که دراثر فشار روی دیوار منافذ ذوب می شوند. آسیب این نوع یخبندان بیشتر در ساختار های رسوبی با تخلخل ریز اتفاق می افتد وتجربه نشان داده که منافذ با قطر 1-1/0میکرون می توانند بزرگترین تنش ها را بوجود آورند.
شکافتگی یخبندان ( هوا زدگی یخیندان ) ( ( Frost wedging : مکانیسم این نوع فرسودگی بر اساس به دام افتادن آب وافزایش حجم ناشی از یخ زدگی آن درمنافذ است. دراین مدل آبی که هنوز یخ نزده است دربین منافذ بخش های یخ زدۀ قبلی محفوظ شده و فضایی برای انبساط حاصل از یخ زدن ندارد.دراین صورت تنش یا فشارحاصل از افزایش حجم یخ موجب ترک خوردگی درسنگ می شود. تنش واردشده در اثررشد بلورها به وسیلۀ مقاومت فشاری مواد مجاور آن خنثی می شود. درنزدیکی سطح، لایۀ نازکی از مواد که بیشتر در معرض خطر نیروی وارد شده است، وضعیت شکننده ای به وجود می اورد که موجب جدا و پوسته شدن این لایۀ می شود. افزایش تنش کششی به وسیلۀ لا یه های زیرین مهار وبدین ترتیب نیروی وارده به وسیله لایه های زیر متوقف و همین امر موجب افزایش تنش در سطح وترک خوردگی وپوسته شدن می شود.
فرسودگی های ناشی از نمک های محلول(1)
علائم :شوره یا سفیدک ،پوسته شدن، تورق و برآمدگی سطحی ، ترک خوردگی
دلایل احتمالی: وجود ونوع نمک های محلول در آب ، نفوذپذیری سنگ، سرعت تبخیر، چرخه های تر و خشک
فرایند فرسودگی :نمک های محلول(سولفات، کربنات، نیترات و کلرور) که همراه با آب در بافت سنگ سرایت می کنند در اثر تبخیر و از دست دادن آب در نقاط مخطلف آن دوباره متبلور می شوند . در صورتی که عمل تبلور اتفاق افتاد به رسوبات حاصل، شوره کفته می شود که علت آن پایین بودن میزان تهویه و سرعت تبخیر در سطح است. اگر تبخیر در مدت زمان کوتاهی صورت گیرد در این حالت سرعت تبخیر آب بیشتر از جایگزینی آن توسط لوله های موئین است . در این صورت نمک های محلول در زیر لایه های سطحی ته نشین و متبلور می شوند که در اصطلاح این پدیده نهان شکفتگی یا زیر شکفتگی نامیده می شود.
تغییرات کم رطوبت باعث رشد بلورها و ایجاد فشار در دیواره منافذ می شود . دیواره های مجاور در مقابل تنش وارد شده در اثر رشد بلورها مقاومت کرده که در صورت غلبه تنش وارده ترک یا شکاف هایی در ساختار سطح به وجود می آید.
میزان رطوبت و درجه حرارت محیط ، تخلخل سنگ، نفوذ پذیری آن،تعداد چرخه های تر وخشک، موقعیت قرار گیری مصالح در بنا و حلالیت نمک ها می تواند بر نوع و شکل ظاهری شوره ها اثر بگذارد.
هر چه چرخه های تر و خشک شدن بیشتر بوقوع پیوندد ، تخریب و آسیب نمک های
محلول شدیدتر خواهد بود.
فرسودگی های ناشی از نمک های محلول(2)
علائم : فرسایش حفره ای
دلایل احتمالی : ناهمگونی مواد سازندۀ سنگف ساعتزیادتبخیردراثروزش باد
فرایند فرسودگی: فرسایش حفره ای نوع ویژه ای ازنهان شکفتگی است که عدم تراکم در بعضی از قسمتها وناهمگونی مواد سازنده سنگ و اختلاف سرعت تبخیر در این بخش ها موجب چنین علائمی می شود.
سطوحی که در معرض بادهای شدید قرار
دارند وتبخیردرخلل و فرج درزیر سطح صورت می گیرد، قسمت هایی از آنها که دارای تراکم کمتر بوده یا آسیب پذیرتر هستند با جدا شدن لایه هایی از انها تبدیل به حفره های عمیق شده ، درحالی که سطوح مجاوربدون اسیب باقی می مانند. اختلاف جنس و خصوصیات مواد متشکله که موجب اختلاف در سرعت تبخیر نیز می شود، عمل دیگری برای ایجاد حفره است .
در گذشته تصور می شد که وزش باد همراه با ماسه علت اصلی تشکیل حفره است به این دلیل این نوع فرسودگی را فرسایش بادی می نامیدند .
افزایش سرعت باد در داخل حفره ها به صورت چرخشی سرعت تبخیر را چند برابر می کند.
فرسودگی های ناشی ازشوک حرارتی(آتش سوزی )
علائم: تغییر رنگ و از هم پاشید گی
دلایل احتمالی :
فرایند فرسودگی: درجه حرارت های بالا ناشی ازآتش سوزی بسته به نوع کانی ها ی سازندۀ سنگ ها می تواند اثر های مختلفی بر روی آنها داشته باشد. در مقایسه با ترکیبات کربناتی،ترکیبات سیلیکاتی معمولا مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند.به همین لحاظ دراثر تجزیۀ حرارتی کربنات های موجود در سنگ های آهکی وسپس جذب رطوبت و افزایش حجم،این نوع سنگ ها از هم پاشیده می شوند. در صورت کم بودن دمای لازم برای تجزیه کامل، ممکن است فقط دودزدگی یا تغییر رنگ در آنها مشاهده می شود. شرایط موجب آسیب پذیری سنگ ها در برابر سایر عوامل فرساینده مثل یخ بردگی، عوامل بیولوژیک و غیره می شود.
فرسودگی های ناشی از رطوبت (انبساط رطوبتی)
علائم: شکاف و ترک
دلائل احتمالی: تغییرات رطوبتی زیاد، نفوذپذیری سنگ، نوع کانی های سازنده سنگ
فرایند فرسودگی : سنگ هایی که حاوی رس هستند بدلیل قابلیت جذب آب وافزایش وکا هش حجم زیاد در آن ها و وجود چرخه های تر و خشک تنش های زیادی در سطوح سنگی وبخش های داخلی آن ها به وجود می آید. انبساط در برابر رطوبت می تواند معادل انبساط در برابر 50 درجه سانتیگراد دما باشد در سنگ های آهکی رسی به دلیل نا همگنی و وجودلایه بندی درونی نازک مونت مور یونیت که در اثر رطوبت منبسط می شود جدا شدن لایه های مجاور و ترک خوردگی آن ها راداریم . ضرایب انبساط رطوبتی مواد و مصالح متخلخل معمولا کوچک بوده ودر مقایسه با تنش های ناشی از تغییرات حرارتی قابل چشم پوشی هستند.
فرسودگی های ناشی از خوردگی فلزات
علائم: ایجاد شکاف ها و ترک های عمیق
دلایل احتمالی: نفوذ رطوبت در سنگف خورده شدن الحاقات و بست های فلزی
فرایند فرسایش: فزایند خوردگی واکنش شیمیایی بین فلز و مادۀ دیگر است که با تبدیل به ترکیبات معدنی خصوصیات فلزی خود را از دست می دهند. معمول ترین واکنش گرها برای انجام فرایند خوردگی اکسیژن وآب هستند که اغلب بر اثر وجود عامل فعال مانندیون های کلرورتشدید می شود . ترک های به وجود آمده سبب دسترسی آسان ابو هوا به سطح فلز شده، بنابراین فرایند تخریب یه شروع کندی داشته ناگهان به سرعت افزایش یافته و می توانی در مدت کوتاهی فاجعه به بار آورد.
فرسودگی های ناشی ازرطوبت (آبشویی)
علائم: وجود منافذ وشیار های کوچک و بزرگ ، وجود لکه ها یا نقاط رنگی در سطح (سیاه وقهوه ای)، پوسته شدن
دلایل احتمالی:جریان آب(باران) روی سطوح، انحلال و خروج برخی از کانی های سنگ
فرایند فرسودگی: آب باران به دلیل انحلال دی اکسید کربن هوا در آن همیشه مقدار کمی اسیدی:
سنگ هایی که در معرض آب جاری هستند در گوشه های سا ختمان در امتداد لایه های رسوبی پوسته پوسته می شوند.
باران اسیدی با انحلال کربنات کلسیم در ماسه سنگ های آهکی سبب از هم پاشیدن ساختار آن ها می شوند و شسته شدن طولانی مدت یون های فلزی ( کلسیم، آلومینیوم، پتاسیم ، سدیم) درموادی مانند سیلیکاتی (میکا، فلدسپات،کلریت) موجب ایجاد تخلخل در سنگ می شودف بنا بر این حلالیت مواد معدنی سازندۀ سنگ، دمای آب، pH،ساختار خلل و فرج سنگ و میزان تخلخل آن نقش مهمی در این نوع از فرایند های فرسودگی دارند. از آنجا که ماسه سنگ ها به طور معمول خیلی متخلخل هستند، آب باران می تواند به عمق آن ها نفوذ کرده و برای طولانی مدت ابدر تماس با کانی ها باقی بماند، در نتیجه لایه های سطحی با ضخامت چندین میلی متر به دلیل تخریب زیاد در معرض هوا می توانند نرم و متورم شوند.
فرسودگی های ناشی از رطوبت
(تعریق،فیلم آب در سطح)
علایم: وجود قشرهای سخت همراه با دوده و آلودگی
دلایل احتمالی: تخلخل زیاد در سنگ؛ رطوبت تعریقی، چرخه های تر- خشک مداوم
فرایند فرسودگی: سطوحی که در معرض هوا به طور مکرر به وسیله فیلم نازک آب ناشی از تعریق یا ته نشینی قطرات آب معلق در هوا ( مه) پوشیده شده اند موجب می شوند که اسید و ذرات معلق هوا همراه با آب از طریق حفره ها، ترک های ناشی از فرایند های فرسودگی به عمق مواد قبلی نفوذ کرده و در وضعیت خشک که تبخیر صورت می گیرد، به سطح برگردند. از این رو، سنگ هم در فاز تر (بدلیل حمله اسیدی ) و هم در فاز خشک ( بدلیل رسوب آلاینده ها و محصولات واکنش) دچار آسیب می شود.
رطوبت در این شکل نسبت به عمل مستقیم ضربه های باران آسیب بیشتری وارد می کند.
لایه های قشری به وجود امده در اثر فریند های تر وخشک معمولا سخت وهمراه با دود یا گردوغبار بر روی آنها هس
تند و به دلیل وجود ترک خوردگی های مداوم و نفوذ مجدد آب در آنها فرسودگی در پشت این قشر به سرعت پیش می رودف با وارد کردن ضربه های آهسته وبلند کردن این لایه،سطح هوازدۀ زیر آن به طور کامل قابل تشخیص است.
مقاومت تر- خشک مواد بیشتر بستگی به ساختار حفره ها و مقاومت مکانیکی دارد تا خواص شیمیایی آنها.
تشکیل قشرهای سطحی موجب جذب حرارتی بیشتر شده وانبساط ناشی از آن تنش مکانیکی روی سطح سنگ ایجاد می کند.
از طرف دیگر این قشرموجب قابلیت نگهداری آب در سنگ شده و آسیب های مربوط به آب راشدیدتر می کند.
فرسودگی های های ناشی از آلاینده های جوی ( گازهای آلاینده)
علائم: رسوبات سطحی، ایجاد روزنه های ریز ودرشت سطحی،پیدایش شکاف و ریز ترک، تیرگی سطوح
دلایل احتمالی:حلالیت کانی های سازندۀ سنگف تبلور و تشکیل نمک های حاصل از واکنش های شیمیایی آلاینده باسنگ
فرایندفرسودگی:اتمسفرهای آلودۀ مناطق شهری و اطراف آن ها مقادیر مختلفی دی اکسید سولفور ناشی از سوخت های سولفوری هستند. اکسیداسیون دی اکسید سولفر منتهی به اسید سولفوریک که اسیدی قوی است وموجب فرسودگی انواع کانی ها (کربنات سیلیکاتو...) می شود.
برخی از سنگ های اهکی ابتدا در اثر تغییرات حرارتی محیط قرار گرفته که باعث عدم پیوستگی بلورهای کلسیت و افزایش تخلخل می شود ومتعقب آنالوده کننده های شدید هوا موجب جداشدن بلورها و تشکیل ریز ترک ها در امتداد لبل بلورها را تسریع می کند. ورود محلول های اسید سولفوریک از طریق ریز ترک ها موجب جداشدن بلورهای کلسیت ودر نهایت خردشدن و فرو ریختن تکه های بزرگ سنگ می شود.
به دلیل زیاد بودن مقدار دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد، به ویژه در اوایل فصل بهارو اواخر پاییز، حلالیت سنگ های آهکی در حومه های شهری به بالاترین میزان خود می رسد.
احیا شده ترین شکل گوگرد سولفور هیدروژن (H2S) است که باعث تیره کردن
رنگ های نقاشی می شود سولفور هیدروژن در صورت وجود باکتر های
خاصی می تواند به محلول اسیدی تبدیل شده و برای مرمرها و سنگ های آهکی مخرب باشند.
فرسودگی های ناشی از ذرات معلق (خاک گرفتگی)
علایم: تیرگی و کدورت سطوح به طور یکنواخت و صاف و گاه بسیار سخت، ضخیم و متخلخل،زردی و کثیفی
دلایل احتمالی:وجود ذرات معلق مواد معدنی، پس مانده های صنعتی و خانگی، بقایای حیوانی و گیاهی،خاک و ...،تخلخل و زبری سطوح
فرایند فرسودگی: ذرات معلق در هوا به وسیله عوامل جوی، باد و آب می توانند برروی سطوح ته نشین و موجب آلوده و کثیف شدن آنها شوند. بدین ترتیب هم بر زیبایی آن ها خلل وارد می کنند وهم شرایط مساعد برای فرایند های اکسیداسیون راکه به کمکگ کربن وفلزات موجود در گردو خاک کاتالیست می شوندا فراهم می اورند.
زبری سطح سنگ بر تلاطم موضعی هوا اثر گذاشته وتبادل بین هواوسطح را به میزان زیادی افزایش می دهد ودرنتیجۀ این امر مقدار ته نشست ذر
ات معلق نیز افزایش می یابد.
بنابراین دو نوع پوستۀ سیاه رنگ در سطح دیده می شود: اولین نوع بیشتر بر روی سطح های صافی که در معرض هوا زدگی قراردارند دیده می شود که میزان ته نشینی کمف ضخامت پوسته یکنواخت وبافت صاف و به هم فشرده دارد. نوع دوم در قسمتهای فشرده رخ می دهد که بسیار سخت و مقاوم بوده وظاهری ناهموار و متخلخل دارد. رسوبات تیره وپوسته های سیاه همیشه مربوط به پدیده های فرسودگی شدید سنگ ها و مرمرهایی هستند که ماهیت آهکی دارند. گچ و ذرات دوده اجزای اصلی این پوسته سیاه را تشکیل می دهند،در بیشتر موارد کلسیت،کوارتزو اکسید های فلزی نیز وجود دارند.انواع اگزالات کلسیم نیز که معمولا همراه با گلسنگ ها هستند، ممکن است در این رسوبات وجود داشته باشند.
کاربری پژوهش های آزمایشگاهی در حفاظت و مرمت بنا های تاریخی.ص 19 منیژه هادیان دهکردی.
سنگ
سنگ هایی که از حفریات باستان شناسی بدست می آیند، اکثراً در شرایط خوبی بوده و نتیجاً نیاز چندانی به مرمت یا حفاظت اولیه ندارند. سنگ را می توان با اب و برس نرم پاک کرد. اما چون سنگ مرمر سفید (29) در اب حل می گردد، در این مورد بهتر است فقط از برس استفاده شود. تکه های کوچک سنگ را می توان با چسب اهو ویا HMG وصالی کرد. برای شماره نویسی روی سنگ، از روش های مربوط به سفال نویسی ، که توضیح آن امده است، استفاده کنید. اگر امکان آزمایش سنگ منقوش یا استراکا وجود داردف سنگ را قیل از شستن برای یافتن بقایای رنگ ویا جوهر به دقت باز بینی کنیذ اگر هر کدام ار این دونوع ماده را بدست آورید، به جای شستن سنگ، آن رابه مرمتگران تحویل دهید سنگ، مخصوصاً سنگ مرمری که از حفریات به دست می اید، غالباً از نمک های نامحلوتی که توسط آب نیز از جسمشان خارج نمی گردد، اندود شده است. برای از بین بردن یک چنین نمک هایی،
هرگز از اسید استفاده نکنید اسید به همان میزانی که می تواند از قشر نمک عبور کند.، می تواند به بافت داخلی سنگ نیز نفوذ کرده، ضایعاتیرا موجب شود. برای این منظور می توانید با استفاده ازکاردک یا چاقو به طور مکانیکی نمک ها را از سطح سنگ بردارید.یک قطره استون باعث نرم شذن نمک ها گشته و کار تمیز کردن را سهلتر می نماید. اگر کریستالهای سفید رنگی برای سطوح که در حال خشک شذن است متبلور شود،به احتمال زیاد سنگ مذکور حاوی مقداری نمک های محلول است. بعضی مواقع وجود نمک در سنگ باعث می گردد که سنگ به قطعات کوچکتر تقسیم نگردد، در این حالت نمک عاملی است که بافت داخلی سنگ را چون طوری نامرئی بهم متصل می نماید؛بنابراین قبل از مشورت با مرمتگر هرگز اقدام به برداشتن آن ها نکنید
.ص 65 حفاظت و مرمت در کاوشهای باستان شناسی نیکلاس استانلی پرایس
سنگ
سنگ جسمی است طبیعی که از یک کانی یا مجموعه ای از چند کانی تشکیل شده است.
سنگ ها انواع گوناگونی دارند و بطور عمده به سنگ های آذرین ( گرانیت،ایوریت،بازالت،سنگ پا ، پامنیسو... که بسیار سخت هستند) سنگ های دگرگون( مرمرازسنگ آهک وکوارتزیک ازماسه سنگ ) وسنگ های رسوبی (سنگ آهک، ماسه سنگ، دولومیت و...)
پوستۀ زمین از کانی هایی که با یکدیگر ممزوج شده وسنگ ها را به وجودآوردهاند تشکیل شده است. وبا ان که همین تخته سنگ ها برای ساختن بناها و مجسمه های مورد نظر مورد استفاده قرار گرفته اند بعضی از کانی ها به دلیل خصوصیات ویژه ای که برای کارهای ظریف دارند مثل سختی بافت ورنگ از قدیمی ترین ادوار انسان مورد توجه هنرمندان وصنعتگران قرارداشته اند.
سنگ خارا
سنگ خارا (گرانیت) سنگ سیاه ( بازالت) جزء سنگ های آذرین بوده وبیش از همه در طبیهت پراکنده اند. عموماً سخت و غیر متخلخل بوده وتحت شرایط محیطی گوناگون بسیار پایدار هستند. سنگ خارا اسیدی بوده و حاوی66% وبیشتر سیلیس می باشد. سنگ سیاه نیز قلیایی بوده و مقدار سیلیس موجود در آن کمتراز52% است هنگامی که سنگ ها از محیط طبیعی خود خارج شده و در محیطی تازه و باز که با آن سازش ندارد قرار بگیرد تحت تأثیر سایشوفرسایش هوا قرار میگیرند، دچار فزسو دگی خاصی شده که ناشی ازرطوبت است.
تاریخچه و سیر تحول سنگهای رسوبی
مطالعه سنگهای رسوبی از نظر مشخصات ساختی، بافتی و ترکیب شیمیایی آنها ،اولین بار در سال 1879 توسط سوربی انگلیسی انجام شد. وی مطالعه سنگهای رسوبی در مقاطع نازک را برای اولین بار ابداع نمود. بعد ها در سال 1899، کایوی فرانسوی پاره ای از مشخصات میکروسکوپی و مشخصات ماکروسکوپی بعضی از سنگ های رسوبی در کشور فرانسه را، به صورت مصور تشریح و تفسیر کرد.
از آن تاریخ به بعد ، به پیروی از کایو، بررسی های سنگهای رسوبی و کوشش اکثر سنگ شناسان ، عمدتاً بر کانی شناسی و تشخیص کانی های تشکیل دهنده این سنگ ها متمرکز گردید . که در این میان ماسه سنگ ها و رسوبات ماسه ای و از میان کانی ها هم، کانی های سنگین(دارای وزن مخصوص بیش از 2.85 ) ،بیشتر مورد توجه قرار گرفتند .
. در سال 1919 ، ونت ورث آمریکایی برای سنجش اندازه ذرت و دانه های تشکیل دهنده رسوبات تخریبی مقیاسی ارائه داد و به کمک مقیاس ونت ورث مطالعه دانه سنجی و و تجزیه های کمی ومکانیکی رسوبات بر مبنای اندازه دانه ها و فراوانی آنها،میسر گردید.
. سرانجام در سال 1933 ، آدن و کرمباین ، مقیاس های جدید تری برای اندازه گیری دانه های رسوبی ارائه دادند و در مکانیسم تجزیه های مکانیکی رسوبات تخریبی، تسهیلات زیادتری ایجاد کردند . امروز هم ، مقیاسهای اندازه گیری متداول برای مطالعات رسوب شناسی و سنگ های رسوبی ، به نام همین افراد معروف بوده و مورد استفاده سنگ شناسان و رسوب شناسان قرار دارد. سایت اینترنتی ویکی پدیای انگلیسی .
سنگ های رسوبی متشکل از ذرات شن یا سنگ ریزه ای که در ملاتی به یکدیگرچسبیده و محکم می شود. اگر این ملات از هم گسیخته شود ذرات آزاد شده و به صورت پودر در می آید. ازسوی دیگر بعضی از سنگ ها طبیعی موسوم به پاتین یا زنگار پوشیده می شوند که تا حدودی از سنگ محافظت می نمایند . اگر این اشیا که از ماسه سنگ یا سنگ آهک ساخته شده اند متخلخل باشند در زیر خاک نمک های محلول را جذب کرده و هنگام خروج از زمین این نمک ها بر اثر تغییرات نامنظم رطوبت نسبی به سمت سطح سنگ جریان یا فته و در آن جا متبلور میشوند که گاهی به صورت رسوب سخت وبلورهای رشته مانند خواهدبود. افزایش این بلورها چنان فشاری ایجاد می کند که سطح سنگ سست وشکننده شده و
نهایتاً ورقه ورقه و از جا کنده می شوند.سنگ های آذرین ورسوبی ممکن است تغییرحالت.داده وبه سنگهای دیگری تبدیل شوند مانند گرانیت به گنایس، ماسه سنگها به کوارتزیتها و سنگهای آهکی به مرمر به این سنگها سنگ دگرگون می گویند. عوامل موثر در فرسایش سنگ ، 1- عوامل درونی مربوط به نحوۀ تشکیل سنگ ها دردوران زمین شناسیوترکیب شیمیایی سنگ است 2- عوامل بیرونی مانند دما ، رطوبت، بادوباران وطوفان وموجودات زنده جانوری وگیاهی است فرسایش سنگ که به آن هوا زدگی گفته می شود.
1- خردشدن وتفکیک اجزای سنگ در اثر عوامل فیزیکی وشیمیایی و بیولوژیکی.
2- حمل مواد هوا زده توسط رطوبت.
هوازدگی: دگرگونی های فیزیکی وشیمیایی را شامل می شود:
• هوا زدگی شیمیایی یعنی واکنش کانی های موجوددرسنگ انحلال اولین مرحله در فرسایش سنگ است وممکن است در آب جاری و یا یک لایۀ نازک آب در اطراف ذره جامد صورت بگیرد. میزان انحلال نیز به ماهیت جسم حل شونده ومقدار آبی که از سطح آن می گذرد بستگی دارد. سنگ گچ در آب بیشتر از سنگ های کربناتی حل می شود.
میزان PH نیز شدیداً بر فرایند انحلال تأ ثیر دارد.ییر حجم فشارهایی در داخل سنگ ایجاد کرده که نهایتاً منجر به شکسته شدن وخرد شدن سنگ می شود.تغییرات دما ، فشارهای ناشی از انجماد اب وتبلور نمکها درخلل و فرج سنگ و فشارهای حاصله از ریشۀ گیاهان است.
مهمترین موضوع در بحث هوا زدگی فیزیکی ،فشار تبلورنمک ها است . این نمک ها یا ابتدا در سنگ وجود دارند و یا در اثر انحلال و تجزیۀ سنگ به وجود می آیند. نمک های محلول درآب پس از خشک شدن متبلور می شوند وچنانچه این نمک ها در درون منافذ سنگ با شند ، حلالیت و تبلور مجدد در طی چند دوره متناوباً تکرار گشته و فشار تبلورآنها در سنگ منجر به ترک خوردگی وشکستن سنگ می شود. مهمترین این نمک ها سولفاتها،کلرورها، نیترات هاو کربنات ها هستند. میزان تخلخل سنگ نیز دراین امر بسیار موثر است .
