معادن سنگهای ساختمانی

چکیده:

سنگ(Rock) به مجموعه ای از یک یا چند کانی است که هر یک دارای خواص مخصوص به خود را دارد با اینکه بسیاری از سنگها بیش از یک کانی تشکیل شده اند با این وجود , بعضی از کانی ها به تنهایی به مقدار نسبتاً زیاد یافت می شوند که در چنین مواردی می توان آن هم کانی یا سنگ گفت مثل کانی کلسیت که سازنده اصلی آن واحدهای سنگی عظیمی به نام سنگ آهک است.

اساس معادن سنگ به دو گروه زیر تقسیم می شوند:

الف – معادن سنگ بی بُعد :  در این دسته از سنگها مقاومت و اندازه طبیعی سنگ مد نظر نیست و  لذا استخراج آن نیز به طور انتخابی صورت نمی گیرد و از روش حفاری و  انفجار برای استخراج آن استفاده می شود مانند سنگ لاشه که دارای شکل به خصوص نبوده  و برای ساختن پلها , دیواره ها , سیل شکنها , کف کانالها و بناسازی به شکل مالون (تراشیده شدن سنگ لاشه) میتوان استفاده کرد و از ضایعات این سنگ در مصارف مختلف از قبیل پر کردن بین دیواره ها و ... استفاده می شود.

ب – معادن سنگ بُعد دار (سنگ نما) : که دارای ابعاد فیزیکی , مکانیکی و شیمیایی مشخصی هستند و به همان صورت که در طبیعت هستند استخراج می شوند. در سنگهای ساختمانی بُعد دار هدف خرد کردن سنگ نیست , تنها هدف , ایجاد شکستگی صفحه ای و آماده سازی آن برای بهره  برداری با شکل و ابعاد اولیه و طبیعی آن می باشد بنابر این برای استخراج آنها یا از طریق برش دادن و یا از طریق شکاف ایجاد کردن توسط چالهایی با انفجار کنترل شده انجام می گیرد. سنگ نما به صورت سنگهای نازک به ضخامت یک سانتیمتر یا بیشتر تهیه می شود این سنگها به اندازه های دلخواه بریده شده و در کف و نمای داخل و خارج ساختمان به کار می روند.

 مقدمه :

برای بهره برداری از معادن سنگ عوامل مهمی وجود دارند :

1 – ساخت و بافت سنگ

2 – وسعت هوازدگی

3 – قابلیت کاری معدن

4 – رنگ سنگ

ساخت و بافت سنگ : یکی از عوامل مهم برای انتخاب معدن سنگ است چرا که لایه لایه بودن , توده ای بودن , شکل و نوع و اندازه کانی یا بلورهای تشکیل دهنده سنگ و ارتباط آنها به هم به ساخت و بافت سنگ مربوط بوده و از نظر استحکام و زیبایی و ظاهر سنگ موثر می باشند. مهمترین بافتهایی را که در سنگهای تزئینی می توان عنوان کرد به شرح زیر است :

بافت پورفیری -  دانه های بزرگی از یک یا چند کانی در داخل یک خمیره ریز بافت مشخص قرار گرفته اند. مثل سنگ گرانیت و بازالت

بافت موزائیکی یا دانه ای – دانه های تشکیل دهنده سنگ به صورت غیر منظم یا با نظم کمی به حالت بسته بندی با هم قرار گرفته اند مثل بعضی از سنگهای رسوبی

بافت پگماتیتی – نوعی بافت در سنگهای آذرین که در آن دانه های تشکیل دهنده سنگ بزرگ هستند مانند گرانیت سفید دانه درشت

بافت یا ساخت نواری – سنگ به صورت نوارهای نسبتاً باریک دیده می شود و ممکن است نوارها به یک یا چند رنگ مختلف باشند مثل سنگهای رسوبی (مرمریت)

بافت متخلخل – سنگ دارای تخلخل نسبتاً زیادی است و حتی با چشم غیر مصلح نیز قابل رویت است مانند تراورتن

وسعت هوازدگی : اصطلاح هوازدگی به آن قسمت از سنگ گفته می شود که در سطح قرار گرفته و ظاهر خاکی دارد و به نظر خرد شده است. رنگ قسمت هوازده سنگ که رنگ ظاهری آن است با رنگ متن سنگ متفاوت است و دلیل این تفاوت رنگ اکسید شدن قسمت خارجی سنگ است برای مشاهده رنگ اصلی سنگ باید قسمت هوازده سنگ را جدا کنیم و رنگ اصلی سنگ را مشاهده کنیم مثلاً در مورد گروه گرانیتها هوازدگی به وسیله اکسیده شدن توده سنگ انجام می شود و ضرایبی را نیز بر حسب اکسیده شدن برای اقسام سنگها قائل می باشند . مثلاً در مورد گرانیتها اکسیداسیون خیلی کم را با ضریب صفر و اکسیداسیون محدود را با ضریب 1 و محدود متوسط را با ضریب 2 و متوسط را با ضریب 3 و بلاخره اکسیداسیون زیاد را با ضریب 4 عنوان می کنند . سنگهای اکسیده با ضریب 2 و 3 و 4 را معمولاً برای مصارف تزئینی در نظر نمیگیرند . در مورد سنگهای غیر گروه گرانیت نیز وسعت هوازدگی را با توجه به مقدار و ضخامت قسمت سوخته سنگ و نسبت آن به مقدار غیر سوخته بررسی می نمایند

قابلیت کاری در معدن :

فاکتورها یا مفاهیم معدن کاری باید از دو جنبه فنی و اقتصادی مورد بررسی قرار گیرند . عوامل فنی عبارتند از : توپوگرافی ناحیه معدن , زمین شناسی ناحیه , شناسایی درزه و شکستگیهای موجود , بلوک دهی و کیفیت مواد ( یکنواختگی آن در نقاط مختلف )

عوامل اقتصادی عبارتند از : محل و موقعیت کانسار و فاصله آن نسبت به بازار فروش از نظر هزینه های حمل , موقعیت دسترسی به کانسار از نظر راههای ارتباطی و ... با بازار مصرف , ضخامت باطله روی کانسار از نظر هزینه های باطله برداری , سنجش کانسار از نظر تولید سالیانه و عمر معدن , هزینه های خرید یا اجاره زمین در ناحیه معدن در صورت لزوم , امکانت آب و برق , هزینه های تسطیح و تاسیسات , بررسی بازار و قیمت سنگ و سوددهی معدن

رنگ سنگ :

رنگ عامل مهمی برای تایین ارزش سنگ و فروش آن در بازار است . سنگهای گرانیتی به جز در موارد کم به خاطر وجود بلورهای مختلف سنگین و وجود بعضی مواد الوان در خمیره آن از یک رنگ تشکیل نشده است و رنگ کلی سنگ , رنگ آن محسوب می شود . گروه سنگهای آهکی در صورتی که مواد فرعی در آنها نفوذ نکرده باشد به رنگ سفید و در صورت وجود مواد فرعی به رنگهای مختلف در می آیند . گاهی این رنگ در کل متن سنگ اثر می کند و  گاه این رنگ به صورت لایه ها و طرح های مختلف در آن دیده  می شود . از نظر بازار فروش اساس مرغوبیت سنگ از جنبه رنگ به ترتیب فوق است : سفید مطلق , سیاه مطلق , رنگهای روشن نزدیک به سفید , رنگهای نزدیک به سیاه , سنگهای تک رنگ و سنگهای چند رنگ

سنگ

سنگها از تجمع كانيها حاصل مي آيند. بعضي از سنگها از يك نوع و بعضي از چند نوع كاني تشكيل شده اند. بنابر اين براي مطالعه و بررسي سنگها لازم است كه كانيهاي مهم تشكيل دهنده سنگها را بشناسيم . كانيهاي تشكيل دهنده سنگها ، يا به اصطلاح ( كانيهاي سنگ ساز) ، بر حسب انواع سنگها به 3 گروه كانيهاي آذرینی ، رسوبي و دگرگوني تقسيم مي شود .

كانيهاي آذرین

95% از وزن پوسته ي زمين را سنگهاي آذرين تشكيل مي دهند. اين سنگها از سرد شدن مواد مذاب دروني به نام ماگما به وجود آمده اند . كانيهاي سازنده اين نوع سنگها كه منشا دروني دارند از انواع ديگر در پوسته زمين فراوانترند.

تركيب شيميايي سنگهاي آذرين و آتشفشانهاي فعال نشان مي دهد كه ماگما يك تركيب سيليكاتي با مقداري اكسيدهاي فلزي ، بخار آب و ديگر مواد فرَار است كه از اعماق به قسمتهاي بالايي پوسته راه مي يابد. ماگما پس از تشكيل ، با استفاده از قسمتهاي ضعيف پوسته ، مانند شكافها و درزه هاي موجود راه خود را به بالا باز كرده به سطح زمين نزديك مي شود. ماگما در ضمن بالا آمدن ، به تدريج دماي خود را به سنگهاي اطراف منتقـل مي كند و سرد مي شود. كم شدن فشار نيز سبب مي شود كه مواد فرار و بخار آب موجود در ماگما از آن خارج شده ، به درون درزه ها و شكافهاي سنگهاي پوسته راه يابند. اين تغييرات و تحولات نيز باعث مي شود كه ماگما بيش از پيش سرد شود و كانيهاي آذرين يكي پس از ديگري متبلور شده و سنگهاي آذرين دروني به وجود آيد. بلور كانيها در اين نوع سنگها اغلب درشت است قسمتي از ماگما كه به سطح زمين راه مي يابد گدازه نام دارد. سنگهاي آذرين بيروني مانند بازالت يا ( سنگ پا) از سرد شدن سريع گدازه ها به وجود مي آيند. اغلب كانيهاي سازنده اين نوع سنگها داراي بلورهاي بسيار ريز است كه با چشم ديده نمي شود.

مهمترين كانيهاي ماگمايي عبارتند از سيليس و سيليكاتهاي فلزاتي چون آلومينيوم ، آهن ، كلسيم ، منيزيم ، سديم ، پتاسيم كه جمعاً 99% حجم سنگهاي آذرين را تشكيل مي دهند و به آنها كانيهاي سيليكاتي هم مي گويند. علاوه بر اينها گروه ديگري از كانيها مانند اكسيدها ، فسفاتها ، سولفاتها و بعضي عناصر خالصي كه غير سيليكات نام دارند نيز به مقدار بيار كم در اين گونه سنگها يافت مي شوند.

سنگهای آذرین:

ترکیب شیمیایی ماگما متفاوت است. بعضی سیلیس زیاد دارند که به آن( ماگمای اسیدی ) می گویند و بعضی سیلیس کمتر و در عوض عناصر آهن ، منیزیم و کلسیم بیشتری دارند که به آن (ماگمای بازیک) می گویند بنابر این کانیهایی که در یک سنگ آذرین فراوانتر باشند در ظاهر سنگ اثر می گذارند. چنانکه سنگهای پرسیلیس به علت وفور کوارتز و فلدسپات ظاهری روشن داشته و سنگهای خیلی بازیک به علت وفور کانیهای آهن و منیزیم دار رنگ تیره تر از خود ظاهر می سازند. (جدول 1)

بعضی از سنگهای آذرین بویژه گرانیتها و گابروها ( هر دو جزء آذرین درونی هستند ) پس از برش و سیقل دادن به علت زیبایی ، مقاومت زیاد و دوام طولانی به عنوان سنگهای تزئینی استخراج می کنند.

  جدول رده بندی سنگهای آذرین

  ۱- سنگهای اسید

  ۲- سنگهای حد واسط یا خنثی

  ۳-سنگهای بازیک

  ۴- سنگهای خیلی بازیک

کانیهای عمده موجود در سنگ

کوآرتز + فلدسپات + میکا

فلدسپات + آمفیبول + میکای سیاه و پیروکسن

پلاژیو کلاز + پیروکسن + کمی الیوین

الیوین + پیروکسن

نام سنگ: اقسام درونی

گرانیت

دیوریت

گابرو

پریدوتیت

نام سنگ: اقسام بیرونی

ریولیت

آندزیت

بازالت

-

كانيهاي رسو بي:

 مواد حاصل از تخريب سنگهاي آذرين ، دگرگوني و رسوبي توسط آبهاي جاري به حوضه هاي رسوب گذاري حمل و در درياچه ها يا درياها ته نشين مي شوند. پاره اي از كانيها ابتدا در آبها به حالت محلول در مي آيند و سپس در اثر تبخير و يا واكنشهاي شيميايي در درياچه ها و دريا ها كانيهاي رسوبي را پديد مي آورند. بنا بر اين ، در سنگهاي رسوبي بسياري از كانيهاي سازنده سنگهاي آذرين و درگرگون شده را مي توان يافت. در بين آنها كانيهاي رسوبي از همه فراوان ترند و ساير كانيها ي مهم رسوبي مي توان كربناتها ، كلريدها و برخي از سولفاتها را نام برد .

از كربناتها ، كاني كلسيت  را مي توان نام برد كه كاني اصلي سنگهاي آهكي و مرمر است. كلسيت در رگه هاي معدني اغلب به صورت بلورهاي لوزي السطوح بي رنگ يا شيري رنگ ديده مي شود ، با اسيد كلريد ريك به سهولت مي جوشد ، در زير ضربه چكش به صورت قطعات متوازي السطوح كوچك در مي آيد كه نشانه وجود سه جهت رخ در اين كاني است. از ديگر كانيهاي كربناته ، مي توان دولوميت را نام برد ، كه از بسياري جهات شبيه كلسيت است. تنها وجه تشخيص دولوميت با كلسيت اثر  اسيد كلريدريك بر اين دو است كه كلسيت به سرعت مي جوشد و تنها پودر دولوميت با اين اسيد واكنش ميدهد .

سنگهای رسوبی:

فرایند هوازدگی ، سنگهای قدیمی را به تدریج متلاشی و تبدیل به قطعات کوچکتر می کنند. عوامل فرسایش مثل آبهای جاری ، باد ، امواج ، یخ ، نیروی گرانی (جاذبه) مواد حاصل از هوازدگی سنگهای بستر را حمل  و آنها را خرد تر می کنند. این مواد را رسوبات می گویند. ذرات ماسه در تلماسه های صحرایی ،گل رس در مرداب ،ریگ در بستر رودخانه،حتی گردو خاک روی وسایل منزل

مثال هایی در مورد این فرایند بی وقفه است .در نهایت،رسوبات در محل های جدید مثل دریا ،دریاچه و...ته نشین شده (رسوب گذاری)به صورت لایه هایی روی هم جمع می شوند.

رسوبات از تجمع خرده سنگ ها ،کانی ها و مواد آلی در سطح زمین یا در اثر ته نشست شیمیایی مواد محلول در آب حاصل می شوند. منشا انها ممکن است،آواری یا تخریبی ،شیمیایی و آلی باشد.رسوبات نرم بر اثر عوامل دیاژنز به سنگ سخت تبدیل می شوند ،این همان سنگ های رسوبی است که به صورت لایه هایی در طبیعت قابل مشاهده اند. 

رسوبگذاری:

 وقتی آبهای جاری ، یخچالها ، امواج ، یا باد انرژی خود را از دست بدهند و نتوانند رسوبات را بیشتر از آن حمل کنند ، ته نشین شدن رسوبات شروع می شود. همچنین رسوب گذاری شامل تجمع رسوبات شیمیایی یا زیستی ، مثل صدف های دو کفه ای در کف دریا ، یا توده های گیاهی در بستر باتلاقها نیز می شود که نشان دهنده آن است که سنگهای رسوبی در اعماق دریاها یا دریاچه ها تشکیل شده اند ، حال آنکه امروزه ارتفاعات کوه را تشکیل می دهند پس نتیجه می گیریم که عوامل تکتونیکی سبب شده است که سنگهای افقی اعماق دریاها به صورت کوه در آیند.

  تراورتن: سنگ رسوبی شیمیایی است و در چشمه ها و غارها تشکیل می شود. تراورتن نوعی سنگ آهک است و از ویژگیهای آن ، نوارهای تیره و روشن است ، که به علت وجود مقدار کمی اکسید آهن در زمان رسوب گذاری تشکیل می شود. تراورتن به عنوان سنگ نما مورد استفاده قرار می گیرد. و به رنگهای مختلف دیده می شود.

سنگهای رسوبی به رنگهای مختلف  دیده می شوند. رنگ اصلی سنگها (سطح تازه شکسته شده ) ترکیبی از رنگ کانیهای مختلف تشکیل دهنده آن سنگ می باشد. سولفید آهن و مواد آلی موجود در رسوبات اغلب باعث رنگ خاکستری تا سیاه میشود . هماتیت موجود باعث رنگ قرمز و قهوه ای متمایل به قرمز می شود و لیمونیت موجود باعث رنگ زرد و نارنجی می شود.

سنگهای دگرگونی:

مسلماً منظره درختان را در فصل بهارو پاییز دیده اید. تغییرات قد ، رنگ پوست و نیروی جسمانی آدمیان ساکن نقاط مختلف سطح زمین ( از مناطق سرد سیر تا نواحی گرمسیر ، از نواحی کوهستانی تا مناطق ساحلی حاشیه دریاها ) را با هم مقایسه کرده اید و می دانید که میکروبها برای ادامه حیات در صورت تغییر شراط محیط ، عکس العملهایی از خود بروز می دهند.

در دنیای کانیها که از سطح تا اعماق زمین و در شرایط متفاوت در ترکیب سنگ شرکت می کنند نیز چنین عکس العملهای بروز می کند و اگر در محیطی قرار بگیرند که با شرایط تشکیل آنها فرق داشته باشد ، تغییراتی در شکل ، اندازه و ترکیب آنها بروز می کند این تغییرات را دگرگونی ( متا مورفیسم ) می گوییم. . فرایند دگرگونی عبارت از تغییر حالت سنگهای موجود در پوسته زمین است این سنگها ممکن است از نوع آذرین ، رسوبی و حتی دگرگونی باشند.

اصولاً سنگهای دگرگون شده و در درون زمین و دور از چشم ما و در مدت زمان بسیار طولانی به وجود می آیند. طی فرایند دگرگونی ، کانیها ذوب نمی شوند و حالت جامد سنگ پیوسته محفوظ می ماند.

در طی دگرگونی بافت و ترکیب سنگهای قبلی بر اثر دخالت عوامل دگرگون ساز دستخوش تغییر می شود. عوامل دگرگون ساز شامل حرارت ، فشار و سیالاتی هستند که از نظر شیمیایی فعال باشد.

مرمر : سنگ آهک دگرگون شده است. در این سنگ بلورهای ریز کلسیت مجدداً متبلور شده و به صورت بلورهای دانه درشت تر در می آید. رگه های موجود در سنگ مرمر مربوط به ناخالصیها در سنگ آهک اولیه است. به علت اینکه ، مرمر عموماً از تک کانی( کلسیت یا دولومیت) تشکیل یافته ، فاقد جهت یافتگی مشخص است و غالباً منظره دانه قندی دارد. به علت رنگ و داشتن بافت موزائیکی (استحکام خوب) و منظره زیبا به عنوان سنگهای تزئینی آن را استخراج می کنند .

روش استخراج سنگهای تزئینی نما :

در روش استخراج سنگهای تزئینی نما بیشتر از روش رو باز و به ندرت از روش زیر زمینی استفاده می شود. (در ایران همه معادن استخراج سنگهای تزئینی نما به روش رو باز و از طریق سیم برش الماسه انجام می گیرد)

در این روش برای باز کردن سینه کار اولیه باید دقت فراوان انجام گردد زیرا عدم دقت باعث می گردد در ادامه استخراج به مرور زمان به مشکل برخورد کرده و ادامه استخراج به بن بست منجر گردد.

 برای باز کردن سینه کار ائلیه مورد نظر ابتدا منشوری به صورت( ایکس- وای- زد )در نظر گرفته و در ادامه برای پیشروی در استخراج بلوکهایی با ابعاد مکعب مستطیل در نظر می گیریم.

در این روش ابتدا بلوکهای مورد نظر را که اکثراً دو الی چهار عدد می باشد توسط دستگاه حفاری به نام راسل که با هوای فشرده با سرمته مخصوص کار می کند طوری حفاری می کنند که سه چال مادر ( ایکس-وای- زد) به هم برسند و سپس با عبور دادن سیم الماسه از داخل چال ها , بلوکهای پیش بینی شده را برش می دهند و در نهایت آنها را به ابعادی در می آورند که به آنها سنگ کوب می گویند به این دسته از سنگها با توجه به شکل و قواره خاص , سنگهای ساختمانی قواره ای نیز می گویند که وزن آنها  از دو تن به بالا می باشد . سپس سنگ کوب استخراج شده را برای فراوری به کارخانه سنگبری برده و با قرار دادن آن در زیر تیغه قله بر یا دستگاه اسلپ برده و سپس قسمت برش داده شده را به سمت ساینده ها انتقال داده و یکطرف آن را صیقل می دهند تا نمای براقتری داشته باشد و در نهایت بعد از صیقل دادن آنها را به اعاد مختلف مثل 30 در 30 یا 40 در 40 و ... و با توجه به تقاضای بازار برش میدهند .

با وجود تنوع زیاد سنگها , تنها تعداد نسبتاً کمی از آنها برای استفاده در ساختمان مناسبند . علاوه بر قابلیت دسترسی و استخراج آسان , سنگی که در ساختمان استفاده مس شود باید از نظر کار کردن روی آن , ضاهر سختی دوام , بافت و تخلخل مشخصات مناسبی داشته باشد . در اینجا منظور از قابلیت کار کردن این است که , کار برش دادن شکل دهی و صیقل دادن سنگ به راحتی انجام بگیرد که به طور مستقیم بر روی قیمت سنگ تاثیر می گذارند . قابلیت کار کردن بر روی سنگ با افزایش مقدار سیلیس کاهش میابد . برای مثال سنگ آهک را که دارای مقادیر کمی سیلیس است به راحتی می توان برید , سوراخ کرد و به آن شکل داد اما گرانیت که دارای مقادیر بالایی سیلیس است برای کارهایی نظیر برش و پرداخت سخت ترین سنگ محسوب می شود صرف نظر از وضعیت توده های سنگی در مناطق معدنی , نحوه استخراج و مسائل وابسته به آن مشکلات عدیده ای داشته و مطالعات  وسیعی را طلب می کند . اما آنچه در نمونه های کوچکتر در اولویت است مقاومت سنگ ی باشد . معمولاً سنگهای با تراکم و سختی بیشتر مقاومترند . اما این موضوع همیشه صادق نیست سختی سنگ به خصوص در سطوح افقی , مانند کف و سنگ فرش حائز اهمیت است . اما سختی بر روی قابلیت کار کردن با سنگ نیز اثر مستقیم دارد .

بنابر این انواع سنگهای ساختمانی دارای خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی هستند و برای استفاده از هر سنگ در ساختمان باید خواص فیزیکی و شیمیایی آن را مورد توجه قرار داد . سنگهیی از قبیل گرانیت , سنگهای آهکی و مرمر سنگهایی هستندکه به عنوان سنگهای ساختمانی استفاده می شوند.