مطالعه سنگ های تزیینی با نگاهی به تراورتن ها

1- تعریف تراورتن ها

تراورتن سنگ آهکی است که در اثر فعالیت چشمه های آب گرم تشکیل می شود . بطور کلی در طی فرایند تشکیل ذخایر تراورتن ̨آب های گرم از بین طبقات سنگ های کربناتی به ویژه سنگ آهک عبور می کنند و به دلیل اسیدی بودن ̨کربنات کلسیم موود در این سنگ ها را حل کرده و به صورت محلول کربناتی و بی کربناتی با خود به سطح زمین منتقل می کنند . در سطح زمین به دلیل افت فشار ̨کاهش حرارت ̨آزاد شدن دی اکسید کربن و همچنین تبخیر ̨بلورهای کلسیت تشکیل شده و به صورت لایه های نازکی بر روی یکدیگر رسوب می کنند . پایداری شرایط ذکر شده و تداوم تشکیل لایه های کلسیتی ̨باعث به وجود آمدن لایه های یکناختی از کربنات کلسیم متخلخل ( تراورتن ) می گردد که ضخامت آنها از چند سانتی متر تا چند متر متغیر است و معمولا با شیبی ملایم بر روی لایه های سنگی قدیمی تر قرار می گیرند .

تغییر شرایط رسوبگذاری می تواند باعث وقفه ای در تشکیل این لایه ها گردد که حاصل آن به وجود آمدن یک سطح جدایش بین لایه های متوالی سنگ تراورتن می باشد . ضخامت کلی لایه های تراورتن معمولا از چند متر تا چند ده متر متفاوت است . وجود حباب هاب هوا و همچنین ناخالصی های آهن دو ظرفیتی ̨آهن سه ظرفیتیی ̨منگنز ̨سیلیس ̨مواد آلی و غیره باعث ایجاد تنوع رنگی قابل ملاحظه ای در ذخایر تراورتن به رنگ های سفید ̨شیری ̨کرم تا بز ̨صورتی ̨قهوه ای ̨طلائی ̨زرد ̨لیموئی ̨قرمز و سبز می  توانند تشکیل شوند .

علاوه بر تنوع رنگی که باعث ایجاد زیبایی خاصی در این نوع ها می شود ̨این نوع سنگ را می توان از دو جهت مختلف برش داد . در صورتی که این نوع سنگ در جهت عمود بر لایه بندی آن برده شود (Veincut)̨لایه های مختلف آن در سطح پلاک بریده شده نمایان خواهند شد که توازی ̨تنوع رنگی و تغییرات ضخامت لایه های ریگی در هنگام نصب باعث ایجاد هماهنگی خاصی در نمای ساختمان می شود . اما اگر تراورتن به موازات لایه ها بریده شود fleuricut)یا (crosscutمنظره ای با اشکال و دوایر متحد المرکز به وجود می آید .

حفرات سنگ تراورتن معمولا به وسیله مخلوطی از سیمان سفید و میل ̨ترکیبات اپوکسی رنگی یا رزین های پلی استر پر می شوند و یا به صورت پر نشده مورد استفاده قرار می گیرند .

علاوه بر این از این سنگ ها به صورت ساب خورده (Polished)̨بدون ساب (Unpolished)̨خشن شده (Honed)̨قدیمی شده (Antique)و غیره استفاده می شود .

به دلیل آن که ذخایر تراورتن اصولا ذخایری جواب و متعلق به عصر حاضر هستند ̨معمولا فاقد چین خوردگی هستند و یا به ندرت چین های  بسیار ملایمی در آنها دیده می شود . به همین علت میزان خرد شدگی و پیچیدگی لایه هایسنگی ذخایر تراورتن بسیارکم از ذخایر مرمریت ̨سنگ چینی ̨سنگ لوح ̨ماسه سنگ و یا حتی سنگ آهک است .

بنابراین میزان کوپ دهی و پلاک دهی این هوع سنگ بسیار بهتر از سنگ های ذکر شده می باشد و پلاک ها و اسلب های این نوع سنگ باضخامت ها و ابعاد متفاوت به راحتی قابل استحصال است . از تراورتن بطور معمول برای کفپوش ̨پوشش دیوار ̨آب چکان و اطراف شومینه استفاده می شود . ذخایر بزرگ تراورتن بیشتر در کشورهای ایتالیا ̨ایران ̨ترکیه ̨آمریکا و مکزیک وجود دارد .

2- تعریف تراورتن از دیدگاه انجمن اتاندارد ایتالیا مستقر در میلان

تراورتن یک سنگ آهکی رسوبی و در واقع کلسیت متخلخل یا سلولی لایه ای و تا حدودی بلورین با منشا شیمیایی است که ساختار اسفنجی دارد که بصورت شیمیایی ته نشین می گردد و برای کارهای تزئینی و ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد .

3- ژنز و شرایط تشکیل تراورتن ها

تراورتن زمانی تشکیل می شود که بی کربنات کلسیم در آب چشمه گاز دی اکسید کربن ̨آب کربنات کلسیم تجزیه شود . پدیده ها فیزیکی شیمیایی یا بتخیری نقش بیشتری دارد و تراورتن چشمه ای را بوجود آورده است . گردش آب باعث می شود CO2با آبهای جوی از درون شکستگی ها و درزها سطح زیرین زمین راه یابد و سنگهای آهکی مسیر خود را حل و بصورت چشمه های آهک سازی در سطح زمین (بیرون ) رسوب دهد :

CaCo3+Co2  Ca(HCo3)2

و تراورتن از ته نشست در محلولهای عموما داغ چشمه های کربناتی معمولا در کف حوضچه های کم عمق تشکیل می شود . می توان گفت تراورتن معمولا حاصل رسوب مواد آهکی در آب راکد است .

4- دلایل مصارف تراورتن ها بعنوان سنگ ساختمانی

1-4- مقاومت قابل قبول

2-4- برش و صیقل پذیری ایده آل

3-4- شرایط استخراج ایده آل برلیل اینکه اغلب با لایه بندی افقی شیب کم و در نقاط کم ارتفاع و قابل دست یابی تشکیل می گردند .

4-4- عدم وجود سافتارهای تکتونیکی بر روی ذخایر تراورتن ها به دلیل جوان بودن ( کواترنر ) بعد از فازهای کوهزایی مختلف زمین شناسی یافته اند

5-4- زیبایی ظاهر

6-4- وجود تخلخل جهت چسبیدن به ملات 

7-4-ارزانی نسبت به سایر سنگها .

5-تشکیل تراورتن های رنگی

چشمه های آهک ساز ̨در راستای گسلها از آبهای جوی و ماگمائی تغذیه می کنند .

آبهای جوی با نفوذ در اعماق زمین ضمن گرم شدن و همراه شدن با گازهایی چون SO2+CO2  و عنااصری مانند Fe, Mgو غیره  به طبقات بالایی زمین رانده می شوند ̨در مسیر راه غلظت کربنات کلسیم بالا رفته در نهایت در سطح زمین همزمان با افت درجه حرارت و فشار و ترخیص گازهای اضافی و تغییرات phزمینه تشکیل تاورتن را بوجود می آورند . بی گربنات کلسیم به کربنات کلسیم تبدیل و رسوبگذاری می شود . تغییر رژیم آبدهی که احتمالا فصلی است باعث تغییر میزان مواد رنگی مانند Mg, Alو غیره می گردد و لایه های متعدد با ریگهای مختلف را تسکیل می دهد .

در خصوص درجه حرارت عناصر همراه گازهای موجود در اینگونه چشمه های معمولی آهکساز دبی جریان آب ̨باید برسیهای مستمر در ساعات مخالف شب و روز و اوقات مختلف سال نیاز است تا نتیجه گیری دقیق تری از مقایسه اطلاعات آماری میسر باشد .

6- ساخت های تراورتن

1-6-ساخت خطی : این ساخت که در راستای گسلها و چشمه های معدنی مسیر گسل شکل گرفته است و دارای دو بخش مرکزی یا محوری بسیارست و گر سانشده و بخش کناری با لایه بندی مشخص و کم و پیش قائم است .

2-6-ساخت پستانکی : شامل ستونکهایی از چکه کردن یا بیرون آمدن آرم گاز کربنیک از توده آراگونیتی است .

3-6- ساخت نواری ̨نوار موجی : همزمان با تشکیل تراورتن یا مرمر شکل گرفته و در مقاطع مختلف بخوبی مشهود است .

4-6- ساخت ساده : بطور عادی در اکثر سنگهای تراورتن ها دیده می شود .

7- محاسن و معایب تراورتن رنگی

1-7- تراورتن سفید در صورتیکه رنگ آن تصورت یکنواخت سفید بوده و رگچه های ریگی و خلل و فرج یکنواخت داشته باشد از مرغوبیت بیشتری بر خوردار می باشد که معادن تراورتن محلات ( آتش کوه ) از اینگونه می باشد .

2-7- وجود رگچه های رنگی ناشی از آلودگی به اکسیدهای آهن تراورتن های سفید ممکن است به سنگ زیبائی خاص بدهد .

3-7- تراورتن های رنگی که ممکن است بر حسب درصد آلودگی به رنگینه ها Pigmentsپراکنده اکسید آهن در بین سنگ می باشد از مرغوبیت کمتری برخوردارند .

4-7- تراورتن ها ی رنگی که ممکن است بر حسب درصد آلودگی به رنگینه ها اکسید آهن ̨به رنگ های قرمز ̨گردوئی و لیموئی و غیره دیده شوند ̨به دلیل نقش و یگارهائیکه ناشی از اختلاف میزان آلودگی اکسید آهن در الیه های مختلف تراورتن است ̨ظاهر بسیار زیبا و جذابی دارند .

5-7-در حال حاضر ایران تنها کشور تولید کننده تراورتن قرمز است .

6-7- تراورتن قرمز گردووئی و لیموئی آذر شهر در آذربایجان شرقی و تراورتن های قرمز سردارآباد ̨اردستان و نطنز از دیگر معادن تراورتن رنگی ایران هستند . تراوتن های رنگی در شرایط فعلی دارای قیمت خوب و بازار مناسبی در بازارهای جهانی می باشند .

8- استخراج تراورتن ها و سنگ آهک ها

سنگ آهک و تراورتن ( شامل ماسه سنگ دولومیت فسیل سنگ و سنگ صدفدار ) معمولا بطور زیرزمینی استخراج می شوند . این سنگ ها غالبا از لحاظ اندازه محدودیت دارند و معمولا صیقل پذیر نیستند . گاهی نیز ناگزیر باید تشخیص نمائییم که به سنگ آهک دولومیتی نیاز داریم یا به سنگ آهک ائولیتی که خریداران معمولا این سنگها را به سبب دانه بندی و بافت ویژه ای که دارند بصورت تیشه ای یا خشن انتخاب می کنند .

بعضی از سنگ آهک ها بسیار سخت اند و می توان آنها را با شعله پرداخ کرد اما این نوع سنگ بوموزت در دسترس نیست و بیشتر سنگ آهکها را نمی توان با شعله پرداخت کرد . در هنگام انتخاب اینوع سنگ ها باید محدودیتهای اندازه را در نظر گرفت .

غالبا این سنگ ها حفره دارند که یا می توان این حفره ها را در حالت طبیعی باقی گذاشت یا آنها را با رزین مصنوعی مانند ایوکبی یا سیمان پر کرد .

9- روش های استخراج سنگ های تزئینی و نما

1-9- استخراج سنگ به کمک چالهای موازی

  1-چالزنی

  2- دستگاه چالزنی

  3- جدا کردن بلوک از توده سنگ

  - استخراج بلوک به کمک پارس و گوه

  - استخراج بلوک به شیوه مکانیکی

  - استخراج بلوک به کمک مواد ناریه سبک

2-9- دوش برش سنگ ماشین هاواژ ( شیارزن )

  1- ماشین هاواژ با بازوی زنجیردار

  2- ماشین هاواژ با دیسک برنده

  3- ماشین هاواژ با صفحه فرز

3-9- استخراج سنگ برش سیم برش الماسه

  1- دوشهای برش با سیم الماسه

  2- تجهیزات و قطعا ت یدکی سیم الماسه

4-9- استخراج سنگ بلوک با سیم های برش فولادی یا حلزونی Helicoidal

5-9- استخراج به روش هیدرومکانیکی

6-9- روش استخراج به کمک حرارت

10- استخراج ماده معدنی سنگ تزئینی تراورتن با سیم برش الماسه

دستگاه سیم برش الماسه شامل سیم الماسه به طول 25 تا 45 متر ( حدکثر 150 متر ) به وسیله یک اینچ با قرقره راهنما ̨در یک جهت معین به طور دائم روی سنگ بریده می شود .

برای این منظور ابتدا در سنگ دو چال عمود بر هم که محدوده بلوک را تشکیل می دهد حفلر شده سیم الماس را از آن عبور می دهند . دستگاه برش در موقع کار بر روی ریل قرار دارد و با استفاده از امکانات الکترونیکی و هیدرولیکی به طور اتوماتیک بر روی ریل جابجا می شود و با انجام عمل برش خور را به می کشد . نیروی کشش سیم که حدود 100 تا 150 کیلو گرم است به صورت ثابت حفظ می شود . دستگاه وینچ معمولا در فاصله 5 الی 8 متری سینه کار قرار می گیرد . بدین ترتیب حدود 15 متر از سیم الماسه به طورآزاد کار می کند . مکانیزم دستگاه به گونه ای است که می توان با جابجایی و تغییر جهت محور وینچ از حالت افقی به عمودی سنگ را یه طور افقی و یا عمودی برید.

به منظور خشک کردن سیم الماسه باید پیوسته آب وارد شیار سنگ شود . حد اقل آب مورد نیاز 6 تا 8 لیتر درده دقیقه است که توسط پمپ آب پیش بینی شده در معدن و از مخازن آب تامین خواهد شد.

سیم الماسه حامل سیگمنت های الماسی به صورت حلقه هایی به قطر 10 تا 11 میلی متر است که روی سیم کابل فولادی به قطر 5 میلی متر قرار می گیرد و در فواصل بین سگمنت ها سیم فنرهای فولادی و اتصلات ایمنی قرار دارد . تعدا د سیگمنت ها در هر متر طول سیم الماسه به حدود 33 عدد است که به فواصل 25 تا 32 میلی متر از یکدیگر قرار می گیرند. در روش برش سنگ با سیم برش الماسه پس از آمادگی بتدایی طول در صورتی که سه سطح آزاد وجود داشته باشد ، جهت استخراج بلوک کافی است یک حفاری عمودی از سطح بالای سینه کار تا کف سینه کار ( نقطه(B با عمق مورد نظر ( نقطهB ) و سپس در حفاری افقی از نقاطC , A تا نقطهB ( طول هایDA وDC قبلا با توجه به شرایط طول انتخاب شده اند) صورت پذیرد.

سیم الماسه از داخل چال های عمودی و افقی عبور کردهA'B'BA) ) و سپس دور یک چرخ بسته شده که چرخ نیز توسط محرک دیزلی یا الکتریکی به حرکت در می آید . مسیر گردش سیم مطابق شکل شماره 2 در امتداد فلش باشد . در این وضعیت قسمت فوقانی تحت کشش بوده که باعث برش سنگ شده در حالی که قسمت پایین سیم تحت کشش نمی باشد. برش افقی باید زمانی صورت گیرد که برش عمودی کوه هنوز انجام نگرفته است . زیرا در غیر این صورت در انتهای برش افقی امکان دارد بلوک سنگ از کوه جداشده و سیم برش را که در حالت افقی کار می کند له نماید.

11- حمل و نقل بلوک های ماده معدنی پس از مرحله برش برای جدا کردن بلوک بریده شده از سینه کار ، از جک های هیدرولیک و یا لشتک های هوای فشرده استفاده می گردد. جک های هیدرولیکی توسط یک پمپ هیدرولیکی راه انداز می شود . این جک قدرت زیادی دارند به طوری که با دو عدد از آنها می توان بلوک های سنگ را تا وزن 350 تن حرکت داد.

بالشتک های هوای فشرده از الیاف مصنوعی و لاستیک مقاوم ساخته شده و ابعاد آنها حدود 60x60x4xسانتی متر است . ابتدا بالشتک ها را وارد شیار حاصل از برش نموده آنگاه شیر هوای فشرده کمپرسور را باز می کنند . هوای فشرده با فشار 7 آتمسفر وارد بالشتک می شود . در نهایت بالشتک می شود . در نهایت بالشتک با فشاری معادل 500 آتمسفر به سنگ جانبی فشار وارد می کند که رد اثر آن بلوک سنگ به حرکت در آمده و از سینه کار دور می شود تا در کامیون بارگیری گردد.

12- مصارف تراورتن ها : تراورتن در رنگهای متفاوت و اندازه های گوناگون بطور نرمال برای کفپوش پوشش دیوار آب چکان محافظهای شومینه و مبلمان و صنایع دستی و ...... بکار برده می شود.

13- ﭘوشش دادن منافذ موجود در تراورتن : منافذ و تخلخل های موجود در تراورتن را هم با سیمان و هم با رنگ یا پلی استر پر می نمایند.

14- آنالیزهای تراورتن ها:

1-14- سنگهای آهکی طبق استانداردASTM

جدول 1- سنگهای آهکی طبق استاندارد MTSA

2-14- تجزیه شیمیایی نمونه های مختلفی از سنگهای آهکی:

جدول 2- تجزیه شیمیایی نونه های مختلفی از سنگ های آهکی

3-14-بررسی میزان جذب رطوبت و ارتباط آن با کاربرد خارجی سنگ :

اگر این سنگها در آزمونهای معینی از آب درآیند ، می توان آنها را در کاربردهای خارجی نیز مصرف کرده پس باید از میزان جذب رطوبت سنگ در کاربرد مورد نظر آگاه باشیم.

معمولا سنگهای آهکی رطوبت زیاد جذب می کنند و برای مناطق مرطوب مناسب نیستند مگر اینکه بتونه کاری و درزبندی شوند . بسیاری از سنگ آهکها نرمند و از اینرو هرگاه بصورت سنگفرش مصرف میشوند زود سائیده می شوند.

15- معرفی پتانسیل های تراورتن:

1-15- تراورتن محلات استان مرکزی

جدول 3- آنالیز فیزیکی روی 2 نونه از تراورتن محلات از استان مرکزی

2-15- تراورتن آذرشهر استان آذر بایجان شرقی

جدول 4- آنالیز فیزیکی و شیمیایی روی نمونه تراورتن آذرشهر

3-15- تراورتن شادمهن

معدن تراورتن شادمهن در جوار شهر فیروزکوه از استان تهران در فاصله164 کیلومتری شرق تهران و32 کیلموتری شناغرب شهرستان فیروزکوه واقع شده است و در نزدیکی روستاهای شادمهن و ارجمند قرارگرفته است . محدوده معدن مذکور با مساحت104 کیلومتر مربع مبدا 0 مرکز ارجمند قراردارد منطقه معدن تراورتن شادمهن در زون شمال مرکزی قرارداشته که مشخصات این زون رسوبات پایانی است که تقریبا از پرکامرین پایین تاکرتاسه بالایی در آن انباشته شده اند در منطقه فیروزکوه نهشته های رسوبی –آتشفشانی از پرکامرین تا کواتر نری ، --- دارد که از قدیم به جدید به واحدهای سنگی مختلف تقسیم می شوند . در این معدن لایه های تراورتن کرم تیره و روشن تقریبا در مرز سازنده های آهکی کرتاسه و سازند کرج با شیب حدود 10 درجه به سمت غرب تشکیل شده است . تشکیل تراورتن در دو مرحله جداگانه و متوالی می باشد . اکثر درزه های موجود در ذخیره تراورتن دارای شیب زیاد و تقریبا قائم هستند و فاصله درزه های اصلی و بزرگ معمولا از 5/1 تا 4 متر متغییر است و این درزه ها در بیشتر نقاط کاملا بازشده اند نظمی که در فواصل این درزه ها وجود دارد بهمراه بازشدگی سطوح جدایش بین لایه های مجزای تراورتن باعث ایجاد بلوکهائی شده اند که بصورت منظم در کنار و برروی یکدیگر جای گرفته اند به دلیل این وضیعت خاص وجود درزها در این ذخیره را نیز تسهیل و تسریع می کند . معدن تراورتن مذکور دارای دو میلیون تن ذخیره قطعی و ذخیره احتمالی چهار میلیون تن می باشد

مجله روشان روز