کدام آزمایش های سنگ برای کدام کاربرد مناسب است؟!
آزمایش های سنگ های ساختمانی
کاربردهای بیرونی و داخلی سنگ در ساختمان هر کدام ملاحظات خاص خود را دارند. به طور کلی، اگر قرار است سنگی در قسمت بیرونی ساختمان نصب شود، باید در برابر عوامل جوی و هوازدگی مقاوم باشد، زیرا ممکن است در معرض تغییرات دمایی شدید، چرخه های انجماد و ذوب، آلاینده ها، مواد شیمیایی و غیره قرار گیرد. با توجه به اینکه سنگ ها در کاربردهای داخلی ساختمان کمتر تحت تاثیر آسیب هستند، دامنه انتخاب سنگ بسیار گسترده تر است. با این حال، ملاحظات خاصی برای سنگ ها وجود دارد که باید در کاربردهایی چون کفپوش یا نمای داخلی ساختمان مورد توجه قرار گیرند. هنگامی که کاربرد سنگ در داخل یا خارج ساختمان مشخص شد، می توان برنامه ای برای روش نگهداری سنگ طراحی و ارائه کرد. این طرح با توجه به مشخصات کامل و تمام آزمایش های سنگ تدوین می شود و با بکارگیری آن می توان اطمینان حاصل کرد که سنگ می تواند برای سال های متمادی زیبا و بدون آسیب جدی باقی بماند. در ادامه به توضیح برخی از ملاحظات کلی پرداخته شده است.
باید به داده های آزمایشی توجه داشت!
اگر سنگ در سازه ای استفاده می شود، باید به داده های آزمایشی مقاومت فشاری و مقاومت خمشی توجه داشت. اگر قرار است سنگ در معرض عوامل و مواد آسیب زا قرار گیرد، پارامترهایی شامل جذب آب، تخلخل و نفوذپذیری سنگ بسیار مهم هستند. علاوه بر این، ممکن است داده های آزمایشی مربوط به دوام سنگ در برابر چرخه های انجماد و ذوب اب مورد نیاز باشد. اگر قرار است از سنگ در موقعیت کف استفاده شود که تردد کفش در آن زیاد است، مقاومت سایشی و مقاومت لغزشی سنگ باید تعیین گردند. جذب آب و چگالی نیز در این کاربرد ملاحظات مهمی هستند.
آزمایش های سنگ طبیعی: آزمایش کاربردهای سنگ ساختمانی
سنگ های مورد استفاده در بیرون از ساختمان باید قادر به تحمل طیف وسیعی از تنش هایی باشند که در معرض آن قرار می گیرند. بسته به کاربرد و مکان پروژه، عوامل آسیب زا ممکن است شامل بارها و تنش های محیطی مختلف باشند.
گرانش یک بار رو به پایین بر روی سنگ وارد می کند و در کاربردهای عمودی باید توسط سیستم لنگر (انکر) مهار شود. در صورت استفاده در ساختار سازه، سنگ های کف دیوار باید به اندازه ای مقاوم باشند تا وزن مصالحی را که روی آن قرار می گیرند، تحمل کنند. سنگ های مورد استفاده در کاربردهای عمودی (مانند ستون)، بارهای ناشی از باد را نیز تجربه می کنند. باد فشارهای مثبت و منفی را اعمال می کند و این فشارها در گوشه های ساختمان یا نزدیکی درز و ناپیوستگی ها قوی تر هستند. بار باد، عمود بر نمای سنگی دیوار است. بارهای لرزه ای نیز ناشی از شتاب زمین در هنگام زلزله است. این نیروها ممکن است عمود یا موازی با وجه سنگ باشند. طراحی سازه ای نما معمولاً توسط بار باد کنترل می شود، زیرا بیشتر از بار لرزه ای رواج دارد؛ اگرچه استثناهایی نیز دیده می شود.
سنگ های نصب شده در بیرون از ساختمان ممکن است در معرض چرخه های انجماد و ذوب و انبساط و انقباض حرارتی قرار بگیرند. سنگ ها هم چنین ممکن است در معرض باران، برف یا تگرگ و همچنین آلاینده ها و مواد شیمیایی مانند مونوکسید کربن و سولفات ها قرار بگیرند. سنگ های نصب شده به عنوان سنگفرش ممکن است بارهای فشاری سنگینی را تجربه کنند که ناشی از حرکت و وزن وسایل نقلیه است. علاوه بر این سنگ ها باید قادر به مقاومت در برابر سایش و لغزش باشند.
مقاومت های فشاری و خمشی
از آنجایی که مقاومت سنگ برای کاربردهای فضای باز بسیار مهم است، باید توجهی دقیق تر به آزمایش های ASTM داشت که مقاومت فشاری و خمشی را ارزیابی می کنند.
ASTM C170: روش آزمایش استاندارد برای مقاومت فشاری سنگ ابعادی
این آزمایش برای اندازه گیری مقاومت سنگ در برابر خرد شدن استفاده می شود. این آزمایش نیاز به نمونه های مکعبی یا استوانه ای دارد. طی آزمایش از یک بازو برای اعمال فشار بر روی سنگ استفاده می شود تا زمانی که سنگ خرد شود. مقاومت فشاری نمونه بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مربع (Kg/cm2) یا MPa گزارش می شود.
حداقل پنج نمونه سنگ باید آزمایش شوند و وجوه نمونه ها تا حد امکان صاف و عاری از شیار یا سایر عیوب باشند، زیرا این موارد می توانند بر مقاومت سنگ تأثیر منفی بگذارند. در برخی موارد، آزمایشگاه ممکن است مجبور باشد نمونه ها را برای ایجاد سطوح قابل قبول، مجدداً برش و ساب دهد.
مقاومت فشاری بیشتر نشان می دهد که سنگ می تواند بار بیشتری را تحمل کند. در این آزمایش حداقل 12.45 مگاپاسکال برای سنگ ماربل و 131 مگاپاسکال برای گرانیت در نظر گرفته می شود. مقاومت فشاری – یا باری که سنگ در آن خرد می شود – معمولاً بسیار بیشتر از مقدار بار واقعی در ساختمان است که سنگ باید در برابر آن قرار گیرد. فاکتورهای ایمنی برای انواع مختلف سنگ ها در طراحی سازه ای ایجاد شده است که به تعیین بار مجاز برای آن سنگ کمک می کند. به عنوان مثال، اگر ضریب ایمنی برای یک سنگ مشخص 4 باشد، مقاومت فشاری آن سنگ را بر 4 تقسیم می‌کنند تا حداکثر بار مجاز آن سنگ را به دست آورند.
مقاومت خمشی: ASTM C99 و C880
دو آزمایش ASTM مقاومت خمشی سنگ را ارزیابی می کنند. اولین روش ASTM C99: روش آزمایش استاندارد برای مدول گسیختگی است. برای این آزمایش، نمونه های سنگی به شکل پل قرار می گیرند و یک بار پایینرو بر روی سنگ اعمال می شود تا زمانی که سنگ بشکند. در این آزمایش از نمونه هایی با ابعاد 8 در 4 در 2.25 اینچ استفاده می شود.
این آزمون کاستی هایی نیز دارد؛ اولا نمونه آزمایشی باید کوتاه و ضخیم باشد بنابراین تنش های خمشی را که نمونه های نازکتر متحمل می شود، تجربه نمی کند. به همین دلیل، نتایج آزمایش معمولاً بیشتر است. دوما، از آنجا که بار در یک نقطه وسط نمونه اعمال می شود، تنش های خمشی نیز در وسط نمونه متمرکز می شوند. باید توجه داشت که سنگ ها موادی ناهمگن با اندازه دانه های مختلف هستند و یک نمونه ممکن است دارای نقاط ضعفی در نزدیک انتها باشد.
ASTM C880: روش آزمایش استاندارد برای مقاومت خمشی سنگ ابعادی
این آزمایش به دو دلیل کلیدی با C99 متفاوت است: اولا، این آزمایش از نمونه های آزمایشی استفاده می‌کند که ضخامت و پرداخت مشابه دارند و در کاربرد واقعی استفاده می شوند.
دومین تفاوتی که ASTM C880 را از مدول گسیختگی متمایز می کند این است که آزمایش مقاومت خمشی با بارگذاری نقطه ای در یک چهارم نمونه انجام می شود. در این حالت به جای اعمال بار کامل در یک مکان واحد در نقطه میانی نمونه، بار آزمایشی در کل نمونه تقسیم می شود. به این ترتیب، تمام نیمه مرکزی نمونه در معرض حداکثر ممان خمشی یا تنش قرار می گیرد. این روش به احتمال زیاد هر گونه ضعف ساختاری در سنگ را آشکار می کند. به همین دلایل C880 برتر از C99 است.
همانند C99، بار در C880 تا زمان شکستن نمونه افزایش می یابد. سپس مقاومت خمشی با استفاده از فرمولی بر اساس هندسه شرایط آزمایش محاسبه می شود.
مقاومت خمشی به صورت کیلوگرم بر سانتی متر مربع (Kg/cm2) یا مگاپاسکال بیان می شود. حداقل مقادیر مورد نیاز، همانطور که در مشخصات مواد تعریف شده است، از 2.8 مگاپاسکال برای سنگ آهک با چگالی کم تا 10.3 مگاپاسکال برای گرانیت متغیر است.
همانند مقاومت فشاری، برای اطمینان از اینکه بارهای واقعی هرگز به مقاومت خمشی نزدیک نمی شوند، از یک ضریب ایمنی استفاده می گردد.
تهیه شده در واحد تولید محتوای شرکت روشان روز «مرکز اطلاعات سنگ ایران»
نگارش: سعید نجاتی
