مهار تشکیل پوسته سطحی روی لایم‌استون
در آزمایشگاه، هرگاه لایم‌استون مرطوب در معرض دی‌اکسید گوگرد قرار گیرد، یک پوسته سخت و نفوذناپذیر از سولفات کلسیم تشکیل می‌شود، ضخامت، نفوذناپذیری و سایر ویژگی‌‌ها به نوع لایم‌استون و شرایط واقعی آزمایش بستگی دارد. اما در ساختمان‌ها هنگامی که سنگ در معرض شستشوی آب باران قرار می‌گیرد، از تشکیل پوسته سطحی جلوگیری می‌شود. آب باران هم ترکیبات محلول ایجادشده و هم دوده ته‌نشین‌شده را از بین می‌برد. این امر به‌وضوح در شکل زیر (الف) نشان داده شده است. در منطقه تاریک‌تر، بافت طبیعی سنگ پورتلند توسط یک پوسته سطحی شیشه‌ای و قهوه‌ای‌رنگ پوشیده شده، که خراش‌هایی از آن حاوی 56 درصد سولفات کلسیم هیدراته بود. در حالی که سطح سفید و شسته‌شده با آب باران، بسیار نرم‌تر بود و کمی فرسایش یافته بود. شکل زیر مرحله اولیه هوازدگی لایم‌استون پورتلند را نشان می‌دهد. پوسته سطحی به‌راحتی در مناطق محافظت‌شده دیده می‌شود. این مناطق محافظت‌شده تمایل دارند با دوده پوشیده شوند و سنگ، ظاهر سیاه و سفید مشخصه سنگ پورتلند لندن را به خود می‌گیرد. به نظر می‌رسد سنگ پورتلند در آب باران، نسبت به انواع دیگر لایم‌استون، کمتر در معرض تاول‌زدن است. با این حال، مصون نیست. همانند شکل بالا (ب)، بسیاری از ساختمان‌های سنگی قدیمی پورتلند در لندن از این امر آسیب دیده‌اند.
شکل‌های زیر اثر باران را در تمیز و سالم نگهداشتن لایم‌استون منیزی نشان می‌دهد. در شکل (الف)، پوسته تشکیل‌شده تاول زده و پوسیده شده است. در شکل (ب)، سنگ در معرض باران است. مقداری فرسایش رخ داده است، رگه‌های کلسیتی به صورت برجسته هستند و لایه زیرین آشکار شده اما سنگ کاملا سالم است. هیچ پوسته پوشیده از دوده وجود ندارد و تاول نیز ایجاد نشده است. اگرچه این یک قاعده کلی است که در مناطق باران‌خیز پوسته بر روی لایم‌استون‌ها تشکیل نمی‌شود اما استثناهایی هم وجود دارد. به‌عنوان مثال، در موارد متعددی مشاهده شده است که سنگ کتون در مناطق باران‌خیز، پوسته‌پوسته شده است.
از طرف دیگر، موقعیت سنگ یک عامل مهم است. در انگلستان باد غالب از سمت جنوب غربی است و این وجوه جنوبی و غربی ساختمان‌ها هستند که به‌طور موثر توسط باران شسته می‌شوند. با این حال، نتیجه نمی‌شود که این وجوه همیشه کمترین پوسیدگی را داشته باشند، زیرا در معرض نور خورشید نیز قرار دارند. درنتیجه اثرات حرارتی مشخص‌تر می‌شوند و باعث تغییرات دمایی بیشتر مواد معدنی یا افزایش احتمال ذوب سطحی در دوره‌های یخبندان می‌شوند. بنابراین، در برخی موارد، اثرات مفید ناشی از قرارگرفتن در معرض باران ممکن است با تأثیر عوامل دیگر از بین برود.
تشکیل پوسته روی لایم‌استون در داخل و خارج از ساختمان
در قسمت بیرونی ساختمان، سنگی که روی آن پوسته سطحی ایجاد شده و به میزان قابل‌توجهی تاول‌زده و لایه‌برداری شده است، اغلب مشاهده می‌شود که در داخل ساختمان سالم و بدون آسیب باقی مانده است. این موضوع قابل‌توجهی است، زیرا میانگین گوگرد هوای داخل ساختمان و هوای بیرون متفاوت است. در بسیاری از کلیساها و کلیساهای بزرگ، از اجاق‌های کک برای گرم‌کردن استفاده می‌شود و احتمالا هوای داخل آن‌ها اغلب بیش از حد با دوده گوگرد آلوده شده است. این احتمال وجود دارد که تراکم رطوبت در اینجا یک عامل مهم در نظر گرفته شود. احتمالا تراکم بسیار بیشتری در خارج از خانه وجود دارد، زیرا در خارج از منزل، تغییرات دما و رطوبت بارزتر است. این ممکن است از چندین جهت تأثیر داشته باشد. کاهش در میزان تراکم، میزان حمله را کاهش می‌دهد، زیرا مقادیر کمتری از اسیدهای مضر در تماس نزدیک با سنگ قرار می‌گیرند. تا جایی که با کاهش رسوب سولفات کلسیم، احتمال تشکیل پوسته را کاهش می‌دهد و همچنین تمایل دارد توزیع مجدد مداوم سولفات کلسیم را که باید در حضور آب رخ دهد، حذف کند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که تراکم رطوبت ممکن است نقش مهمی در تعیین درجه وقوع واکنش شیمیایی بین لایم‌استون‌ها و گازهای گوگرد اسیدی داشته باشد، اما نسبت‌های بالایی از سولفات‌ها در سنگ‌کاری داخلی بدون پوسیدگی مشخصی یافت شده است. تصور می‌شود که تأثیر آب در کمک به شکل‌گیری پوسته و در ایجاد توزیع مجدد محصولات واکنش، عامل مهمی است که تفاوت‌های مشاهده‌شده در رفتار سنگ‌کاری داخلی و خارجی را نشان می‌دهد.
لایه‌برداری پوسته‌های سطحی روی لایم‌استون
تشکیل پوسته‌های سطحی روی لایم‌استون اغلب به‌عنوان محافظی در برابر پوسیدگی در نظر گرفته شده است، اما، چنین پوسته‌هایی مضر هستند، زیرا رشد آن‌ها درنهایت منجر به ایجاد تاول و لایه‌برداری می‌شود. مکانیسم تشکیل تاول‌ها چندین نکته جالب را بیان می‌کند. زمانی اعتقاد بر این بود که تاول‌ها در نتیجه رشد کریستال‌ها بلافاصله در پشت پوسته ایجاد می‌شوند، اما بررسی تعداد زیادی تاول به‌ندرت تجمع کافی مواد را نشان می‌دهد که باعث جداشدن لایه‌ها شود. گاهی اوقات مشخص شده است که داخل آن حاوی پودر سستی است که از غبار سنگ و سولفات کلسیم تشکیل شده است، اما اغلب تاول‌ها تهی هستند. به‌طور مشابه، بررسی میکروسکوپی مقاطع نازک نشان می‌دهد که رشد کریستال‌ها در پشت سطح علت آن نیست. به‌عنوان مثال، تاول نشان‌داده‌شده در شکل زیر، کاملا تهی است. همچنین، رانش کریستالی هیچ توضیح کافی برای انبساط سطح ارائه نمی‌دهد.
توضیح احتمالی دیگر این است که کربنات کلسیم با تبدیل به سولفات کلسیم دچار افزایش حجم می‌شود. این تغییر در واقع با افزایش حجم همراه است. اما برای اینکه این انبساط موثر باشد، لازم است فرض کنیم که کربنات کلسیم بلافاصله به گچ تبدیل می‌شود، در حالی که ساختار پوسته‌ها نشان می‌دهد که تشکیل آن‌ها کاملا به دلیل تبدیل مستقیم از کربنات به سولفات نیست. گچ احتمالا از محلول در سطح یا نزدیک سطح رسوب می‌کند. توضیح دیگری که توسط اسکات راسل ارائه شده است این است که ضریب خطی انبساط حرارتی گچ تقریبا پنج برابر میانگین ضریب انبساط کلسیت است. بنابراین ضریب انبساط پوسته سطحی نسبت به سنگ پشت آن بیشتر است و با تغییر دما، تنش‌های ایجادشده توسط ضرایب انبساط متفاوت، باعث ورقه‌ورقه‌شدن سطح می‌شود. این امر برای جداشدن سطح از سنگ زیرین است، اما انبساط دائمی سطح برای ایجاد تاول را توضیح نمی‌دهد. ممکن است لیز خوردن کریستال‌ها روی یکدیگر اتفاق بیفتد و از بازگشت آن‌ها به موقعیت اولیه خود در هنگام خنک‌شدن جلوگیری کند. همچنین ممکن است که انبساط به دلیل ترکیبی از انبساط حرارتی و تشکیل کریستال باشد. هنگامی که سطح یک سنگ مرطوب با قرارگرفتن در معرض خورشید یا قرارگرفتن در معرض جو گرم، گرم می‌شود، انبساط رخ می‌دهد و هم‌زمان تبخیر نیز رخ می‌دهد. بنابراین بلورهای سولفات کلسیم ممکن است در شکاف‌های کوچک ایجادشده توسط انبساط رسوب کنند. تکرار مداوم این فرآیند باعث ایجاد انبساط لایه‌های سطحی می‌شود.
راهکارهای پیشگیری از تشکیل پوسته سطحی روی لایم‌استون
طراحی و موقعیت
به‌طور کلی، لایم‌استون‌ها در شرایط نسبتا خوبی در مناطق باران‌خیز باقی می‌مانند، طراحی ساختمان ممکن است تأثیر قابل‌توجهی بر رفتار سنگ داشته باشد. بنابراین وجود قرنیزهای سنگین، هره‌چینی و برآمدگی‌های مشابه، نه تنها ممکن است ظاهر ساختمان را با تجمع رسوبات دوده خدشه‌دار کند، بلکه ممکن است اغلب منجر به پوسیدگی بیش از حد شود. گاهی‌اوقات چنین طراحی‌هایی به منظور جلوگیری از پوسیدگی سنگ صورت می‌گیرد، در حالی که حذف آن‌ها مزایای قابل‌توجه بیشتری دارد.
شستشوی مصنوعی
ظاهر نسبتا خوب لایم‌استون در مناطق باران‌خیز، این باور را ایجاد می‌کند که می‌توان با شستن سنگ‌کاری با آب در فصول مناسب، مزایای زیادی به‌دست آورد.
فروپاشی داخلی لایم‌استون
علاوه بر لایه‌برداری مرتبط با تشکیل پوسته‌های سطحی، لایم‌استون‌ها از تخریب ساختار داخلی خود نیز رنج می‌برند. گاهی اوقات این امر به شکل پودرشدن سنگ بلافاصله در پشت پوسته ظاهر می‌شود. این احتمالا به دلیل احتباس مایعاتی است که به دلیل تراکم پوسته قادر به خارج‌شدن از طریق تبخیر نیستند. گاهی‌اوقات یکسری از ترک‌ها به موازات سطح در معرض، رخ می‌دهد. گاهی‌اوقات ساختار درونی در هم می‌شکند. شکل زیر میکروگراف مقطع نازک یک سنگ حمام هوازده را نشان می‌دهد. مکانیسم فرآیندهای فروپاشی همیشه قابل تجسم نیست. در برخی موارد فروپاشی ممکن است به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم به دلیل رشد کریستال‌ها در منافذ باشد. در برخی دیگر ممکن است ناشی از تشکیل پوسته سطحی باشد.
شکل زیر تبدیل کربنات کلسیم در محل به سولفات کلسیم را در لایم‌استون پورتلند نشان می‌دهد. اسکات راسل دریافت که این نوع ازهم‌پاشیدگی اغلب در عمق قابل‌توجهی در زیر سطح رخ می‌دهد. او پیشنهاد می‌کند که انتشار اسید ممکن است از طریق سنگ اتفاق بیفتد، به‌طوری که سنگ دیگر اسید را خنثی نمی‌کند زیرا سطوح کلسیت قبل با یک پوشش منسجم از سولفات پوشیده شده است. بنابراین انتشار اسید تا رسیدن به سطح در معرض کربنات کلسیم صورت می‌گیرد. در اینجا تغییر حجم مولکولی به دلیل تبدیل کلسیت به گچ است، زیرا گچ به داخل محلول نمی‌رود. تغییر در جامد اتفاق می‌افتد و احتمالا فروپاشی ایجاد می‌شود.
منبع: books.google
بدون دیدگاه