تعدادی از عوامل فیزیکی در پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی نقش دارند. از این میان، تغییرات دما و تغییرات فیزیکی که با وجود رطوبت همراه است، مانند اثر یخبندان و تأثیر رطوبت در ایجاد تورم برخی مواد، بر این پوسیدگی تأثیر مستقیم دارند. برخی از عوامل فیزیکی نیز، تأثیر غیرمستقیم دارند.
پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی ناشی از تغییرات دما
تنش ها ممکن است با انبساط و انقباض نابرابر مواد معدنی تشکیل‌دهنده یا با انبساط و انقباض لایه‌های سطحی نسبت به سنگ زیرین ایجاد شوند.
پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی ناشی از تفاوت در انبساط حرارتی ترکیب سنگ
ضرایب انبساط حرارتی کانی‌های تشکیل‌دهنده سنگ با یکدیگر متفاوت است و بسیاری از بلورها دارای ضرایب انبساط خطی متفاوتی در جهات مختلف هستند. در نتیجه، در سنگ‌های کریستالی، تغییر دما باعث ایجاد تنش‌هایی می‌شود که درنهایت ممکن است با تشکیل ترک‌هایی سبب ایجاد مراکز حمله برای سایر عوامل پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی شود.
زبرشدن سطح گرانیت صیقلی یا سایر سنگ‌های آذرین کریستالی درشت، پس از کاربرد آن‌ها در یک دوره نسبتا کوتاه در ساختمان، کاملا مشهود می‌شود و در ساختمان‌های قدیمی، سطح آن‌ها اغلب به حالت شکنندگی شدید می‌رسد. با این حال، این احتمال وجود دارد که این حالت شدید ازهم‌پاشیدگی، به‌طور کامل به دلیل تغییرات حرارتی نباشد، بلکه بیشتر ازهم‌پاشیدگی ناشی از عوامل دیگر مانند یخ‌زدگی مواد با ترک‌های ریز باشد.
نمونه‌ای از تأثیر تغییرات حرارتی بر پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی نظیر سنگ مرمر توسط کسلر نقل شده است. برخی از سنگ قبرهای مرمری، دارای انحنا هستند. کسلر نشان داد که پس از گرم‌شدن، سنگ مرمر به طول اولیه خود منقبض نمی‌شود، بلکه دچار انبساط دائمی می‌شود و در هر بار تکرار این انبساط، تغییر شکل بیشتری ایجاد می‌شود. اعتقاد بر این است که این انبساط دائمی، که احتمالا به دلیل لغزش تک‌تک کریستال‌های کلسیت بر روی یکدیگر است، علت تاب‌برداشتن است. کسلر، این واقعیت را که در برخی موارد ورقه‌های مرمر به صورت محدب به سمت بالا خمیده می‌شوند و در برخی دیگر به سمت پایین خمیده می‌شوند، به تفاوت در مقدار این تغییرات دائمی در لایه‌های مختلف سنگ نسبت داد. کسلر همچنین دریافت که پس از گرم‌شدن سنگ مرمر، استحکام فشاری کاهش می‌یابد.
پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی ناشی از تفاوت در انبساط حرارتی سطح
هنگامی که یک ماده در معرض خورشید قرار می‌گیرد، سطح گرمتر از جرم زیرین می‌شود: یعنی یک گرادیان حرارتی در ماده ایجاد می‌شود. برعکس، تشعشعات شبانه باعث سردترشدن سطح نسبت به مواد زیر می‌شود. این اختلاف دما باعث انبساط نابرابر و درنتیجه ایجاد تنش در مواد می‌شود. این شیب دمایی به‌تنهایی نمی‌تواند سنگ را متلاشی کند بلکه می‌تواند برای متلاشی‌کردن سنگی که قبلا توسط عوامل دیگر ضعیف شده است، کافی باشد. برخلاف فلزات، مصالح ساختمانی دارای رسانایی حرارتی کم و گرمای ویژه نسبتا بالایی هستند. این امکان وجود دارد که تنش ایجادشده از انبساط و انقباض مداوم ناشی از تغییرات دمایی روزانه، به‌مرور زمان باعث ایجاد خستگی در ماده شده و درنهایت باعث پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی و فروپاشی آن‌ها در تنش‌های نسبتا کم شود. در یک ماده ناهمگن، تفاوت انبساط حرارتی هر یک از اجزا نیز ممکن است موثر باشد. تنش‌های حاصل ممکن است باعث اختلال شوند که تنش‌های ناشی از گرادیان دما به‌تنهایی قادر به انجام آن نیستند.
سایر اثرات دمایی موثر بر پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی
همچنین ممکن است به تأثیر تغییرات حرارتی بر روی اتصالات در پایه‌ها و قرنیزها توجه شود. مشاهده می‌شود که حتی با بیشترین دقت در استحکام ملات و درزهای عمودی، تقریبا همیشه ترک‌های مویی ظریفی ایجاد می‌شود. هرچه قطعات سنگ بزرگ‌تر باشند، ترک‌ها گسترده‌تر می‌شوند و بدیهی است که آن‌ها در اثر انبساط و انقباض، تحت تأثیر تغییرات دما ایجاد می‌شوند. دودکش‌ها نیز اغلب تمایل به انحنای دائمی دارند که احتمالا به دلیل تغییرات حرارتی است.
پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی ناشی از انبساط رطوبتی
در برخی مصالح ساختمانی، تغییر در رطوبت، منجر به تغییر در حجم می‌شود. موادی که انبساط رطوبتی بالایی از خود نشان می‌دهند نیز کاهش زیادی را در استحکام خردشدن خود در هنگام خیس‌شدن و همچنین کاهش نسبت تنش به کرنش، نشان می‌دهند. هنگامی که ماسه خشک با آب مرطوب می‌شود، انبساط رخ می‌دهد، حجم ماسه مرطوب بیشتر از حجم ترکیبی ماسه خشک و آب اضافه شده است. با افزودن بیشتر آب، انبساط بیشتری رخ می‌دهد تا به حداکثر مقدار آن برسد، پس از آن انقباض رخ می‌دهد تا زمانی که به‌طور کامل خیس شود و ماسه به حجم اولیه خود برسد. استودت، دریافت که انبساط ماسه ریز بیشتر از ماسه درشت است.
انبساط رطوبتی در سه دسته از مصالح ساختمانی اهمیت دارد. برخی از سنگ‌های طبیعی، محصولات سیمانی و چوب. آجرها از یک ماده معمولی کلوئیدی، خاک رس تشکیل می‌شوند، اما ویژگی کلوئیدی آن با پختن از بین می‌رود و آجرها انبساط رطوبتی قابل‌توجهی از خود نشان نمی‌دهند. آجرهای ماسه – آهکی که با حرارت‌دادن مخلوط ماسه و آهک با بخار تحت فشار تولید می‌شوند، احتمالا به دلیل وجود سیلیکات‌های کلوئیدی آهک، انبساط رطوبتی نسبتا بالایی دارند. بیشترین پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی را می‌توان به ماسه‌سنگ‌ها به دلیل انبساط رطوبتی بالای آن‌ها نسبت داد، که این انبساط به وجود کانی‌های کلوئیدی نسبت داده می‌شود که به عنوان یک محیط سیمانی بین دانه‌های سیلیس عمل می‌کنند. انبساط ناشی از جذب رطوبت ممکن است در مقایسه با انبساط حرارتی بسیار زیاد باشد.
پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی ناشی از گسترش رطوبت و هوازدگی
تغییر حجم در اثر جذب رطوبت در صورت عدم اعمال محدودیت یا عدم تمایل به حرکت نسبی بین قسمت‌های مختلف، ممکن است آسیب چندانی به همراه نداشته باشد، اما متاسفانه هیچ‌یک از این شرایط در عمل برآورده نمی‌شود. تحت شرایط عملی، محدودیت حرکت همیشه وجود دارد و حرکت نسبی ممکن است یا با حضور ذرات منفرد که انبساط رطوبت غیرعادی زیادی را نشان می‌دهند، مانند مخلوط‌های چوب و سیمان، یا با عدم یکنواختی در توزیع رطوبت، رخ دهد. شواهدی وجود ندارد که هرگونه پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی طبیعی را مستقیما به انبساط رطوبتی نسبت دهد، اما زمانی که پوسیدگی سنگ ناشی از عوامل دیگر باشد، با توسعه سطوح ضعیف و سست، جابجایی ناشی از انبساط رطوبتی سطوح بیرونی به هنگام خیس‌شدن، ممکن است یکی از دلایل ایجاد لایه‌برداری و پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی باشد.
در محصولات سیمانی، جابجایی رطوبتی برگشت‌پذیر، به انقباض اضافه می‌شود که هنگام سخت‌شدن سیمان در هوا اتفاق می‌افتد و چنین جابجایی‌هایی به ایجاد خراش، تشکیل ترک‌های ماکروسکوپی و میکروسکوپی کمک می‌کند که از این طریق عوامل هوازدگی ممکن است به داخل سنگ دسترسی پیدا کنند و درنهایت باعث پوسیدگی سنگ‌های ساختمانی شوند. استفاده از مخلوط سیمانی بسیار غنی، که باعث تشکیل یک پوسته سطحی غنی می‌شود، سنگ را مستعد فرسودگی می‌کند. خشک‌شدن خیلی سریع نیز ممکن است قبل از ایجاد استحکام کافی برای مقاومت در برابر تنش‌های وارده، باعث انقباض بیش از حد شود. به عنوان مثال دیگری از عدم مقاومت در برابر انبساط رطوبتی در ساختمان، می‌توان به به ترکیب بتن و چوب اشاره کرد. به دلیل انبساط رطوبت زیاد چوب، ذرات چوب تمایل به جداشدن از سیمان دارند و علاوه بر این، محصولات انقباض اولیه غیرعادی بالایی را نشان می‌دهند. به همین دلیل، استفاده از چنین محصولاتی را نمی‌توان برای ساخت‌وساز خارجی ساختمان توصیه کرد.
منابع: https://doi.org
منابع: https://www.researchgate.net
بدون دیدگاه