همه سازه ها در طول عمر خود با مجموعه ای از عوامل درونی و بیرونی (محیطی مواجه هستند که باعث استهلاک و فرسایش آنها می گردد. سنگ هایی که به عنوان نما در ساختمان ها به کار برده می شوند نیز با انواع فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی مانند تروخشک شدن، تبلور نمک و باران های اسیدی مواجه هستند که باعث فرسودگی و کاهش طول دوام آنها می شود، لذا مقاومت سنگ در مقابل عوامل مخرب بیرونی (محیطی) از خصوصیات مهم آن محسوب میشود. از این رو انتخاب سنگ مورد استفاده در نمای ساختمانها همواره مورد توجه بوده و همیشه سعی شده که از بادوام ترین سنگها استفاده شود. لذا سنگ های مورد استفاده در ساختمان ها باید از حیث دوام، دارای مقاومت کافی در مقابل عوامل مخرب فیزیکی و شیمیایی را باشند. دوام سنگ در نمای ساختمانها تابع عوامل مختلفی است که در این فصل مورد توجه قرار می گیرند. بنابراین انتخاب سنگ تزئینی مناسب برای نمای ساختمان ها باید بر پایه ارزیابی دقیق ویژگی های سنگ شناسی، فیزیکی، مکانیکی و دوام آنها صورت گیرد.
دوام سنگ یکی از مهمترین عوامل در انتخاب سنگ ساختمانی می باشد که اغلب مورد توجه قرار نمی گیرد. بسیاری از ساختمان های گران قیمت وجود دارد که در انتخاب سنگ آنها به این موضوع توجه نشده و از این ناحیه متضرر شده اند، دوام سنگها تحت شرایط اقلیمی شدید و متغیر یک فاکتور تعیین کننده برای پایداری سنگهای مورد استفاده در ساختمان ها است. طبق تعریف دوام سنگ عبارت است از ارزیابی و سنجش مقاومت سنگ در برابر هوازدگی و حفظ شکل، اندازه و وضیعت ظاهری اولیه در یک مدت زمان طولانی در شرایط محیطی حاکم بر سنگ است. عوامل کنترل کننده دوام سنگ به دو گروه عوامل درونی مربوط به ویژگیهای ذاتی سنگ و عوامل بیرونی مرتبط با محیطی که سنگ در آن به کار برده شده است تقسیم می شوند. در ادامه این بخش به تأثیر هر یک از این عوامل بر دوام سنگهای ساختمانی و تزئینی مانند مرمریت ، گرانیت، تراورتن، چینی و ... پرداخته میشود.
مهمترین عوامل تأثیرگذار درونی بر دوام سنگ ها عبارت از ترکیب کانی شناسی، میانگین اندازه دانه های سنگ، میزان و نوع حفرات و فضاهای خالی، شکل بلورها و شکل دانه میباشند.
در زیر بخش بعدی به شرح هر کدام پرداخته شده است.
- ترکیب کانی شناسی: نوع کانی ها و نسبت آنها تأثیر زیادی بر دوام و مقاومت سنگ خواهد داشت. سنگهای حاوی کوارتز بیشترین مقاومت را دارا میباشند و بعد از آن کلسیت و کانیهای آهن و منیزیم دار قرار دارند و سنگهای واجد رس کمترین مقاومت را در بین سنگها دارند، به طور کلی هر میزان درصد رس سنگ زیاد شود دوام سنگ کمتر خواهد شد.
- میانگین اندازه دانه های سنگ اندازه دانه های تشکیل دهنده سنگ از فاکتورهای مهم بافتی است که بر خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ تأثیر زیادی دارد. "تأثير اندازه دانه ها بر مقاومت سنگ بیشتر به این دلیل است که با کاهش اندازه دانه ها، تعداد مرزهای دانه ها افزایش یافته و نیروهای خارجی بر سطوح بیشتری توزیع می شوند و در نتیجه نیروی بیشتری برای شکستن بین دانه ها لازم می باشد رابطه بین میانگین اندازه دانه ها و مقاومت گرانیت وقتی که میانگین اندازه دانه ها کمتر از یک میلیمتر باشد این تأثیر بر خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ بیشتر است.
- میزان و نوع حفرات و فضای خالی: تخلخل یکی از مهمترین پارامترهای کنترل کننده رفتارهای مختلف سنگ های رسوبی است به طوری که میزان تخلخل و نوع تخلخل از عوامل اصلی کنترل کننده ویژگی های مکانیکی و دوام سنگ به حساب می آید. تخلخل و پراکندگی اندازه حفرات فاکتورهای مهمی در جذب و انتقال سیالات در داخل سنگها هستند. ماسه سنگ حفرات خالی، پارامتر اصلی در هوازدگی حاصل از تبلور نمک است. حفرات ممکن است به هم متصل باشند یا اینکه هیچگونه ارتباطی با هم نداشته باشند. به طور کلی تخلخل سنگ بستگی به طرز تشکیل سنگ دارد و به طور عمومی عوامل مختلفی مانند توزیع اندازه دانه ها، شکل دانه ها، استحکام دانه‌ها، فابریک دانه ها، درجه تراکم و درجه سیمان شدگی و میزان ماتریکس بر تخلخل تأثیر دارند زمانی که تخلخل سنگ زیاد باشد به ویژه زمانی که تخلخل مؤثر سنگ زیاد باشد عوامل مختلف مخرب سنگ مانند تبلور نمک و ... با شدت بیشتری عمل می کنند و دوام سنگ را تحت تأثیر قرار می‌دهند، به طور کلی رابطه تخلخل با انواع خواص مکانیکی یک رابطه معکوس است و با افزایش تخلخل، خواص مکانیکی سنگ کاهش پیدا می کند.
- شکل بلورها: این عامل به ویژه در سنگهای دگرگونی و آذرین تأثیر زیادی بر دوام سنگ دارد. چنانچه مقادیر بالایی از کانی های فیبری یا پولکی در سنگ وجود داشته باشد باعث پوسته پوسته شدگی سنگ میشود.
- شکل دانه ها: شکل دانه ها بر ویژگیهای مکانیکی سنگ تأثیر دارد به طوری که خواص الاستیکی سنگ با درصد کانی های گوشه دار سنگ رابطه مستقیم دارد. هر چه دانه های تشکیل دهنده سنگ گوشه دارتر باشند قفل و بست و درهم شدگی دانه‌ها بیشتر خواهد شد، به طور کلی سنگ های حاوی دانه های گرد شده دارای مقاومت و دوام کمتری هستند.
- جهت یافتگی عناصر بافتی سنگ: یکی از عوامل اصلی تعیین کننده جهت یافتگی دانه‌ها، شکل دانه است. شکل دانه‌ها می تواند صحفه ای، سوزنی، هم بعد و نامنظم باشد. در صورتی که سنگ از دانه های کشیده سوزنی و صحفه ای تشکیل شده باشد ممکن است در حین رسوب گذاری جهت یافتگی ترجیهی پیدا کرده و بافت مطبق به وجود آورند. در سنگهای دگرگونی، جهت یافتگی کانیهای سوزنی و صحفه ای باعث به وجود آمدن فولیاسیون می شود. در هر صورت وجود چنین جهت یافتگی‌هایی باعث ناهمسانگردی رفتار سنگ در جهات مختلف آن میشود. نتایج کار محققین نشان داده هنگامی که زاویه ناهمسانگردی با محور بارگذاری بین ۳۰ تا ۶۰ درجه باشد نیروی کمتری برای شکستن نمونه ها لازم خواهد بود. حداکثر تأثیر لایه بندی در خواص مقاومتی سنگ های دارای لایه بندی در حالتی است که زاویه اعمال بار با سطح لایه بندی برابر ۳۰ درجه باشد. که در این حالت مقدار کاهش مقاومت ۷۵ تا ۹۰ درصد میزان مقاومت در حالتی است که زاویه مذکور قائم باشد.
- قفل و بست دانه ها: یکی از ویژگی های مهم بافتی سنگ است که در ویژگی های فیزیکی و مکانیکی سنگ نقش دارد ، دلیل این موضوع آن است که شکستگی هایی که در سنگ روی می دهد بیشتر در امتداد مرز دانه ها است و کمتر از خود دانه ها عبور می کند. به عبارتی شکستگی سنگ به صورت بین دانه ای روی می دهد. بنابرین چنانچه مرزهای بین دانه ها نامنظم باشد ایجاد شکستگی در سنگ با دشواری بیشتری انجام می شود. بدین ترتیب مرزهای مضرس بین دانه ها نشان دهنده مقاومت و دوام بیشتر سنگ است.
انجماد و ذوب آب، تبلور محلول های حاوی نمک و محلول های اسیدی از مهمترین عوامل بیرونی هستند که روی دوام سنگها تأثیر دارند. این عوامل باعث زوال پذیری و نتیجتا کاهش دوام سنگ های به کار برده شده در نمای بیرونی ساختمان ها می شوند که در این بخش به تأثیر هر یک از آنها بر دوام سنگها پرداخته شده است،
- انجماد و ذوب آب سنگی که در نمای بیرونی ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد باید در برابر شرایط جوی از جمله تغییرات دمای محیط پایدار بماند. انجماد و ذوب آب به عنوان یک فاکتور مهم تخریب کننده سنگ محسوب میشود. ترکیبی از فاکتورهایی مانند انبساط حجمی حاصل از تبدیل شدن آب به یخ، درجه اشباع، توزیع اندازه حفرات و پیوستگی حفرات به همدیگر روی فرآیند انجماد و ذوب آب تأثیر دارند. تخریب سنگ توسط فرآیند انجماد و ذوب آب به پارامترهای تخلخل، توزیع اندازه حفرات، نوع کانیها و نوع سنگ، دمای محیط و درجه اشباع سنگ بستگی دارد، در اثر تبدیل آب به یخ حدود ۹٪ افزایش حجم رخ می‌دهد.بر این اساس سنگ هایی با درجه اشباع بالاتر از ۹۱٪ در مقابل عمل انجماد آب مستعد تخریب هستند. فشار حاصل از یخ با کاهش دما به سرعت افزایش می یابد به طوری که در دمای ۲۲- درجه سانتیگراد، فشاری در حدود ۲۰۰ مگاپاسکال در حفرات سنگ ایجاد میشود. بر این اساس این فشار برای ایجاد گسیختگی در سنگ به دلیل اینکه مقاومت کششی همه انواع سنگها کمتر از این مقدار است، کافی می باشد. آب موجود در حفرات سنگ در اثر انجماد، توسط سه مکانیسم باعث تخریب سنگ میشود:
۱- انبساط حجمی حاصل از تبدیل آب به یخ. هنگامی که دما به زیر صفر درجه سانتیگراد می رسد آب شروع به یخ زدن در سنگ می کند. اگر بیشتر از ۹۰ درصد حجم حفرات با آب پر شده باشد، انبساط حاصل از تبدیل آب به بخ باعث ایجاد فشار در حفرات سنگ می شود. هنگامی که این فشار به بیش از مقاومت کششی سنگ برسد ترک خوردگی در سنگ ایجاد می شود. این تئوری بر پایه این است که حجم ۱ سانتیمتر مکعب آب بعد از یخ زدن به حجم ۱/۰۹ سانتیمتر مکعب می‌رسد.
۲- تشکیل لنز با کوه‌های یخ، در صورتی که آب به اندازه کافی وجود داشته باشد، رشد بلورهای یخ می تواند موجب گسیختگی سنگ شود.
۳- در هنگام تشکیل بخ، أب غير منجمد شده به خارج از حفرات رانده میشود، این فرآیند موجب ایجاد فشار هیدرولیکی در سنگ میشود که می تواند باعث گسیختگی در سنگ شود. در طبیعت عمل انجماد و ذوب آب با دیگر عوامل مهم تخریب کننده مانند تبلور نمک، باعث زوال پذیری هر چه بیشتر سنگ میشود،
- تبلور نمک: تبلور نمک یکی از قوی ترین عوامل هوازدگی است که باعث کاهش دوام سنگهای ساختمانی می شود.
تخریب فیزیکی حاصل از تبلور نمک میباشد که توسط رشد بلور، آبگیری و انبساط حرارتی تفریقی باعث گسیخته شدن مصالح ساختمانی می شوند. منشاء نمک‌ها در مصالح ساختمانی می تواند به علت آلودگی هوا (وجود گازهای خورنده مانند NO۲ S0۲، ذرات دوده و ...)، منابع طبیعی مانند خاک و یا منابع مصنوعی مانند کودهای شیمیایی و نمک های ضد یخ یا اینکه از نمک‌های موجود در سیمانهایی که در فعالیت های عمرانی استفاده می شوند، باشند.
- محلول های اسیدی یکی از مشکلات حاصل از آلودگی هوا، بارش باران های اسیدی است. باران اسیدی هنگامی به وجود می آید که PH باران بر اثر حل شدن گازهایی مانند دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن کم شده و به مقدار کمتر از ۵ برسد.
بیان کردند که دی اکسید گوگرد مهمترین عامل در تجزیه و زوال پذیری سنگ آهکها هستند. سولفات و نیترات از آلاینده های شاخص اتمسفرهای آلوده شهری هستند که در زوال پذیری سنگهای به کار برده شده در بناهای تاریخی و ساختمان ها نقش مهمی را دارند. در شهرهای بزرگ صنعتی به دلیل وجود آلاینده هایی مانند اکسیدهای گوگرد و نیتروژن، منو اکسید کربن و دی اکسید کربن، این آلاینده ها با سنگها واکنش می‌دهند و باعث تجزیه و زوال پذیری آنها می‌شوند. در نتیجه قبل از استفاده از سنگها در نمای بیرونی ساختمان ها باید تأثیر این آلاینده‌ها روی آنها بررسی شود.
سنگهای مورد استفاده در نمای داخلی ساختمان معمولا از جنس مرمریت و نمای بیرون ساختمان از جنس تراورتن است.
