مطالعه سنگ‌های رسوبی با نگاهی به تراورتن ها

تراورتن سنگ آهکی است که در اثر فعالیت چشمه‌های آب گرم تشکیل می‌شود. بطور کلی در طی فرآیند تشکیل ذخایر تراورتن، آب‌های گرم از بین طبقات سنگ‌های کربناتی به ویژه سنگ آهک عبور می‌کنند و به دلیل اسیدی بودن، کربنات کلسیم موجود در این سنگ‌ها را حل کرده و به صورت محلول کربناتی و بی کربناتی با خود به سطح زمین منتقل می‌کنند. در سطح زمین به دلیل افت فشار، کاهش حرارت آزاد شدن دی اکسید کربن و همچنین تبخیر، بلورهای کلسیت تشکیل شده و به صورت لایه‌های نازکی برروی یکدیگر رسوب می‌کنند.

 

 که در اثر فعالیت چشمه‌های آب گرم تشکیل می‌شود. بطور کلی در طی فرآیند تشکیل ذخایر تراورتن، آب ها ی گرم از بین طبقات سنگ‌های کربناتی به ویژه سنگ آهک عبور می‌کنند و به دلیل اسیدی بودن، کربنات کلسیم موجود در این سنگ‌ها را حل کرده و به صورت محلول کربناتی و بی کربناتی با خود به سطح زمین منتقل می‌کنند.

در سطح زمین به دلیل افت فشار، کاهش حرارت آزاد شدن دی اکسید کربن و همچنین تبخیر، بلورهای کلسیت تشکیل شده و به صورت لایه‌های نازکی برروی یکدیگر رسوب می‌کنند.

پایداری شرایط ذکر شده و تداوم تشکیل لایه‌های کلسیتی، باعث به وجود آمدن لایه‌های یکنواختی از کربنات کلسیم متخلخل (تراورتن) می‌گردد که ضخامت آنها از چند سانتی متر تا چند متر متغیر است و معمولا با شیبی ملایم بر روی لایه‌های سنگی قدیمی تر قرار می‌گیرند.

تغییر شرایط رسوب گذاری می‌تواند باعث وقفه ای در تشکل این لایه ها گردد که حاصل آن به وجود آمدن یک سطح جدایش بین لایه‌های متوالی سنگ تراورتن می‌باشد. ضخامت کلی لایه‌های تراورتن معمولا از چند متر تا چند ده متر متفاوت است.

وجود حباب‌های هوا و همچنین نا خالصی‌های آهن دو ظرفیتی، آهن سه ظرفیتی، منگنز، سیلیس، مواد آلی و غیره باعث ایجاد تنوع رنگی قابل ملاحظه ای در ذخایر تراورتن به رنگ‌های سفید، شیری، کرم تا بژ، صورتی، قهوه ای، طلایی، زرد، لیمویی، قرمز و سبز می‌توانند تشکیل شوند.

 

علاوه بر تنوع رنگی که باعث ایجاد زیبایی خاصی در این نوع ها می‌شود٬ این نوع سنگ را می‌توان از دو جهت مختلف برش داد. در صورتی که این نوع سنگ در جهت عمود بر لایه بندی آن برده شود (Veincut)، لایه‌های مختلف آن در سطح پلاک بریده شده نمایان خواهند شد که توازی، تنوع رنگی و تغییرات ضخامت لایه‌های رنگی در هنگام نصب باعث ایجاد همانگی خاصی در نمای ساختمان می‌شود. اما اگر تراورتن به موازات لایه ها بریده شود fleuricut) یا (crosscut منظره ای با اشکال و دوایر متحد المرکز به وجود می‌آید.

حفرات سنگ تراورتن معمولا به وسیله مخلوطی از سیمان سفید و میل، ترکیبات اپوکسی رنگی یا رزین‌های پلی استر پر می‌شوند و یا به صورت پر نشده مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر این از این سنگ‌ها به صورت سابخورده (polished) ٬بدون ساب (unpolished)، خشن شده (Honed)، قدیمی شده (antique) و غیره استفاده می‌شود.

به دلیل آن که ذخایر تراورتن اصولا ذخایری جواب و متعلق به عصر حاضر هستند٬ معمولا فاقد چین خوردگی هستند و یا به ندرت چین‌های بسیار ملایمی در آنها دیده می‌شود. به همین علت میزان خردشدگی و پیچیدگی لایه‌های سنگی 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 نوع سنگ بسیار بهتر از سنگ‌های ذکر شده می‌باشد و پلاک ها و اسلب‌های این نوع سنگ با ضخامت‌ها و ابعاد متفاوت به راحتی قابل استحصال است. از تراورتن بطور معمول برای کفپوش٬ پوشش دیوار٬ آب چکان و اطراف شومینه استفاده می‌شود. ذخایر بزرگ تراورتن بیشتر در کشور‌های ایتالیا٬ ایران٬ ترکیه آمریکا و مکزیک وجو دارد.

 

 تعریف تراورتن

از دیدگاه انجمن استاندارد ایتالیا مستقر در میلان:

تراورتن یک سنگ آهکی رسوبی ودر واقع کلسیت متخلخل یا سلولی لا یه ای و تا حدودی بلورین با منشا شیمیایی است که ساختار اسفنجی دارد که بصورت شیمیایی تخ نشین میگردد و برای کارهای تزیینی و ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

 ﮊنز و شرایط تشکیل تراورتن ها

تراورتن زمانی تشکیل می‌شود که بی کربنات کلسیم در آب چشمه گاز دی اکسید کربن ٬ آب کربنات کلسیم تجزیه شود. پدیده ها فیزیکی شیمیایی یا تبخیری نقش بیشتری دارد و تراورتن چشمه ای را بوجود آورده است. گردش آب باعث می‌شود Co2 با آبهای جوی از درون شکستگی ها و درزها سطح زیرین زمین راه یابد و سنگ‌های آهکی مسیر خود را حل و بصورت چشمه‌های آهک سازی در سطح زمین (بیرون) رسوب دهد:              

CaCo3+Co2 Ca(Hco3)2

و تراورتن از ته نشست در محلول‌های عموما داغ چشمه‌های کربناتی معمولا در کف حوضچه‌های کم عمق تشکیل می‌شود و می‌توان گفت تراورتن معمولا حاصل رسوب مواد آهکی در آب راکد است.

 

دلایل مصارف تراورتن ها

به عنوان سنگ ساختمانی:

1. مقاومت قابل قبول
2.  برش و صیقل پذیری ایده آل
3. شرایط استخراج ایده آل بدلیل اینکه اغلب با لایه بندی افقی شیب کم و در نقاط کم ارتفاع و قابل دست یابی تکیل می‌گردند.
4. عدم وجود ساختارهای تکتو نیکی بر روی ذخایر تراورتن‌ها به دلیل جوان بودن (کواترنر) بعد از فازهای کوهزایی مختلف زمین شناسی یافته‌اند
5. زیبایی ظاهر
6. وجود تخخل جهت چسبیدن به ملات ۷-۴ ارزانی نسبت به سایر سنگ‌ها.

 

تشکیل تراورتن ها رنگی

چشمه‌های آهک ساز٬ در راستای گسل‌ها از آب‌های جوی و ماگمایی تغذیه می‌کنند.

آبهای جوی با نفوذ در اعماق زمین ضمن گرم شدن و همراه شدن با گازهایی چون So2+ Co2 و عناصری مانند Mg , Fe و غیره به طبقات بالایی زمین رانده می‌شوند، 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 ph زمینه تشکیل تراورتن را بوجود می‌آورند.

بی کربنات کلسیم به کربنات کلسیم تبدیل و رسوبگذاری می‌شود. تغییر رﮊیم آبدهی که احتمالا فصلی است باعث تغییر میزان مواد رنگی مانند Al , Mg و غیره می‌گردد و لایه‌های متعدد با رنگهای مختلف را تشکیل می‌دهد.

در خصوص درجه حرارت عناصر همراه گازهای موجود در اینگونه چشمه‌های معمولی آهکساز و پی 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.

 

ساخت‌های تراورتن

1. ساخت خطی: این ساخت که در راستای گسلها و چشمه‌های معدنی مسیر گسل شکل گرفته است و دارای دو بخش مرکزی یا محوری بسیارست و دگر سان شده و بخش کناری با لایه بندی مشخص و کم و پیش قایم است.
2. ساخت پستانکی: شامل ستونک‌هایی از چکه کردن یا بیرون آمدن آرام گاز کربنیک از توده آراگونیتی است.
3. ساخت نواری، نوار موجی: همزمان با تشکیل تراورتن یا مرمر شکل گرفته و در مقاطع مختلف بخوبی مشهود است.
4. ساخت ساده: بطور عادی در اکثر سنگ‌های تراورتن ها دیده می‌شود.

 

مزایا و معایب تراورتن رنگی

• تراورتن سفید در صورتی که رنگ آن به صورت یکنواخت سفید بوده ورگچه‌های رنگی و خلل و فرج یکنواخت داشته باشد از مرغوبیت بیشتری بر خوردار می‌باشد که معادن تراورتن محلات (آتش کوه) از این گونه می‌باشد.
• وجود رگچه‌های رنگی ناشی از آلودگی به اکسید‌های آهن تراورتن‌های سفید ممکن است به سنگ زیبایی خاص بدهد.
• تراورتن‌های کرم رنگ که ناشی از وجود رنگینه‌ها Pigments پراکنده اکسید آهن در بین سنگ می‌باشد از مرغوبیت کمتری برخوردارند.
• تراورتن‌های رنگی که ممکن است بر حسب درصد آلودگی به رنگینه‌ها اکسید آهن، به رنگ‌های قرمز، گردویی و لیمویی و غیره دیده شوند، به دلیل نقش و نگارهایی که ناشی از اختلاف میزان آلودگی اکسید آهن در لایه‌های مختلف تراورتن است، ظاهر بسیار زیبا و جذابی دارند.
• در حال حاضر ایران تنها کشور تولید کننده تراورتن قرمز است
• تراورتن قرمز گردویی و لیمویی آذرشهر در آذر بایجان شرقی و تراورتن‌های قرمزسردارآباد٬ اردستان و نطنز از دیگر معادن تراورتن رنگی ایران هستند. ترورتن‌های رنگی در شرایط فعلی دارای قیمت خوب و بازار مناسبی در بازار‌های جهانی می‌باشند.

 

استخراج تراورتن ها و سنگ آهک‌ها

سنگ آهک و نراورتن (شامل ماسه سنگ دولومیت فسیل سنگ و سنگ صدفدار) معمولا بطور زیرزمینی استخراج می‌شوند. این سنگ‌ها غالبا از لحاظ اندازه محدودیت دارند و معمولا صیقل پذیر نیستند. گاهی نیز ناگزیر بایذ تشخیص نماییم که به سنگ آهک دولومیتی نیاز داریم یا به سنگ آهک ایولیتی که خریداران معمولا این سنگ‌ها را به سبب دانه‌بندی و بافت ویژه‌ای که دارند بصورت تیشه‌ای یا خشن انتخاب می‌کنند.

بعضی از سنگ آهک‌ها بسیار سخت‌اند و می‌توان آنها را با شعله پرداخت کرد اما این نوع سنگ بوموزت در دسترس نیست و بیشتر سنگ آهک‌ها را نمی توان با شعله پرداخت کرد. در هنگام انتخاب این نوع سنگ‌ها باید محدودیت‌های اندازه را در نظر گرفت. غالبا این سنگ‌ها حفره دارند که یا می‌توان این حفره‌ها را درحالت طبیعی باقی گذاشت یا آنها را با رزین مصنوعی مانند ایوکبی یا سیمان پر کرد.

 

روش های استخراج سنگ‌های تزیینی و نما

 

1- استخراج سنگ به کمک چالهای موازی

• چالزنی
  • دستگاه چالزنی
  • جداکردن بلوک از توده سنگ
• استخراج بلوک به کمک پارس و گوه
• استخراج بلوک به شیوه مکانیکی
• استخراج بلوک به کمک مواد ناریه سبک

 

2- روش برش سنگ ماشین هاواﮊ (شیارزن)

• ماشین هاواﮊ با بازوی زنجیردار
• ماشین هاواﮊ با دیسک برنده
• ماشین هاواﮊ با صفحه فرز

 

3- استخراج سنگ برش سیم برش الماسه

• روش‌های برش با سیم الماسه
• تجهیزات و قطعات یدکی سیم الماسه

 

4- استخراج سنگ بلوک با سیم‌های برش فولادی یا حلزونی Helicoidal

5- استخراج به روش هیدرومکانیکی

6- روش استخراج به کمک حرارت

 

استخراج سنگ تراورتن با سیم برش الماسه

دستگاه سیم برش الماسه شامل سیم الماسه به طول ۲۵ تا ۴۵ متر (حداکثر ۱۵۰ متر) به وسیله یک اینچ با قرقره راهنما٬ در یک جهت معین به طور دایم روی سنگ بریده می‌شود.

برای این منظور ابتدا در سنگ دو چال عمود بر هم که محدوده بلوک را تشکیل می‌دهد حفلر شده سیم الماس را از آن عبور می‌دهند. 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 می‌شود و با انجام عمل برش خور را به می‌کشد.

نیروی کشش سیم که حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ کیلو گرم است به صورت ثابت حفظ می‌شود. دستگاه وینچ معمولا در فاصله ۵ الی ۸ متری سینه کار قرار می‌گیرد. بدین ترتیب حدود ۱۵ متر از سیم الماسه به طورآزاد کار می‌کند. مکانیزم دستگاه به گونه‌ای است که می‌توان 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 ۶ تا ۸ لیتر درده دقیقه است که توسط پمپ آب پیش بینی شده در معدن و از مخازن آب تامین خواهد شد.

 

سیم الماسه حامل سیگمنت‌های الماسی به صورت حلقه هایی به قطر ۱۰ تا ۱۱ میلی متر است که روی سیم کابل فولادی به قطر ۵ میلی متر قرار می‌گیرد و در فواصل بین سگمنت ها سیم فنرهای فولادی و اتصلات ایمنی قرار دارد. تعدا د سیگمنت‌ها در هر متر طول سیم الماسه به حدود ۳۳ عدد است که به فواصل ۲۵ تا ۳۲ میلی متر از یکدیگر قرار می‌گیرند.

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 (نقطه B) و سپس در حفاری افقی از نقاط C , A تا نقطه B (طول‌های DA و DC قبلا با توجه به شرایط طول انتخاب شده‌اند) صورت پذیرد.

 

سیم الماسه از داخل چال‌های عمودی و افقی عبور کرده (A’B’BA) و سپس دور یک چرخ بسته شده که چرخ نیز توسط محرک دیزلی یا الکتریکی به حرکت در می‌آید. مسیر گردش سیم مطابق شکل شماره ۲ 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 می‌کند له نماید.

 

حمل و نقل بلوک‌های ماده معدنی

پس از مرحله برش برای جدا کردن بلوک بریده شده از سینه کار، از جک‌های هیدرولیک و یا لشتک‌های هوای فشرده استفاده می‌گردد. جک‌های هیدرولیکی توسط یک پمپ هیدرولیکی راه انداز می‌شود. این جک قدرت زیادی دارند به طوری که با دو عدد از آنها می‌توان بلوک‌های سنگ را تا وزن ۳۵۰ تن حرکت داد.

بالشتک‌های هوای فشرده از الیاف مصنوعی و لاستیک مقاوم ساخته شده و ابعاد آنها حدود۴ x60x60 سانتی متر است. ابتدا بالشتک ها را وارد شیار حاصل از برش نموده آنگاه شیر هوای فشرده کمپرسور را باز می‌کنند. هوای فشرده با فشار ۷ آتمسفر وارد بالشتک می‌شود. در نهایت بالشتک می‌شود. در نهایت بالشتک با فشاری معادل ۵۰۰ آتمسفر به سنگ جانبی فشار وارد می‌کند که رد اثر آن بلوک سنگ به حرکت در آمده و از سینه کار دور می‌شود تا در کامیون بارگیری گردد.

 

مصارف تراورتن ها

تراورتن در رنگ‌های متفاوت و اندازه‌های گوناگون بطور نرمال برای کفپوش پوشش دیوار آب چکان محافظ‌های شومینه و مبلمان و صنایع دستی و …… بکار برده می‌شود.

 

ﭘوشش دادن منافذ موجود در تراورتن

منافذ و تخلخل‌های موجود در تراورتن را هم با سیمان و هم با رنگ یا پلی استر پر می‌نمایند.

 

آنالیزهای تراورتن ها

سنگ‌های آهکی طبق استاندارد ASTM

 

وﻳﮋگی‌های مطلوب	کم چکالی	چگالی متوسط	چگالی زیاد	تراورتن
۱-ضریب جذب وزنی حداکثر	۱۲%	۷.۵%	۳%	۰.۷۵%
وزن مخصوص حداقل	۱.۷۶	۲.۱۶	۲.۵۶	۲.۳۰۵
تنش فشاری حداقل	Mpa 12 حدود kg/cm2  ۱۲۰	MPa ۲۸	MPa ۵۵	MPa ۵۲
تنش کششی حداقل	Mpa 2.9 حدود kg/cm2  ۱۲۰	MPa ۳.۴	MPa ۶.۹	MPa ۷
استحکام سایشی (اصلاکی)	Ha  ۱۰	Ha  ۱۰	Ha  ۱۰	Ha  ۱۰

 

 

تجزیه شیمیایی نمونه‌های مختلفی از سنگ‌های آهکی

 

اجزای تشکیل دهنده	نمونه A	نمونه B	نمونه C	نمونه D
Sio2	۱۹.۵	۰.۷	۷.۴۱	۲.۵۵
CaO	۴۲.۶۱	۵۴.۵۴	۴۵.۴۴	۴۵.۶۵
Mgo	۷.۹۰	۰.۵۹	۲.۷۰	۷.۰۷
Tio2	۰.۰۶	—-	۰.۱۴	۰.۰۲
AL2O3	۰.۸۱	۰.۶۸	۱.۵۵	۰.۲۳

 

بررسی میزان جذب رطوبت و ارتباط آن با کاربرد خارجی سنگ: اگر این سنگ‌ها در آزمون‌های معینی از آب درآیند، می‌توان 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 می‌کنند و برای مناطق مرطوب مناسب نیستند مگر اینکه بتواند کاری و درزبندی شوند. بسیاری از سنگ آهک‌ها نرمند و از این رو هرگاه بصورت سنگ‌فرش مصرف می‌شوند زود ساییده می‌شوند.

 

معرفی پتانسیل‌های تراورتن

تراورتن محلات استان مرکزی

 

تعداد نمونه	ابعاد cm	وزن مخصوص  gr/cm2	رطوبت	جذب آب	مقاومت فشاری خشک Kg/cm2	مقاومت فشاری Kg/cm2
۱	۴x4x4	۲.۴۶	—	۱.۷۲	۴۷۴.۴	۳۶۰.۴
۲	۴x4x4	۲.۶	۰.۳۷	—-	۶۰۵	۵۰۴

 

تراورتن آذرشهر استان آذربایجان شرقی

 

Chemical Analysis	Physical
Cao : % 51,87	Wet Compnessive Strenght : 238
Fe2o3: % 1.853	Dry Compressive Strenght : 506
Mgo:	Density : 2.67
Al2o3: % 1.853	Water Absorption % : 2.49
Sio2

 

تراورتن شادمهن فیروزکوه استان تهران 

معدن تراورتن شادمهن در جوار شهر فیروزکوه از استان تهران در فاصله Km164 شرق تهران و Km 32 شناغرب شهرستان فیروزکوه واقع شده است و در نزدیکی روستاهای شادمهن و ارجمند قرارگرفته است. محدوده معدن مذکور با مساحت km2 104 مبدا ۰ 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 —- رسوبی – آتشفشانی از پرکامرین تا کواتر نری، — دارد که از قدیم به جدید به واحدهای سنگی مختلف تقسیم می‌شوند.

در این معدن لایه‌های تراورتن کرم تیره و روشن تقریبا در مرز سازنده‌های آهکی کرتاسه و سازند کرج با شیب حدود ۱۰ درجه به سمت غرب تشکیل شده است. تشکیل تراورتن در دو مرحله جداگانه و متوالی می‌باشد. اکثر درزه‌های موجود در ذخیره تراورتن دارای شیب زیاد و تقریبا قایم هستند و فاصله درزه‌های اصلی و بزرگ معمولا از 1/5 تا ۴ متر متغییر است و این درزه‌ها در بیشتر نقاط کاملا بازشده‌اند نظمی که در فواصل این درزه ها وجود دارد به همراه بازشدگی سطوح جدایش بین لایه‌های مجزای تراورتن باعث ایجاد بلوک‌هایی شده‌اند 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 می‌کند. معدن تراورتن مذکور دارای ۲۰۰۰۰۰۰ Ton دو میلیون تن ذخیره قطعی و ذخیره احتمالی ۴۰۰۰۰۰۰ Ton چهار میلیون تن می‌باشد.

 

منابع و ماخذ:

1- عبدل المجید یعقوب پور – آشنایی مقدماتی با سنگ‌های تزیینی

2- مجید پور مقدم – پروﮊه مطالعه علمی و تجاری سنگ‌های ساختمانی و تزیینی ایران و روش‌های اکتشاف و استخراج سنگ‌های تزیینی – دانشکده مهندسی معدن – دانشگاه صنعتی اصفهان ۱۳۷۳

منابع خارجی

1- Albertoricci : Fielads ofstone use marble in world , societa editrica apvara