مواد و مصالح زمین شناسی از دیدگاه مهندسی

مواد جامد و طبیعی تشکیل دهنده ، بخشهای خارجی زمین را به دو گروه اصلی سنگ و خاک تقسیم می‌کنند.

کاربردهای زمین شناسی در زمین شناسی مهندسی

شاخه ای از علم زمین شناسی و ژئوتکنیک است که به کاربرد زمین شناسی مهندسی در مسائل مهندسی و پروژه های عمران از قبیل سدسازی، تونل سازی، جاده سازی و سایر پروژه های بزرگ عمرانی می پردازد. در این رشته، خواص مهندسی خاک و سنگ، مقاومت زمین های مختلف، پایداری شیب ها و وضعیت آبهای زیرزمینی در ارتباط با اجرای پروژه های مهندسی مورد توجه قرار می گیرد.

عدم آشنایی با علم زمین شناسی مهندسی و یا سهل انگاری در بهره گیری از این علم در اجرای پروژه های عمرانی می تواند به ایجاد خسارت های جانی و مالی منجر گردد و یا اینکه باعث گردد که اجرای پروژه با صرف هزینه های اضافی و سنگینی همراه گردد. بنابراین با انجام بررسی های زمین شناسی و به خصوص زمین شناسی مهندسی که زیربنای کارهای مهندسی عمران به حساب می آید، می توان از بروز مشکلات و صرف هزینه های اضافی و حادث شدن اتفاقات غیر منتظره جلوگیری به عمل آورد. لذا ضروری است که قبل از اجرای پروژه های عمرانی بزرگ به مطالعه زمین شناسی ناحیه در مقیاس وسیع اقدام گردد.

 

انواع سنگ هاي ساختماني :
سنگ ها بر اساس كاربرد مصارف ويژه اي دارند. سنگ ها در صنعت ساختمان سازي نيز استفاده ميشوند. در مطلب فوق به معرفي سنگ هايي كه در اين صنعت به كار مي روند ميپردازيم:

1-گرانيت :

بيشتر گرانيت ها سخت و چگال هستند و به اين ترتيب جزو مصالح بادوام ساختماني قرار مي گيرند . در برابر نفوذ آب و اثر ضربه مقاومند و محيط هاي صنعتي را به خوبي تحمل مي نمايند . ظاهر گرانيت متأثر از كار انجام شده برروي سطح نهايي آن است كه ممكن است چكشي ، كلنگي ، تيشه اي يا صيقلي باشد . بهترين نماي سنگ گرانيت حالت صيقلي آن است كه زيبايي رنگ و انعكاس كريستال هاي آن را نمايش مي دهد . سطح گرانيت بر اثر حرارت و تفاوت ضريب انبساط و انقباض بين اجزاي كريستالي مختلف آن به صورت سوخته در مي آيد . استفاده تلفيقي از گرانيت صيقلي و سوخته در ساختمان به علت تضاد ، زيبايي جالبي پديد مي آورد. در ايران معادن بسياري وجود دارد كه سنگ هاي گرانيت با رنگ هاي مختلف از آنها استخراج مي شوند .سنگ گرانيت به علت هزينه سنگين استخراج ، برش و صيقل ، نسبتاًگران است به همين دليل بيشتر در نماي ساختمان هاي مهم به كار برده مي شود . از اين سنگ براي كف سازي ، پياده روسازي و راه سازي نيز استفاده مي گردد.

2-ماسه سنگ ها :
ته نشست هاي ماسه اي را كه به يكديگر به كمك كربنات كلسيم ، سيليس ، اكسيد آهن و دولوميت به يكديگر چسبيده اند ،به ترتيب ماسه سنگ آهكي ، سيليسي ، اكسيد آهن و دولوميتي مي نامند . بر اساس طبيعت ماسه رسوبي اوليه ، ماسه سنگ ها ممكن است داراي بافت نرم يا خشن باشند . از نظر رنگ بر اساس ماده چسبنده طيفي از رنگ ، سفيد ، نخودي و خاكستري تا قهوه اي و قرمز را در بر مي گيرند . عموماً در برابر يخ بندان مقاومند. سطح نهايي آنها به صورت چكشي ، كلنگي و تيشه اي قابل مصرف است و براي نصب آنها از ابزار غير آهني استفاده مي شود .

2-1-ماسه سنگ آهكي :

اين نوع ماسه سنگ ها در محيط هاي اسيدي مقاوم نيستند . اين شرايط كربنات كلسيم موجود در آنها را تحليل برده و سنگ متلاشي مي شود . كلسيت خالص سفيد است بنابراين ماسه سنگ آهكي نيز سفيد است .

2-2-ماسه سنگ سيليسي :

ماسه سنگ ها اغلب از دانه هاي سيليسي كه به كمك نمك هاي سيليسي به يكديگر چسبيده اند تشكيل شده اند . بنابراين بسيار مقاومند و در محيط هاي اسيدي نيز پايدارند. اين نوع ماسه سنگ ها بيشتر خاكستري رنگند .

2-3-ماسه سنگ اكسيد آهن :

اين نوع ماسه سنگ كه به كمك اكسيدهاي آهن متراكم شده اند به رنگ هاي قهوه اي تا قرمز يافت مي شوند و اغلب با دوامند .

2-4-ماسه سنگ دولوميتي :

ماسه سنگ هاي دولوميتي كه با كربنات منيزيم و كلسيم به هم چسبيده اند در محيط شهري چندان مقاوم نيستند . اين نوع سنگ ها نخودي رنگ اند .

3-ديوريت:

از ديوريت براي سنگ نما،سنگ پله وكف ونيز در جاده سازي استفاده مي كنند.رنگ اين سنگ خاكستري،خاكستري تيره وگاه خاكستري مايل به سبز است.

4-گابرو:

از گابرو به علت استحكام ومقاومت آن در برابر هوازدگي براي سنگ نما،كف،پل وتونل استفاده مي كنند.رنگ گابرو خاكستري مايل به سبز،سبزوگاهي سياه رنگ است.

5-مرمر:

نوعي سنگ آهك دگرگون شده است كه رنگ هايي بسيار متنوع دارد.مقاومت اين سنگ در برابر هوازدگي،گازها وبارانهاي اسيدي كم است .به همين جهت اين سنگ را در نماي داخلي ساختمانها به كار ميبرند.

6-كوارتزيت:

ماسه سنگي دگرگون شده است كه سيمان سيليسي دارد.مصارف آن در بخشهاي خارج وداخل ساختمان،پل ها وتونل ها مي باشد.

سنگ های ساختمانی را بر اساس پارامترهای زیر تقسیم بندی می کنند:

بر اساس وزن مخصوص:

سنگهای سنگین وزن ، سنگهایی که وزن مخصوص آنها بیش از 1.8 گرم بر سانتی متر مکعب است و سنگهای سبک ، دسته‌ای از سنگها هستند که وزن مخصوص آنها کمتر از 1.8 گرم بر سانتی متر مکعب می‌باشد.

بر اساس مقاومت فشاری:

سنگهای سنگین که مقاومت فشاری آنها از 100تا 1000 مگا پاسکال است. و سنگهای سبک که مقاومت فشاری آنها از 4 تا 200 مگا پاسکال است.

بر اساس ضریب نرم شدگی:

اگر مقدار این ضریب از 0.6 تا 1 باشد از آن برای احداث ساختمان استفاده می‌شود.

سنگهای پی و دیوار
در پی ساختمانها و بخشی از دیوارها که در زیر سطح زمین قرار دارند از سنگهای آذرین و رسوبی که ضریب نرم شدگی آنها بیش از 0.7 باشد، استفاده می‌گردد. نداشتن کانیهای رسی یا قطعات غیر همگن و درزه و شکاف در اینگونه سنگها ضروری است.

دیواره‌های سنگی
از سنگهای آذرین ، رسوبی یا دگرگونی که دارای ویژگیهای زیر باشند در دیوارهای سنگی استفاده می‌شود.
- مقاومت فشاری بین 0.4 تا 50 مگاپاسگال باشد.
- وزن مخصوص آن 0.9 تا 2.2 باشد.
- ضریب نرم شدگی آن بین 0.6 تا 0.7 باشد. و نیز سنگ هوازده نباشد.

سنگ نما و کف
سنگهای آذرین ، دگرگدنی و رسوبی که دارای این ویژگیها باشند، به عنوان سنگ نمای ساختمان بکار می‌روند.
- مقاومت فشاری آن بیش از 5 مگا پاسکال باشد.
- ضریب نرم شدگی بین 0.7 تا 0.9 باشد.
- نداشتن درزه و شکاف در سنگ.
- نبود کانیهای رسی و مواد قابل حل در سنگ.
- نبود حالت آلتراسیون و هوازدگی.
- داشتن رنگ مرغوب.

سنگهای قابل مصرف در راه سازی
سنگها در راه سازی مصارف متعدد دارند که از جمله این موارد پل سازی ، زیر سازی ، سنگفرش ، زیر ریل آهن و غیره است. انواع سنگهای آذرین ، دگرگونی و رسوبی که واجد خصوصیتهای زیر باشند، در راه سازی قابل استفاده خواهند بود.
- مقاومت فشاری بیش از 100 مگا پاسکال
- ضریب نرم شدگی بیش از 0.9
- میزان جذب آب ، کمتر از 1 درصد
- وزن مخصوص بیش از 2.3 گرم بر سانتیمتر مکعب
- نداشتن کانیهای رسی ، گچ و مواد قابل حل در آب
- عدم آلتراسیون و هوازدگی در سنگ

سنگهای مقاوم در برابر محلولها و حرارت سنگهایی که در برابر اسیدها مقاومند، عبارتند از گرانیت ، دیاباز ، دیوریت ، کوارتزیت و بازالت. سنگهای مقاوم در برابر محلولهای قلیایی عبارتند از سنگ آهک ، دولومیت ، سنگ مرمر و منیزیت. سنگهایی که در شرایط حرارت بالا مقاوم هستند عبارتند از بازالت ، دیاباز و توف. ویژگی مهم این سنگها داشتن مقاومت فشاری بیش از 100 مگا پاسگال است که میزان جذب آن حداکثر به 1 در صد می‌رسد.

تولید شیشه‌:

مواد سازنده

سیلیسیم دی‌اکسید (با ترکیب شیمیایی SiO_۲) پایه‌ای ترین مادهٔ سازندهٔ شیشه است. در طبیعت، در اثر برخورد آذرخش با ماسه واکنش شیشه‌شدگی کوارتز رخ می‌دهد که در نتیجهٔ آن یک ساختار توخالی (لوله‌ای) ریشه مانند، به نام سنگ آذرخشی پدید می‌آید.

شیشهٔ سیلیسی که در درجهٔ نخست از سیلیس ساخته شده است به دلیل داشتن دمای انتقال بالای ۱۲۰۰ درجهٔ سانتیگراد، برای کاربردهای ویژه‌ای مورد نیاز است اما برای عموم چندان کاربرد ندارد^. به همین دلیل چند مادهٔ خام دیگر هم به ترکیبات آن افزوده می‌شود تا فرایند ساخت را آسان تر کند. یکی از این مواد سدیم کربنات (Na_۲CO_۳) است که دمای انتقال شیشه را پایین می‌آورد. سدیم کربنات باعث می‌شود تا شیشه در آب قابل حل شود، برای جلوگیری از این ویژگی مقداری آهک (اکسید کلسیم CaO) که از سنگ آهک بدست می‌آید، به همراه اکسید منیزیم (MgO) و آلومینا (Al_۲O_۳) به آن افزوده می‌شود تا شیشه پایداری بیشتری پیدا کند. شیشه در نهایت از ۷۰ تا ۷۴ درصد وزنی سیلیس ساخته شده است و شیشه آهک سوددار نام دارد. این گونه از شیشه ۹۰ درصد از شیشهٔ تولیدی را دربر می‌گیرد.

بیشتر شیشه‌های در دسترس مواد خام دیگری هم دارند تا ویژگی‌های آن‌ها اندکی تغییر کند برای نمونه شیشهٔ کریستال و برخی گونه‌های بلور، نسبت به شیشه‌های معمولی درخشان تر اند چون دارای ضریب شکست، پاشش نوری و بازتاب بالاتری اند. افزودن باریم باعث افزایش ضریب شکست می‌شود. دی‌اکسید توریم به شیشه ضریب شکست بالا و پاشش نوری پایین می‌دهد درگذشته از این گونه شیشه در ساخت عدسی‌های با کیفیت بالا بهره برده می‌شد اما به دلیل واپاشی هسته‌ای کاربرد آن متوقف شد و با اکسید لانتان جایگزین شد.افزودن آهن به شیشه باعث می‌شود تا شیشه بتواند انرژی فروسرخ را جذب کند این ویژگی در فیلترهایی که باید گرما را جذب کنند مانند نورافکن‌های فیلم برداری مورد نیاز است. همچنین اکسید سریم (IV) باعث می‌شود تا شیشه طول موج‌های فرابنفش را جذب کند.

 

در ادامه فهرستی از پرکاربردترین شیشه‌های سیلیسی، مواد سازنده و کاربرد آن‌ها آمده است:

1. شیشهٔ سیلیسی: سیلیس (SiO_۲). دارای انبساط گرمایی بسیار پایین، بسیار سخت و پایدار در برابر دماهای بالا (۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ درجهٔ سانتیگراد) و مقاوم ترین در برابر سرد و گرم شدن. این شیشه مناسب کار در دماهای بالا است مانند: لوله‌های کوره، بوته‌های آهنگری (ذوب فلزات) و ...
2. شیشهٔ آهک سوددار: ۷۲٪ سیلیس + ۱۴٫۲٪ اکسید سدیم (Na_۲O) + منیزیم ۲٫۵٪ + آهک ۱۰٫۰٪ + آلومینا ۰٫۶٪. شفاف، به آسانی شکل می‌پذیرد و بهترین گزینه برای شیشهٔ پنجره است. انبساط گرمایی بالایی دارد و پایداری کمی در برابر گرما (۵۰۰ تا ۶۰۰ درجهٔ سانتیگراد). کاربرد در پنجره، ظرف‌های شیشه‌ای، حباب روشنایی (لامپ) و شیشهٔ لوازم دکوری موجود در خانه مانند شیشهٔ میز و ...
3. شیشهٔ سدیم بوروسیلیکات، پیرکس: ۸۱٪ سیلیس + ۱۲٪ اکسید بور + اکسید سدیم ۴٫۵٪ + آلومینا ۲٫۰٪. پایدارتر از شیشهٔ پنجره در برابر انبساط گرمایی است و به عنوان شیشه‌های آزمایشگاهی، شیشه‌های آشپزی، چراغ خودرو و ... کاربرد دارد. شیشه بوروسیلیکات (مانند پیرکس) هم همین مواد خام اکسید بور و سیلیس را دارد دارای ضریب انبساط گرمایی نسبتاً پایینی است (۳٫۲۵‎×۱۰^–۶/°C برای پیرکس^[۶] در مقایسه با ۹‎×۱۰^-6/°C برای شیشهٔ آهک سوددار^[۷]) به همین دلیل ابعاد آن‌ها بسیار پایدار است و البته به دلیل انبساط گرمایی کمتر دچار تنش می‌شوند درنتیجه در برابر گرمای ناگهانی کمتر آسیب پذیرند. کاربرد آن‌ها در وسایل آشپزخانه، ابزارهای نوری و شیشه‌های نگهدارندهٔ دارو و مواد شیمیایی است.
4. شیشهٔ بلور: سیلیس ۵۹٪ + اکسید سدیم ۲٫۰٪ + اکسید سرب ۲۵٪ + اکسید پتاسیم ۱۲٪ + آلومینا ۴٪ + اکسید روی ۱٫۵٪. دارای ضریب شکست بالا، بسیار درخشان دیده می‌شوند؛ ویژگی کشسانی بالایی دارند و می‌توان از آن‌ها ابزارهای شیشه‌ای حلقه مانند درست کرد. در کارخانه‌ها کاربرد دارند اما پایداری چندانی در برابر گرما ندارند.
5. شیشهٔ آلومینوسیلیکات: سیلیس ۵۷٪ + آلومینا ۱۶٪ + اکسید بور ۴٪ + اکسید باریم ۶٪ + اکسید منیزیم ۷٪ + آهک ۱۰٪. کاربرد فراوان در ساخت فایبرگلاس، ساخت شیشه‌های مقاوم شده با پلاستیک (قایق، چوب ماهیگیری و ...) و حباب لامپ‌های هالوژن.
6. شیشهٔ اکسیدی: آلومینا ۹۰٪ + اکسید ژرمانیم ۱۰٪. شیشه‌ای بسیار شفاف؛ کاربرد در خط‌های شبکهٔ فیبر نوری، در یک کیلومتر طول تنها ۵٪ از شدت نور از دست می‌رود.

 

مادهٔ سازندهٔ دیگر برای شیشه، شیشه‌های بازیافت شده است. این شیشه‌ها در مواد خام و انرژی صرفه جویی می‌کنند اما ناخالصی‌های موجود در آن‌ها می‌تواند باعث ضعف محصول شود. عامل‌هایی مانند سدیم سولفات، سدیم کلرید یا تری اکسید آنتیموان به شیشه افزوده می‌شوند تا شمار حباب‌های هوای موجود را کم کنند.

استفاده از شیشه در نمای ساختمان

گونه‌های کاربردی

• شیشه‌های رنگی :  این شیشه‌ها در مقایسه با شیشه‌های معمولی بخش اعظمی از نور را جذب و بخش کمتر را از خود عبور می‌دهند.
• شیشه‌های بازتابنده : این شیشه‌ها بخش بیشتری از طیف‌های مختلف نور را بازتاب می‌دهند و در کنترل ورود و خروج نور و انرژی تاثیر می‌گذارند. در انتخاب شیشه رفلکس باید به محدودیت‌های آن از جمله آیینه‌ای بودن آن در شب از سمت داخل نیز توجه نمود.
• شیشه‌های Low-e: این شیشه‌ها پرتوهای گرمازای مادون قرمز را بازتاب داده اما نورمرئی را از خود عبور می‌دهند. در مناطق گرمسیر انتخاب این نوع شیشه موجب جلوگیری از اتلاف انرژی حرارتی داخل ساختمان به بیرون می‌گردد.
• شیشه‌های Laminate:این نوع شیشه مانع عبور ۹۹٪ از پرتوهای ماوراء بنفش شده و همزمان نورمرئی و مادون قرمز را از خود عبور می‌دهند.

تولید آهن:

آهن شاید بهترین مثال شناخته شده از دگروارگی در یک فلز باشد، سه فرم چند شکلی از آهن وجود دارد که به نام‌های α، ϒ و δ شناخته می‌شود.

همانطور که آهن ذوب شده سرد می‌شود در دمای ۱۵۳۸ درجهٔ سانتی گراد به آلوتروپ δ کریستالیزه می‌شود که دارای یک ساختمان کریستالی مکعبی مرکزی‌ست، همانطور که بیشتر سرد می‌شود ساختمان بلوری یا کریستالی در دمای ۱۳۹۴ درجهٔ سانتی گراد به شکل مکعبی وجه مرکزی تغییر می‌یابد که به نام آهن ϒ یا استنیت شناخته می‌شود، در دمای ۹۱۲ درجهٔ سانتی گراد ساختمان بلوری یا کریستالی دوباره مکعبی بدنه مرکزی یا آهن α یا فریت می‌شود و در ۷۷۰ درجهٔ سانتی گراد (نقطهٔ کوری، TC) آهن مغناطیسی می‌شود، هنگامی که آهن از دمای کوری عبور می‌کند تغییری در ساختمان کریستالی وجود ندارد اما در ساختمان حوزه تغییری رخ می‌دهد (هر حوزه شامل اتم‌های آهن با یک اسپین الکترونیک خاص می‌باشد). در آهن غیر مغناطیسی شده همهٔ اسپین‌های الکترونیک اتم هادر یک حوزه در یک جهت قرار دارند هرچند در حوزهٔ مجاور آنها جهات متفاوت هستند و گوناگونی دارد و لذا یکدیگر را خنثی می‌کنند، در آهن مغناطیسی اسپین‌های الکترونیک همهٔ حوزه‌ها هم جهت شده‌اند لذا اثرات مغناطیسی حوزه‌های مجاور همدیگر را تقویت می‌کنند اگر چه هر حوزه، شامل بیلیون‌ها اتم است ولی آنها خیلی کوچک و در حدود ۱۰ میکرون می‌باشند. آهن وقتی با بعضی فلزات خاص دیگر و کربن مخلوط می‌شود تا فولاد را ایجاد نماید دارای بیشترین اهمیت خواهد بود، انواع مختلفی از فولاد وجود دارد که درای خواص متفاوتی می‌باشند و درک خواص آلوتروپ‌های آهن کلید ساخت فولادهایی با کیفیت خوب می‌باشد. آهن α یا همان فریت پایدارترین شکل آهن در دمای اتاق است. این آهن فلز نسبتاً نرمی‌ست که دارای مقدار کمی کرین (نه بیش از ۰/۰۲۱٪ از جرم در ۹۱۰ درجهٔ سانتی گراد) می‌باشد.

در دماهای بالای ۹۱۲ درجهٔ سانتی گراد و تا ۱۴۰۰ درجهٔ سانتی گراد آهن α یک انتقال فاز از حالت مکعب بدن مرکزی به حالت مکعب وجه مرکزی یعنی آهن ϒ را که استانیت نیز نامیده می‌شود تجربه می‌کند. این آهن نیز نرم است اما می‌تواند مقدار بسیار بیشتری کربن (به میزان ۲/۴٪ جرمی در دمای ۱۱۴۶ درجهٔ سانتی گراد) داشته باشد، این شکل آهن در فولاد ضد زنگ که برای ساختن کارد و چنگال، تجهیزات بیمارستان‌ها و صنایع غذایی به کار می‌رود استفاده می‌شود.

آهن در اغلب رسها، ماسه‌سنگها و گرانیت‌ها وجود دارد. در میان کانه‌های مهم آن می‌توان از هماتیت، مگنتیت، پیریت و کالکوپیریت را نام برد.

تولید سیمان:
سيمان‌ها مواد چسبنده‌اى هستند که قابليت چسبانيدن ذرات به يکديگر و بوجود آوردن جسم يک پارچه از ذرات متشکله را دارند. اين تعريف از سيمان داراى آن چنان جامعيتى است که مى تواند شامل انواع چسب‌ها از جمله چسب‌هاى مايع که در چسبانيدن قطعات سنگ يا سنگ و فلزات به يکديگر بکار مى روند نيز بشود.
نمونه اى از اين چسب‌ها در صنعت سيمان در کار گذاشتن آجر نسوز در کوره سيمان مورد مصرف دارد و خاصيت اصلى آن اين است که آجر نسوز (که يک جسم سراميکى است) را به بدنه کوره (آهن) مى چسباند، همچنين انواع سيمان هاى ديگر که در دندانپزشکى مورد مصرف دارند، از جمله چسب‌ها مى باشد. آنچه که از کلمه سيمان در اين متن مورد نظر است، آن نوع از سيمان‌ها است که داراى ريشه آهکى مى باشند. به عبارت ديگر سيمان‌هايى که ماده اصلى تشکيل دهنده آنها آهک و ماده اوليه اصلى آنها سنگ آهک است. بر اين اساس سيمان ترکيبى است از اکسيد کلسيم (آهک) با ساير اکسيدها نظير اکسيد آلومينيم، اکسيد سيليسيم، اکسيد آهن، اکسيد منيزيم و اکسيدهاى قليايى که ميل ترکيب با آب داشته و در مجاورت هوا و در زير آب بمرور سخت مى‌گردد و داراى مقاومت مى‌شود.
با توجه به مشخصه فوق سيمان مى تواند داراى ترکيبات متفاوتى باشد و اصولا جزو ملات‌هاى آبى محسوب مى‌گردد. ملات‌هاى آبى از دوران گذشته شناخته شده بودند، از جمله اين ملات‌ها آهک است که مصرى‌ها و يونانى‌ها با مخلوط کردن آن با خاکستر آتش‌فشانى، خاک آجر و آب به نوعى آهک آبى دست مى‌يافتند که خاصيت سخت شدن و فشار پذيرى داشت. با بکار بردن اين ساروج رومى‌ها توانسته‌اند ساختمان‌هاى عظيمى بسازند که هنوز بقاياى آنها پس از گذشت چند هزار سال پا بر جا و قابل مشاهده است.

مراحل تولید سیمان:
شرح کامل مراحل ساخت سيمان نياز به حوصله و زمان زيادى دارد، براى همين منظور تنها به نام بردن آنها اکتفا مى کنيم.
مواد اوليه سيمان پرتلند:
مواد اوليه سيمان پرتلند اساساً شامل مواد آهکى و رسى مى باشند. بدين معنى که در تهيه سيمان پرتلند از مواد خامى استفاده مى شود که حاوى کربنات کلسيم و ترکيبات آلومينيوسيليکات‌ها باشند.
استخراج مواد اوليه:
معادن مواد اوليه سيمان، خصوصا سنگ آهک، خاک رس، مارل، سنگ گچ و امثال آنها به صورت معدن رو باز مى باشد. در استخراج موادى نظير سنگ آهک، سنگ آهن و سنگ گچ نيز به چال‌زنى و انجام انفجار بوسيله ديناميت مى باشد.
خرد کردن مود اوليه: توسط سنگ شکن‌هاى متحرک و يا سنگ شکن‌هاى ثابت
مخلوط کردن اوليه و ذخيره سازى
قبل از اينکه مواد خرد شده در سنگ شکن، راهى آسياب مواد جهت پودر شدن شوند، بداخل سالنى ريخته مى‌شوند تا بدين‌وسيله هم مقدمتاً با يکديگر مخلوط شوند و هم اينکه، اين سالن نقش انبار و ذخيره سازى را دارا است.
خشک کردن مواد اوليه
در برخى کارخانجات سيمان، بدليل موقعيت خاص جغرافيايى و باران خيز بودن منطقه برخى از مواد اوليه (خصوصا خاک رس)، داراى رطوبتى هستند که استفاده مستقيم از آنها امکان پذير نمى‌باشد.
پودر کردن مخلوط مواد خام: در روش خشک توليد سيمان، ضرورت دارد که مواد خام قبل از ورود به کوره به صورت پودر در آيند. كه توسط آسياب‌هاي مواد خام گلوله اى و يا آسياب‌هاى مواد خام غلطکى صورت مي‌پذيرد.
تنظيم مواد خام
سيلوهاى مواد خام
عمل عمده‌اى که در يکنواخت کار کردن کوره و بالا بردن کيفيت کلينکر و در نهايت سيمان موثر است، يک نواختى ترکيب خوراک کوره، خوب مخلوط شدن و همگن بودن آن مى باشد.
پيش گرم کن
کوره دوار

قسمت اصلى عمل پختن در کوره صورت مى گيرد. کوره سيمان، يک استوانه فلزى است که طول و قطر آن، متناسب با ظرفيت کارخانه مى باشد.
خنک کن (کولر)
کلينکر خروجى از کوره داراى درجه حرارتى حدود 1000 تا 1200 درجه مى باشد. بازيابى اين مقدار حرارت و همچنين مشکل بودن جابجا کردن کلينکر داغ، ضرورت سرد کردن آن‌را ايجاب مى‌نمايد. خاصيت اساسى ديگر سرد کردن کلينکر، تکميل و تشکيل کريستال‌هاى کلينکر و بالا رفتن کيفيت آن مى باشد.
سيلوي (انبار) کلينکر
کلينکر خروجى از خنک‌کن، قبل از ورود به آسياب سيمان، در سيلو، يا انبار، يا سالن ذخيره مى‌گردد.
آسياب سيمان
سيلوهاى سيمان
بارگير خانه

روش‌های ساخت سیمان
اصولاً چهار روش براى توليد سيمان وجود دارد:

1. روش تر
2. روش نيمه‌تر
3. روش نيمه خشک
4. روش خشک

روش تر و نيمه‌تر:
در روش تر و نيمه تر خاک رس مصرفى در دستگاه دوغاب ساز (Wash mill) ، تبديل به دوغاب مى‌گردد. سپس دوغاب خاک رس به همراه سنگ آهک در آسياب مواد خام مخلوط و نرم گشته و تبديل به دوغاب با غلظت بيشترى مى‌شود. پس از تنظيمات لازم توسط آزمايشگاه، بعنوان خوراک کوره مورد مصرف قرار مى‌گيرد. در روش نيمه تر، مواد خروجى از آسياب مواد به صورت دوغاب است و قبل از ورود به کوره بوسيله فيلتر پرس، آب آن گرفته مى‌شود و بصورت کيک يا آماج (حبه) به کوره تغذيه مى‌گردد.

 روش نيمه خشک:
در روش نيمه خشک مواد اوليه بصورت خشک با يکديگر مخلوط گشته و به آسياب مواد خام تغذيه مى‌گردند. مواد خروجى از آسياب مواد به صورت پودر است. قبل از تغذيه اين پودر به کوره مقدارى آب روى آن پاشيده مى شود و آن‌را به صورت آماج يا حبه در آورده و به کوره تغذيه مى نمايند.

روش خشک:
در روش خشک مواد اوليه خشک وارد آسياب مى‌شوند، پودر خروجى از آسياب مواد، پس از تنظيم، به عنوان خوراک کوره مصرف مى‌گردد.

روش‌هاى مختلفى براى توليد سيمان‌هاى مختلف وجود دارد که عمدتا بستگى به تکنولوژى مورد استفاده و جنس سيمان دارد، تکنولوژى مورد استفاده براى توليد سيمان به مرور دستخوش تحول و پيشرفت بوده است. هم اکنون صنعت سيمان با برخوردارى از آخرين تکنيک‌هاى اعجاب انگيز، با استفاده از روش خشک و به کمک سيستم‌هاى اتوماتيک، شاهد پيشرفت‌هاى شگرف در طول تاريخ 160 ساله توليد صنعتى خود مى‌باشد. روش توليد برخى سيمان‌ها نظير سيمان آلومينايى کاملا متفاوت با روش توليد سيمان پرتلند مى باشد.

• سنگ :
  از نقطه نظر زمین شناسی ، سنگ به موادی از پوسته زمین اطلاق می‌شود که از یک یا چند کانی که با یکدیگر پیوند یافته‌اند، درست شده است.
• خاک :
  خاکها را می توان بر مبنای منشا زمین شناسیشان به گروههای شش گانه زیر تقسیم کرد:
  1- خاکهای برجا: بر اثر هوازدگی و تجزیه بر جای سنگها ایجاد می شوند.
  2- خاکهای واریزه ای: به خاکهایی که بر اثر نیروی گرانی جابجا شده اند اطلاق می شود.
  3- رسوبات آبرفتی: کلیه خاکهایی را که توسط عمل آب جاری در خشکیها ایجاد می شوند.
  4- رسوبات بادی: همان گونه که از نامشان پیداست توسط باد حمل و برجای گذارده می شوند.
  5- رسوبات یخچالی: توسط یخچالها یا آبهای ناشی از ذوب یخچالها ایجاد می شوند.
  6- رسوبات ثانوی: بر اثر ایجاد تغییرات به روی خاکهای اولیه ایجاد می شوند.
• رابطه منشا زمین شناسی یک خاک و میزان مناسب بودن در پی سازی را به گونه زیر می توان خلاصه کرد به طور کلی خاکهای مناسب برای پی سازه های مهندسی عبارتند از: 
    الف- خاکهای با تراکم متوسط یا زیاد که از ویژگیهای برخی از رسوبات بستر رودها، رسوبات ساحلی و یخزنهاست. 
      ب- رسهای غیر فعال "بیش تحکیم یافته که در برخی از دشتهای ساحلی یافت می شوند. 
      ج- مخلوط رس و رسوبات دانه ای که از مشخصات خاکهای بر جای حاصل از تجزیه سنگها اسیدی مثل گرانیت است.
  
  

در مقابل، مصالح خاکی نامناسب وضعیت در مهندسی پی عبارت اند از:
الف- رسوبات واریزه ای که اغل در دامنه ها حالتی ناپیدار دارند.
ب- خاکهای دانه سست و متراکم نشده موجود در دشته ای سیلابی، دلتاها، خلیج های دهانه ای دریاچه ها، باتلاقها.
ج- رسهای فعال حاصل از تجزیه سنگهای مافیک, شیلهای دریایی یا ته نشین شده توسط فعالیتهای آتشفشان
د- کلیه رسوبات آلی

خاک توده‌ای از ذرات یا دانه‌های منفصل یا دارای پیوند سست است که بر اثر هوازدگی سنگ بطور بر جا تشکیل شده است درجه سخت و سنگ شدگی خاک ناچیز تا صفر بوده و در بسیاری موارد حاوی مواد آلی است و گیاهان می‌توانند بر روی آن رشد کنند.

• ژئودینامیک :
  یکی از وظایف مهم زمین شناسی مهندسی تشخیص احتمال وقوع فرآیندهای ژئودینامیکی ، مثل سیل و زمین لرزه ، که شاید بتوان آنها را «بلایای زمین شناسی» نیز نامید، قادرند ضمن ایجاد تلفات جانی ، خسارات جبران ناپذیری نیز به سازه مهندسی وارد آورند. مهندسانی که در پروژه‌های عمرانی و ساختمانی فعالیت دارند، باید از شرایط طبیعی که منجر به بروز این مشکلات می‌شود، آگاهی داشته باشند، تا به این وسیله بتوانند احتمال رخداد هر یک از آنها را در محدوده سازه مورد نظر برآورد نمایند.

:: برچسب‌ها: مشکلات و کاربردهای مهندسی مصالح مختلف زمین,