فصل پنجم - ارزيابي، آماده سازي، آزمايش و تعويض مصالح
خاك يك مصالح ساختماني چند كاره و با دوام است. همواره فنون ساختمان‌سازي با گل اساساً ساده بوده است و فنون تجزيه و مرمت بناهاي گلين نيز تا همين اواخر همين گونه بوده‌اند سازندگان محلي فنوني را ابداع كرده‌اند كه آنها را قادر ساخته است سريعاً مناسب بودن مصالح را تشخيص دهند و همين روشها در كار حفاظت نيز قابل استفاده‌اند هرچند تحليلهاي عملي‌تر مكمل آنها گرديده است. اساس ارزيابي خاك براي مقاصد ساختماني شناسايي تركيب ذرات و آلاينده‌هاست. سيليكاتها حسب طبيعت خود ساختاري بزرگ‌تر دارند، انواع ميكا، گل سفيد و فلدسپات متوسط و مجتمعهاي رس بسيار ريزند. آلوده كننده‌ها عمدتاً گياه خاك و املاح‌اند كه به عامل PH مرتبط‌اند. هدف از مطالعه خاك تعيين نسبت‌هاي اين اجزاء متشكله و هدف آزمايشهاي تكميلي كه بعداً صورت مي‌گيرد تعيين رفتار اين مخلوطها و ماهيت عناصر متشكله در هر بخش است. مقدار گل سفيد و گچي كه در تركيب داخل شده مهم است و تعيين انواع رس از آن هم مهم‌تر.
105 آزمايشهاي ساده
لمس كردن بنيادي‌ترين روش فهم مصالح موجود است. قالب‌پذيري خاك بستگي به ميزان رطوبت موجود و مواد متشكله آن دارد. به طور كلي ميزان رطوبت خاك را مي‌توان به روش ساده تخمين ميزان خشكي يا رطوبت آن تعيين كرد- در يك سوي طيف گل بسيار خشك پودر مي‌شود و مي‌ريزد و در انتهاي ديگر مبدل به توده اي مايع بي‎ْشكل مي‌گردد. در آن حد از رطوبت كه درصد امكان كاركردن باشد گل باشد مي‌توان نسبت ذرات درشت موجود در گل را از روي زبري و دانه‌داربودن آن تخمين زد. مي‌توان بامالش گل ميزان مواد رسوبي نمونه را تعيين كرد چرا كه مقادير نسبي شن، گلماسه و رس معلوم مي‌گردد. خارج كردن رسوبات با مرطوب ساختن نمونه و تعيين لغزندگي آن مقادير نسبي ماسه در برابر انواع رس در گل را به شكلي كلي تعيين مي‌كند و همين براي استادكاران يا حفاظت‌گران مجرب كافي است. روش دقيق تر حس كردن از طريق لامسه را مي‌توان با استفاده از دندان انجام داد. در حاليكه وجود ذرات رس با اين روش احساس نمي‌شود ذرات دانه مانند كوارتس ماسه موجود در نمونه بسيار كوچك به سرعت، هرچند به شكلي ناخوشايند از طريق احساس زبري آن زير دندان معلوم مي‌شود. گلماسه‌ها عموماً زبر و به شكلي شاخص تشخيص پذيرند. اين آزمايش را نمي‌توان روي نمونه‌هاي داراي آلودگي بيولوژيكي انجام داد. اگر در مورد آلودگي خاك مردد هستيد آنرا با حرارت سترون كنيد.
نبايد بازديد بصري را ناديده گرفت. وقتي طبيعت خاكي خاص دانسته باشد رنگ آن مي‌تواند آگاهي بخش باشد. به نسبت افزايش عناصر آهن‌دار رنگ رس مي‌تواند آبي- خاكستري تا انواع خاكستري-سبز و زرد تا سفيد و طيفي از انواع سرخ و قهوه‌اي تغيير كند. تغيير رنگ رسها اغلب معناي تغيير در وضعيت فيزيكي آنها دارد گرچه برخي خاكها چون انواع ماسه بادي و لاتريت با همسازي يكنواخت خود يا تفوق در يك ساختار معين به نحوي دلسرد كننده يكدست باشند، لايه هاي ديگر مي‌توانند بسيار متنوع بوده و رنگ آنها اطلاعات زيادي درباره ماهيت مصالح در اختيار مرمت كار با تجربه قرار دهد.
اغلب شواهد مبتني بر قرائن خود گوياست. چشم‌انداز را مد نظر قرار دهيد. نوع رويش گياهي يك شاخص اصلي نمايانگر مقادير پها است. معمولاً وجود اكسيدهاي آهن در رسها از روي رنگ سرخ يا قرمز معلوم مي‌شود اما آب صاف برخاسته از خاكهاي اسيدي نيز مي‌تواند مقادير زيادي آهن داشته باشد. در جاهاييكه رسوبات گل سفيد يا خرده سنگ آهك بسيار ديده مي‌شود خاك مي‌تواند حاوي مقادير زيادي كلريت، كربنات و رسهاي قليايي مونتموريونيت باشد.
اين احتمال هست كه مونتموريونيت‌ها رسهاي موجود در مناطق بازالتي باشد به ويژه آن نواحي كه زهكشي مناسب ندارد. در خاكهاي داراي زهكشي بهتر- كه اكسيژن بيشتري دريافت مي‌كنند- ايليت‌ها به جاي مونتموريونيت‌هاي خاك مي‌نشينند اما تنها در حد نسبتهايي از آن. هيچيك از اين دو گونه رس بدون ديگري يافت نمي‌شود، رسهايي حتي اگر مقدار آنها ناچيز باشد. تركيب اين دو نوع رس را مي‌توان اسمكتيت دانست.
سنگهاي رس معمولاً رسهايي داراي تركيبات رسي مونتموريونيت- ايليت(اسمكتيت) به دست مي‌دهند. مونتمور يونيت‌ها در خاكهاي شور، نيز به ويژه در عمق و احتمالاً در رسهايي كه در نتيجه حفاري يا فرسايش در معرض هوا قرار گرفته تفوق دارند. آبهاي سرازير شده در نتيجه برف و باران كه به رنگهاي كدر قهوه اي يا زردفام است جز از وجود مخلوطهايي از مونتموريونيت- ايليت به صورت معلق مي دهد، به ويژه اگر آب پس از سكون صاف نشود. توفق مونتموريونيتها در رس مي تواند موجب انواع رنگ خاكستري، خاكستري تيره و حتي ذغالي شود در حاليكه توفق ايليتها انواع نارنجي، قهوه اي و سرخ مات به دست مي دهد.
معمولاً لاتريتها سرخي بيشتري دارند و اغلب به صورت گندله هاي سخت يا رگه هاي كوچك اند كاني‎هاي آهن هم همينطور. ممكن است اين رنگها زير پوشش رسوبات آهن كه كلسيم و منيزيم در آن فراوانند و به رسوب نارنجي يا سرخ مي‌دهد پنهان شوند. كائولينيت ها غالباً مواد لايه هاي زيرين را تشكيل مي دهند و در نواحي كه سنگهاي گرانيتي فرسايش يافته پيدا مي شوند انواع ميكا اغلب با برق ورقه‌هاي ريز موجود در خاكها يا خاكهاي فشرده (سنگ رسوبي يا سنگ رس) ديده مي‌شوند.
وجود كربناتها (انواع گل سفيد و سنگ آهك) اغلب از روي وجود تكه‌هاي مجزا در وارسي از نزديك معلوم مي‌شود؛ اين قطعات به شكل تكه‌هاي سفيد يا خاكستري محلول در اسيد است.
ترك خوردن و روزن داري خاكها نيز شاخصهايي مفيد است. خاكهاي داراي بافت درشت با مقادير زياد رس نمايانگر وجود نسبتهاي بالا از آلفونها(كه چسبندگي قوي ندارند) و مقداري خاك چيني است. در صورت نبود رس اين ويژگي حاكي از وجود كربناتها است.
بروز شكافهاي عميق و بزرگ(نوعاً به بزرگي 250 ميليمتر) به هنگام خشك شدن خاكها حاكي از تفوق ايليت‌هاست. شكافهاي عميق ولي با كم عرض (نوعاً 55 ميليمتر) نشانه تفوق مونتموريونيت‌هاست.
بررسي بصري مستقيم ارزيابي سريع اندازه ذرات بخش بالايي طيف را امكان‌پذير مي‌سازد و مي‌توان با پهن‌كردن نمونه روي يك زيره و مشاهده آن از نزديك و با استفاده از نور انتقالي امكان ديد را افزايش داد. اين عمل به ويژه در تعيين اندازه ذرات بخشهاي مياني و بالاي طيف مفيد است و استفاده از يك ذره بين معمولي، ديد را بهتر مي‌كند. عدسي كه در فاصله معمول از نمونه نگه داشته شود مي‌تواند ابزاري مفيد باشد. ذره‌بين‌هاي مورد استفاده چاپچي‌ها بهترين است. در همه اين موارد داوري‌هاي ارزشي بستگي به تجربه شخصي و عملكرد شناخته شده را مي‌توان به عنوان راهنما مورد استفاده قرار داد.
تشخيص بو تنها در تعيين وجود يا نبود مواد آلي و اينكه آيا منشأ غير هوازي داشته يا خير مفيد است. اين گونه اطلاعات ارزش كمي دارد. اطلاعات حاصل از معاينه بصري و لامسه‌اي را مي‌توان با آزمايش در دو انتهاي طيف رطوبت به علاوه آزمايشهاي ساده در مورد تعيين ورزپذيري تكميل كرد. اين نوع تحليل فراتر از آزمايشهايي است كه معمولاً استادكاران انجام مي‌دهند. نمونه‌هاي خشك يا اشباع شده از آب را مي‌توان به ترتيب به شكل گرد يا به صورت محلول پهن شده انجام داد. گردهايي كه روي كاغذي با شيب ملايم مشوش شود به سرعت اندازه ذرات را همراه جزييات كافي براي امكان‌پذير ساختن ارزيابي به منظور تعيين نسبتهاي هر ماده نشان مي‌دهد. رسوبي كه در ته شيشه مي‌نشيند و ذرات معلق در آب نيز به كار همين نوع تحليل‌ها مي‌آيد. چشمهاي مجرب و يك ذره‌بين مناسب يا ميكروسكپي كم قدرت براي انجام اين نوع مطالعه ابزارهاي كافي محسوب مي‌شوند.
205- آزمايشهاي ايستگاه ميداني
آزمايش آبي(كه بعضاً به آزمايش امرسون معروف است) براي تعيين نوع رس در نمونه غير آلي بكار مي‌رود. لازم است اين آزمايش به منظور كسب نتايج يكدست چندين بار تكرار شود. يك قطعه كوچك و منسجمو خشك (حدود 10×10×10 ميليمتر) را در ظرفي شفاف در مقداري آب مقطر قرار مي‌دهند. اگر پس از چند دقيقه باد كند ومتلاشي نشود احتمالاً لاتريت است. اگر باد كند ولي بعداً فروريزد و پراكنده شود اسمكتيت است؛ وجود اجزاء ايليت و مونتموريونيت را مي‌توان با آزمايش تكه‌اي از آن در آب مقطر در برابر زمينه‌اي تيره تشخيص داد. مونتموريونيت‌ها هاله‌اي ظريف از خود نشان مي‌دهند. هرچه اين هاله مشخص‌تر باشد مقدار مونتموريونيت بيشتر است.
گرفتن نمونه‌اي ديگر اجازه مي‌دهد پخش شدگي صورت گيرد و بتوان آزمايش بدلها انجام داد. اسيدي بودن خاك نمايانگر وجود مقدار چشم‌گيري مواد آلي پوسيده و احتمالاً املاح آهن است. قليايي بودن معروف وجود هيدروكسيدها، كلريت‌ها و كربناتهاست.









(1) چنانچه تكه‌هاي كوچك خاك هنگام قرار گرفتن در آب خشك نباشد باز هم طرح آزمايش معتبر است اما اين مقوله شامل ايليت‌ها و مونتموريونيت‌هاي غير نمكي و خاكهاي آلي نيز مي‌شود.
(2) پخش شدگي به سهولت و از طريق تشكيل هاله‌اي ظريف و مه مانند گرد هر تكه كه با قرار دادن در برابر زمينه‌اي تيره به سهولت مشاهده مي‌شود مشخص مي‌گردد. هرچه هاله مشخص‌تر باشد خاك پخش شوندگي بيشتري دارد.
(3) تكه‌هاي جديدي برداشته مرطوب كرده، كمي تغيير شكل داده داخل آب قرار دهيد.
(4) اگر وجود كربنات قبلاً تشخيص داده نشده باشد با جوشيدن خاك پس از چكاندن يك قطره اسيد برروي آن معلوم مي‌گردد.
(5) تثبيت شدن به صورت محلولي معلق در مدتي كمتر از 10 دقيقه را مي‌توان نبود پخش شدگي تلقي كرد.
ش 105، روش انجام ازمايش امرسون
برداشتن نمونه‌اي ديگر، قرار دادن آن در آب مثل مورد قبل و تكان‌دادن تا حدي كه اسمكتيت‌ها در يك سو و كائونيت‌ها و كلريت‌ها در طرف ديگر متمايز گردند باعث مي‌شود اسمكتيت‌ها پس از 10 تا 15 دقيقه در حالت پخش شدگي بمانند.
از جمله آزمايشهاي تكميلي قراردادن نمونه در محلول اسيد كلريدريك (جوهر نمك) است كه جوشيدن خاك وجود كربناتها در آن را اثبات مي‌كند. آزمايش با نيترات نقره و آزمايش ديگر با كلرورباريم صورت مي گيرد. مورد اول وجود كلرورها و آزمايش دوم حضور سولفاتها را نشان مي‌دهد كه مقدار آنها را مي‌توان از طريق عيارسنجي تعيين كرد.
وجود مواد آلي- نه مقدار آنها- را مي‌توان با زغالش تعيين كرد. در هر حال چنانچه نمونه‌اي سرشار از گياه خاك باشد در صورت قرارگرفتن در آب آهك به مدت 48 ساعت پس از تكان‌دادن و ته نشست شدن مجدد در محلول رنگي تيره به دست خواهد داد.
خنثي بودن يعني قرار گرفتن در مرز ميان قليائيت (بازيك) و اسيديته را مي‌توان با متيل اوارانژ (هليانتين)، محلول فنل فتائلين يا با برخي احتياطها با استفاده از تورنسل تعيين كرد. اين مواد درجه قليائيت يا اسيديته را تعيين مي‌كنند. وسائل ساده‌اي كه در باغباني به كار مي‌آيد براي انجام اين آزمايشها در اختيار است.
آزمايشهاي فيزيكي ورزپذيري عبارتند از تشكيل فتيله‌هايي از گل و خم كردن آنها تا آستانه شكست و آزمايش ساده خارج كردن گل قالب‌پذير با فشردن آن ميان انگشتان. اين گونه آزمايشها ورزپذيري كلي خاكها را نشان مي‌دهد اما نتايج حاصل از يك نمونه مفروض بسته به تعداد و اندازه دانه‌هاي درشت‌تر موجود در نقطه شكست يا منطقه خروج از لاي انگشتان فرق مي‌كند. آزمايشهاي فيزيكي مطمئن‌تر كه همين حد ساده است عبارتند از كشيدن نمونه‌هاي داراي غلظت هاي متفاوت و افزودني هاي منتخب روي پالت به كمك ماله يا كاردك احتمالاً اين آزمايشهاي بنيادي از همه رضايت بخش‌ترند چرا كه مي‌توان آنها را با آزمايشهاي تعيين مقدار آب رفتگي توام كرد. مي‌توان نمونه‌هاي كوچك را روي زمينه‌هاي نفوذ ناپذير و نيمه جاذب برروي سطوحي هم اندازه از نظر عمق و به مساحت يك تخته توفال كشيد تا ماده نمونه ي يكدست بدست آيد. سپس مي‌توان خصائص فيزيكي نمونه را از نظر ورزپذيري در ارتباط مستقيم با خصائص آب رفتگي مورد ارزيابي قرارداد.
چنانچه بعد از اين مراحل نمونه‌ها روي زمينه‌اي كشيده شود كه در هنگام خشك شدن در برابر جابه جايي در نتيجه آب رفتگي مقاومت نمي‌كند، مي‌توان مقايسه‌اي مستقيم و جالب انجام داد. اين گونه زمينه‌ها اساساً عبارتند از سطوح پلاستيكي مثل پلي اتيلن فوق العاده نازك و پوششهايي از جنس تفلون روي زمينه‌اي سخت. امتياز اين گونه آزمايشهاي ساده ميداني اين است كه عملكرد نمونه‌ها را به شكل فيزيكي و براساس ورزپذيري در مقابل ويژگيهايي چون آب رفتگي نشان خواهد داد و حفاظت‌گر يا هنركار مجرب به ارزيابي مقايسه‌اي عملكرد تركيب‌هايي كه به وضوح از ذرات داراي ابعاد مختلف و احتمالاً انواع متفاوت رس تشكيل شده خواهد پرداخت. در ارزيابي تجربه اهميت حياتي دارد. تجربه نشان خواهد داد تركيب داراي بيشترين استعداد هم چسبي ضرورتاً پرمزيت‌ترين ماده نيست. هر چه قدرت هم چسبي بيشتر باشد فاصله ميان شكافهايي كه پس از آب رفتگي پيدا مي‌شود بيشتر، اما در عوض شكافها بزرگتر خواهد بود. به هرروي اين آزمايشات در اوضاع و احوال فعاليتهاي ميداني تنها در آن مطالعات مقايسه‌اي عملي است كه بتوان نمونه‌هاي مواد موجود را با موادي كه قرار است به عنوان مبناي مداخله مورد استفاده قرار گيرد مقايسه كرد. آزمايش را مي‌توان به سهولت روي مجراهاي پلاستيكي كه مقطع آنها بيش از 30-20 ميلي متر نيست انجام داد. سپس ميزان ترك خوردگي در هنگام خشك شدن به مطالعه نسبتها مي‌گردد و با اين تناسبها مقدار رس موجود به دست مي‌آيد.
اين گونه آزمايشها و ديگر آزمايشهاي عملكرد خاك در مرحله برنامه‌ريزي براي حفاظت سازه‌هاي گلين از اقدامات بسيار مهم ميداني است. مي‌توان با بسط اين آزمايشها مقايسه‌هايي ديگر چون تعيين مقدار هوازدگي، پذيرش اندودهاي رويه اجازه دادن به رشد گياهان و مقايسه عملكرد به هنگام افزودن مواد افزودني به منظور مهار عوامل خرابي، انجام داد.
سواي آزمايشهائي كه همه جا انجام‌پذير است طيفي از ارزش يابي هاي عملي وجود دارد كه تنها نيازمند وسائل يك ميز آزمايشگاهي ساده از نوع قابل برپايي در اطاقك مستقر در محل بناست.
قدرت همفشاري بلوك سخت نمونه اي ساده را مي‌توان با بارگذاري مستقيم تعيين كرد: فشار وزني يكنواخت(خود سيگنش) بر بلوك وارد مي‌شود تا زماني كه تحت شرايط آزاد يا محصور در قيد خرد شود. معمولاً هدف از اينگونه آزمايشها ارزيابي و مقايسه مصالحي است كه مي‌بايد مورد استفاده قرار گيرد بنابراين مقايسه ميان مصالح نو يا بازسازي شده انجام مي‌گيرد تا تراكمي قابل مقايسه با مصالح به كار رفته در بناي تاريخي حاصل شود. چنانچه در مصالح از نظر تركيب يكسان باشند انجام اينگونه آزمايشها چندان وجهي ندارد اما مزيت آزمايش ميداني تعيين هرگونه تفاوت عملكرد مصالح جديدي است كه به عنوان بخشي از طرح مداخله پيشنهاد شده است. اغلب اضافه كردن مواد افزودني و تغيير تركيب‌ها پيشنهاد مي‌شود و در مواقعي كه اين تغييرات به دلايل درست پيشنهاد شده باشد انجام آزمايشهاي ميداني بجا خواهد بود.
در آزمايشهاي اعمال فشار يكنواخت انعكاس نه ضرورتاً بازآفريني شرايطي كه مصالح جديد در آن به كار خواهد رفت اهميت دارد و به همين علت بايد هدف از استفاده از مصالح جديد و نقشي كه مي‌بايست ايفا كند فهميده شود. به عنوان مثال اگر قرار است مصالحي كه وارد يك سازه تاريخي شود در فضايي محصور شده قرار گيرد (يعني توده ساختماني لگامي جانبي براي آن ايجاد كند) شبيه سازي آن شرايط از طريق قرار دادن مصالح در يك لوله يا جعبه‌اي روباز و وارد آوردن فشار يكنواخت به يك پيستون امكان‌پذير است. چنانچه قرار باشد مصالح جديد در سازه لگام جانبي دريافت نكند مي‌توان با درآوردن آن به شكل يك مكعب يا استوانه و اعمال فشار يكنواخت به سطح فوقاني آنرا مورد آزمايش قرار داد. اين آزمايش بي لگام پيچيدگي كمتري دارد و تفسير آن به مراتب مطمئن‌تر است.
در هرگونه اعمال فشار يكنواخت بايد عامل اعمال فشار طوري مهار شده باشد كه در جهت عمودي حركت كند و حركت جانبي نداشته باشد و نتوان زاويه اعمال فشار را تغيير داد. اين سخن به ساده‌ترين تعريف بدين معناست كه لازم است فشاري معين در جهتي عمودي به مكعب تحت آزمايش وارد آيد. تمامي اينگونه آزمايشها را بايد روي تعدادي از قطعات انجام داد تا مانع اتكاء بر يك نمونه واحد شوند.
به سهولت مي‌توان تعدادي آزمايش ميداني ديگر انجام داد تا ويژگيهاي فيزيكي نمونه‌ها تعيين و عملكرد آنها از نظر روزن‌داري، تراكم و ميزان محلول بودن مورد مقايسه قرار گيرد. اين آزمايشها هم متضمن ساخت نمونه‌هايي مقايسه‌پذير از مصالح بازسازي شده يا مصالح پيشنهادي جديد است و بهترين روش انجام نيز همان ساخت مكعب با استفاده از قالبي ساده است. روشها و مصالح بايد همانهايي باشد كه در محل به كار مي‌رود و به همين علت لازم است نمونه‌ها با روش مخلوط‌سازي دستي تهيه و با استفاده از ماله پهن شود. در صورتيكه انجام هر رشته از آزمايشها به يك متصدي سپرده شود، مقدار خطا به حداقل مي رسد. اطلاعات حاصل در حد پارامترهاي دقت عادي همخوان با فعاليتهاي عمومي در محل است و اين سطوح از دقت كار مي‌تواند با آنچه در آزمايشها محقق مي‌گردد تفاوتهاي بسيار داشته باشد. بنابراين حفاظت‌گر بايد در مورد استفاده از نتايج به دست آمده از كارهاي ميداني از طريق مقايسه آنها با نتايجي كه تحت شرايط علمي دقيق تر بدست آمده داوري كند.
آزمايشهاي عملي مي‌تواند از استنباط علمي فاصله بگيرد و بايد توضيحات از لحاظ كار حفاظت معني‌دار باشد. بدين‌جهت گرچه توصيف دقيق علمي از درصد عناصر فلزي موجود در يك نمونه مي‌تواند بي نقص باشد اما براي حفاظت‌گري فايده‌اي نخواهد داشت. به عنوان مثال كربن خالص مي تواند دوده، گرافيت يا الماس مي‌باشد: 95% كربناتهاي كلسيم كه عملاً هيچ راهي براي تشخيص ماده با استفاده از آن تحليل عملي ندارد مي‌تواند سنگ آهك، مرمر، اندود آهك يا گل سفيد باشد! از نظر متخصص فيزيك ذرات، نمونه تهيه شده توسط حفاظت‌گر بسته‌هاي فضادار مجزا (كوانتوم‌هايي ) هستند كه به صورت احتمالات رياضي قابل بيان‌اند. از نظر زمين شناس ذرات متشكله مي‌تواند متعلق به خاستگاهي دوردست باشد. از نظر متخصص خاكشناسي، بزرگي روزن‌ها بر حسب مقدار آبي كه مي‌تواند در آنها جاگيرد قابل اندازه‌گيري است. خوشبختانه ايكروم (تويتونيكو ) خلاصه‌اي از روشهاي تحليلي بنيادي تهيه كرده كه در آن روشهاي مفصل آزمايش به شكلي عملي براي يك تكنسين آزمايشگاه شرح داده شده و اصول كلي مطالعات خاكشناسي در ذيل مي‎آيد. لازم است اين دستنامه فني همواره در كنار تحليل‌گر و راهنماي حفاظت‌گران شاغل باشد.
305 اهداف تحليل – روزن داري و سختي
حفاظت‌گر نياز به تعدادي معيارهاي فيزيكي ساده براي ارزيابي ماده دارد. به عنوان مثال روزن داري را مي‌توان با معاينه ساده بصري تعيين كرد. ريختن قطرات آب كه از نظر اندازه يكسان باشد روي سطح صاف نمونه‌اي خشك ظرفيت جذب آنرا كه تركيبي است از روزن‌داري و مقدار جذب يا دفع آب(آب دوستي و آب ترسي) نشان خواهد داد. اين ظرفيت جذب براي حفاظت ‌گري كه قصد دارد در محل ميزان جذب رطوبت را تعيين كند اهميت عملي دارد، به ويژه از نظر تعيين ميزان دفع آب يااستحكام ساختار از طريق وارد كردن موادي كه مخصوص اينكار ساخته شده است. براي مواد طبيعي(غيرآب ترس) مي‌توان آزمايشي ساده به شكل زير ترتيب داد:
از ماده اوليه مكعبي كوچك(حدوداً 30×30 ميليمتر) را به دقت مي كنند يا قالب مي زنند تشكيل مي‌شود.
يك تكه مسطح از فوم روزن‌دار را در حالت اشباع كامل در يك سيني قرار مي‌دهند و مكعب نمونه را كه پس از خشك كردن در كوره توزين شده در زير يك سرپوش شيشه‌اي يا پوشش نفوذ ناپذير مشابه آن روي فوم مي گذارند. حجم مكعب به طريق فيزيكي يا تهيه نمونه با استفاده از قالبي كه حجم آن از طريق اندازه‌گيري مقدار مايع مورد نياز براي پركردن آن تعيين شده اندازه‌گيري كرده اند. مي‌گذارند نمونه آنقدر آب جذب كند تا اشباع شود سپس آنرا وزن مي‌كنند تا اطلاعات بنيادي راجع به ظرفيت جذب به دست آيد. در حال حاضر براي استفاده از روشهاي پيشرفته‌تر بجاي فروبردن نمونه در محلول جيوه مي‌توان با اين روش جابه جايي گازها در آزمايشگاه از روش تعيين مقدار جابه جايي گازها استفاده مي شود حجم يك نمونه نامنظم را با اين روش جابه جايي گازها با دقت فراوان در محيط آزمايشگاه تعيين كرد.
از آنجا كه آب با كشش آوندي جذب مي‌شود نمونه سرانجام كاملاً اشباع مي‌گردد و در اين حالت با ارتعاش ملايم فرو مي‌ريزد. چنانچه نمونه فرو نريزد معلوم است كه ماده با فرآيندهاي طبيعي يا مصنوعي آنقدر محكم شده كه بتوان آنرا سنگ رسوبي، سنگ رس يا خاك سخت شده ناميد.
اگر لازم باشد يا آزمايش مقدار دقيق روزن‌داري تعيين گردد بايد به جاي پايه اي از جنس فوم از ماده‌اي ورقه‌اي استفاده كرد كه روي آن كمترين مقدار آب ممكن عمق قرار گرفته باشد. سپس نمونه را با دقت از روي ورقه برداشته و وزن مي‌كنند؛ سپس آنرا حرارت مي‌دهند تا خشك شود و مجدداًٌ به توزين آن مي‌پردازند. فاصله زماني ميان استقرار نمونه در محل و فروپاشي كامل اندازه‌گيري مي‌شود. وقتي وزن و در نتيجه حجم آب جذب شده معلوم باشد، كاواكهايي را كه در معرض آب قرار دارد مي‌توان به نسبت حجم خاك تعيين كرد. اگر نمونه فرو نريزد مي‌توان آنرا با غوطه‌ورساختن در آب اشباع كرد و به توزين آن قبل و بعد از خشك شدن پرداخت. نتايج چنين آزمايشي تعيين مقدار قطعي روزن داري و مقدار نسبي ظرفيت جذب آب است. زمان لازم براي فروپاشي نمونه‌هاي هم اندازه از جنس‌هاي متفاوت، نمايانگر مقدار جاذب الرطوبگي آنها در مقايسه با يكديگر است.
مقدار آبي كه طي خشك شدن از نمونه خارج مي‌گردد مي‌توانند به حجم تبديل شود. و همين حجم مي‌تواند به صورت درصدي از حجم كل بيان گردد و ميزان فضاي موجود روزن‌ها را مشخص كند. ممكن است به علت باقي‌ماندن مقداري هوا دردرون نمونه فروريخته نتيجه حاصل كمتر از ميزان مطلق روزن‌داري كل باشد. در هر حال اين تفاوت اندك و ناشي از اخراج هوا در جريان فروريختن و جمع‌آوري است.
روزن‌داري و چگالي هر نمونه بستگي به فشردگي آن دارد. نمونه‌اي را كه به يك شكل هندسي منظم - به عنوان مثال استوانه يا مكعب- درآمده مي‌توان وزن كرد و تراكم آنرا در مقايسه با همان حجم از آب بيان كرد؛ به اين روش مي‌توان نمونه‌ها را به سهولت با يكديگر و با مواد ديگر مقايسه كرد.
بنابراين تغييري ساده در آزمايش فوق را مي‌توان با استفاده از لوله‌اي استاندارد انجام داد كه در آن مقدار مشخصي از ماده نمونه با استفاده از متراكم ساز فنري فشرده مي‌شود تا ميزان فشردگي معلوم گردد. سپس مي‌توان به مقايسه وزن ماده در حالتهاي خشك و تر پرداخت تا ظرفيت جذب آب به شيوه فوق معلوم شود.
مي‌توان نوعي آزمايشهاي ديگر بترتيب داد تا ويژگيهاي فيزيكي خاك ساختماني به شيوه‌اي كه غالباً مقايسه‌اي است معلوم شود. در اين روش نمونه‌هاي ديگر كه داراي خاستگاه يا ويژگيهاي معين است به عنوان عامل كنترل مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
به عنوان مثال ورزپذيري خاك ساختماني را مي‌توان با بيرون راندن تحت فشار تعيين كرد. مي توان تكه اي از گل ساختماني را در حالت قالب‌پذيربا استفاده از نيروي جك هيدروليك كه در يك استوانه عمل مي‌كند از سوراخي كه در يك صفحه تعبيه شده به بيرون راند. فشاري كه به جك وارد مي‌شود ميزان ورزپذيري را نشان مي‌دهد و آنچه به شكلي معلوم مي‌شود كش‌پذيري و هم چسبي گل است كه از روي طول رشته هاي گل خارج شده در حال افقي قبل از انقطاع معلوم مي‌گردد. مقايسه نتايج اينگونه آزمايشهاي مربوط به نمونه‌هاي داراي ظرفيت معلوم و نمونه‌هايي كه كسب اطلاع راجع به آنها مطلوب است مي‌تواند راهنمايي خوبي در اختيار گذارد. هدف اينگونه آزمايشها مي‌بايد تعيين مناسب بودن مخلوطها در محدوده‌اي بسيار وسيع از قدرت تحمل جهت استفاده در مرمت‌ها يا مداخله‌ها باشد با اين هدف كلي كه ويژگيهاي فيزيكي مواد از نظر سازگاري با يكديگر فهميده و توصيف شود. يك آزمايش ورزپذيري كه وسيعاً در صنعت سراميك مورد استفاده قرار مي‌گيرد عبارت است از تشكيل استوانه‌اي از گل با استفاده از يك قالب و انداختن وزن يك پيستون برروي آن. تغيير شكل نمونه استوانه‌اي در خارج از قالب تحت تاثير نيروي وارده توسط همان پيستون شاخص ورزپذيري آن است.
آزمايشهاي تعيين مقدار رسوخ‌پذيري خصلت كلي مشابهي دارند. اين آزمايشها در حال حاضر به صورت معيارهايي استاندارد در آمده‌اند كه به كمك آنها مي‌توان سختي يك نمونه شكل‌پذير را تعيين كرد.
غير از آزمايشهاي مقايسه مقدار هوازدگي، چند آزمايش سريع براي تعيين رفتارمواد جديد در مدتي طولاني وجود دارد، هرچند امكان تسريع ساده و مطمئن همه آزمايشها نيست.
يكي از خصايص فيزيكي مهم خاكها تغيير استحكام آنها در شرايط مرطوب است. ريزش يك ويژگي كاملاً شناخته شده است كه وقتي رخ مي‌دهد كه آب كافي براي پركردن روزنها وارد سازه گرديده و باامكان‌پذير ساختن اعمال فشار آب در درون ماده موجب شل شدن هم چسبي آن مي‌شود. اين امر بركشش سطحي و جاذبه متقابل ذرات و صفحات نسبت به يكديگر فائق مي‌آيد و اجازه مي‌دهد آزادانه از يكديگر جدا شوند. اين مثال بسيار ساده شده شرايطي را توصيف مي‌كند كه در آن نمونه خاك هم چسبي خود را از دست مي‌دهد. اين شرايط كه حد مايع شدگي ناميده مي‌شود قبل از اشباع كامل فوق الذكر كه شرح آن قبلاً در آزمايشهاي تعيين مقدار جاذب الرطوبگي آمد محقق مي‌شود و اهميت آن در اين است كه به توصيف نقطه از دست رفتن استقامت اشاره دارد كه در آن ماده قدرت هم چسبي و حمل بار خود را از دست مي‌دهد. مي‌توان نمونه‌اي خشك را زير باري اندك قرار داد و به تاني مقدار آبي را كه انتظار مي رود براي اشباع شدگي نياز داشته باشد وارد كرد. از دست رفتن استحكام و ظرفيت حمل بار گل قبل از جذب آب مورد نياز براي اشباع شدگي رخ خواهد داد. تعيين مقدار آبي كه مي‌بايست پس از رسيدن به اين مرحله اضافه كرد از طريق مقايسه با كل آب مورد نياز براي اشباع شدگي صورت مي‌گيرد و ميانگين آب مورد نياز تعدادي از نمونه‌ها مي تواند براي نمايش ظرفيت استحكام مخلوط خاك در شرايط مرطوب به كارگرفته شود. البته مواد حاوي اجزاء سيماني، حتي در صورت اشباع شدگي كامل سختي خود را حفظ كنند، اما اين آزمايش ، مثل ديگر آزمايشها، وقتي به صورت مقايسه‌اي به كارگرفته شود ارزشمند است. وقتي انتخاب ماده مناسب مطرح باشد تعيين اسيدي بودن يا قليايي بودن مواد تحت بعضي شرايط مي تواند براي حفاظت‌گر اهميت داشته باشد. اينك ورقهاي دردسترس است كه با تغيير رنگ خود اجازه مي‌دهد كليه مقادير پهاي خاك براي كليه مقاصد عملي با دقت كافي تعيين گردد.
نوعي ديگر از آزمايشهاي مناسب آزمايشگاه ميداني شكل تحليلي دارد و احتمالاً براي كار عملي حفاظت‌گر بيش از آزمايشهاي پيشين اهميت دارد.
405 ، اندازه ذرات
حقيقتي كاملاً شناخته شده و بسيار تكرار شده اين است كه نسبتهاي وجود ذرات با اندازه هاي ريز و درشت تركيب كليد تعيين ماده مناسب است و به همين علت براي حفاظت‌گر اهميت دارد كه قادر باشد به سهولت به تفكيك مواد متشكله هر تركيب پرداخته اندازه ذرات متشكله آنها را تعيين كند.
در ابتدايي‌ترين روش الك كردن ماده خشك پودرشده اطلاعاتي آني درباره درصد اندازه‌هاي مشخص مواد در تركيب را در اختيار مي‌گذارد. اين روش به ويژه در مورد ماسه/ گلماسه بسيار كاربرد دارد. اما در مورد رس‌ها كه به سهولت به ديگر ذرات بزرگتر مي‌چسبند يا گندله‌هاي كوچكي به اندازه گلماسه تشكيل مي دهند نمي‌توان با روشها به حركت درآوردن خاك روي صفحات توري و الكهاي فوق‌العاده ريزباف به سهولت، به توضيح اجزا متشكله پرداخت. با اين وجود، مجموعه‌اي از انواع الك با چشمه‌هاي متفاوت از نظر ريزي و درشتي از جمله ابزارهاي اصلي آزمايشهاي ميداني است. نمونه‌ توزين شده را كه در كوره خشك شده با مالش در هاون بااستفاده از دسته هاون لاستيك پوش نرم مي‌كنند تا وقتيكه كليه دانه‌ها آزادانه حركت كنند. نمونه را وزن مي‌كنند. مخلوط را به شكل متوالي با استفاده از انواع الكهاي فوق الك مي‌كنند تا درصد وزن اندازه‌هاي متفاوت ذرات خاك كه با هر بار الك كردن خارج مي‌شود معلوم گردد. مفيد‌ترين انواع عبارتند از ماسه زبر، ماسه نرم و گلماسه. مقايسه وزن كل هر يك از اين انواع با وزن نمونه اوليه دقت عمل را تاييد مي‌كند. در صورتيكه مقدار معني‌داري از ماده از دست رفته باشد لازم است آزمايش تكرار شود.
در آزمايشگاه به منظور دقت بيشتر در تعيين طيف ذرات ريزتر، پراكنده‌سازي كنترل شده آنها در آب (به كمك كالگون به عنوان ماده پراكنده كننده) صورت مي‌گيرد و اجازه مي‌دهد تجزيه تا حد توري داراي سيصد چشمه در هر اينچ طولي انجام پذير گردد. در مورد دانه‌بندي دانه‌هاي ريز از روش ته نشست سازي و پرتو ايكس استفاده مي‌شود. احتمال نمي‌رود كسب نتايجي چنين دقيق مطلوب حفاظت‌گر باشد.
از نظر عملي ساده‌ترين شكل تجزيه ذرات خاك قراردادن نمونه همراه با مقدار كمي ماده پاك كننده در آب فراوان است. ذرات را در لوله‌اي شيشه‌اي تكان داده سپس اجازه مي‌دهند به مدتي بيش از 12 ساعت ساكن بماند تا مواد ته نشست شده، معلق گشته يا به سطح محلول برود. پس از اين مدت بخش اعظم مواد آلي تشكيل لايه‌اي در سطح آب مي‌دهد، بخش اعظم آب حاوي ريزترين رس كه هنوز در حال تعليق هستند خواهد بود و در زير اين‌ها لايه‌هاي ذرات رس گلماسه و شن قرار مي‌گيرد طوري كه درشت‌ترين اجزاء تشكيل دهنده خاك در كف قرار دارد. معمولاً جز در مورد درجه‌بندي ميان ريزترين دانه‌هاي شن و گلماسه مرزهاي تعريف روشن خواهد بود.
تعيين مقادير نسبي هر يك از اين اجزاء متشكله بر حسب حجم به سادگي و از طريق اندازه‌گيري ارتفاع نسبي هريك در لوله آزمايش عملي است. چنانچه مايع را خالي كرده اجازه دهيم محتويات لوله خشك شود استخراج دقيق اجازه مي‌دهد نسبت‌ها برحسب وزن تعيين شود؛ بادقت كافي از نظر تعيين اجزاء مخلوط براي استفاده در مقاصد عملي. در اين مورد هم استفاده اصلي كه از اين آزمايش بعمل مي آيد مقايسه است: نمونه متشكل از مواد رضايت بخش نوعي ته نشست شدن دارد و مخلوطي كه در طلب آن هستيم شيوه‌اي از ته نشست شدن را كه به طور كلي مشابه آن است از خود نشان مي دهد. شكل پيشرفته‌تر همين آزمايش به استفاده از تعيين مقادير تفاوت به روش جداسازي از طريق تخليه مايع حاوي ذرات معلق مي‌پردازد. يك نوع رايج به استفاده از ضريب 3 در تسلسل زماني مي‌پردازد. در اين روش نمونه داخل محلول رابا تكانهاي شديد به حال معلق در مي‌آورند و سپس اجازه مي‌دهند به مدت 3 ثانيه ته نشست شود: سپس مايع را خارج مي‌كنند (رسوب ته نشست شده عبارت است از توده‌اي از سنگ ريزه موجود در نمونه. محلول بيرون ريخته شده را مجدداً داخل ظرفي تكان مي‌دهند. اينبار محلول را به مدت 3 ثانيه به حال خود مي‌گذارند و سپس بيرون مي‌ريزند. رسوب به جا مانده ماسه موجود نمونه است. همين روش مجدداً به كار مي‌رود و اين بار محلول را به مدت سه دقيقه به حال خود مي‌گذارند. باز هم مخلوط را تخليه مي‌كنند و رسوب به جا مانده گلماسه است. سپس اجازه مي‌دهند محلول به مدت سه روز به حال خود بماند و سپس آنرا خارج مي‌كنند؛ رسوب به جا مانده رس است. مي‌توان نمونه‌هاي جدا شده را خشك و توزين كرد و مقادير نسبي آنهارا بر حسب وزن يا در صورت نياز بر حسب حجم در حالت خشك تعيين كرد.
گونه‌ي پيشرفته‌تر از همين آزمايش را مي‌توان به سهولت و به شكل زيرانجام داد. ناوداني كه تشكيل آبخورندي نوعاً به طول يك متر، عمق 300 ميليمتر است و پهناي 10 ميليمتر است با ديواره‌هاي شيشه‌اي ساخته مي‌شود. ناودان را پر از آب مي‌كنند و آب به شكلي مداوم و به اندازه‌ كافي براي جبران آبي كه خارج مي‌شود به مدت سه روز از يك انتها وارد مي‌شود. آبي كه از انتهاي ديگر ناودان خارج مي‌شود قبل از دفع از يك الك مي‌گذرد. در مبدأ ورودي ماده نمونه را در حاليكه به حالت معلق در آمده وارد مي‌كنند. اين نمونه از خارج كردن محلول نمونه از لوله آزمايش پس از سه دقيقه به حال خود‌گذاري به دست آمده است. اين عمل را بدان خاطر انجام مي‌دهند تا سنگ‌ريزه‌ها و مواد رسوبي درشت ته نشست شود. آب را با افزودن اندكي ماده فعال در سطح (مثل پاك كننده‌ها) اصلاح مي‌كنند . مي‌توان عمل وارد كردن راطي مدتي چند ساعته و مرحله‌اي انجام داد و آنرا همراه با ورود جريان آب ساخت طوريكه كليه ذرات معلق مسير حركت خود را در نقطه‌اي واحد آغاز كنند و كل مايع در جريان، طي يك دوره سه روزه از مخزن رسوب‌گذاري گذر كند. پس از عبور مقدار كافي از محلول مشاهده مي شود ذرات با با اندازه هاي متفاوت به شكلي پيوسته در كف مخزن داخل مجراي پلاستيكي شفاف يا ناوداني كه در آن به منظور بايفات مواد كه ته نشست شده آستري كاغذي گذارده اند. پس از خارج كردن آب مي‌توان محلول را به منظور تعيين نوع و اندازه مواد موجود مورد مطالعه قرار داد. ذرات فوق العاده ريز مواد آلي در محلولي كه خارج مي‌شود شناور باقي مانده و مي‌توانند پس از عبور دادن از الك و صافي مورد تجزيه و تحليل قرار گيرند. امتياز اين آزمايش اين است كه رسوبي به دست مي‌دهد كه در آن كليه ذرات بر حسب دانه‌بندي به شكل متوالي رسوب مي‌كنند.
گرچه مجموعه آزمايشهاي فوق به هيچ روي قطعي و كامل نيست طيفي گسترده از آزمايشهاي مفيد را كه مي‌توان در يك آزمايشگاه ابتدايي(ميداني) انجام داد در اختيار مي‌گذارد. معمولاً اين مجموعه آموزشها كليه اطلاعات اساسي مورد نياز فهم مواد به كار رفته در بناهاي تاريخي را در اختيار حفاظت‌گران گذاشته و آنها را از تركيب‌هايي كه مي‌توانند داخل آن كنند آگاه مي‌سازد. با اين همه مي‌توان با طيف گسترده‌اي از مطالعات فيزيكي و شيميايي از كار حفاظت‌گر پشتيباني كرد، حتي اگر سخني از آزمايشهاي مشخصي چون كشت بيولوژيك و تجزيه و تحليلهاي گياهي كه در آزمايشگاهي دائمي صورت مي‌گيرد سختي به ميان نياوريم. معدودند آزمايشهايي از اين دست كه مختص به سازه‌هاي گلين باشند و معمولاً اهميت آنها به آزمايش براي تعيين عملكردهاي ويژه يا تعيين مواد متشكله مصالح صورت مي گيرد. گهگاه اهميت آنها به تعاملهاي ميان مواد افزودني و مواد پايه مربوط مي‌شود.
505، تحليلهاي آزمايشگاهي
آزمايشگاههاي زمين شناسي مي‌توانند اطلاعاتي درباره ماهيت و خاستگاه ذرات در اختيار گذارند با اين هدف كه از روي ماهيت تركيب منشأ آن مشخص گردد و رسهاي خاصي كه جهت اتصال مصالح به كاررفته شناسايي گردد. انواع رس مي‌توانند در برخي كاركردهاي خاكها اهميت حياتي داشته باشد و اين اطلاعات در برخي موارد مي‌تواند براي كار حفاظت‌گر مفيد و حتي حياتي باشد. اينك ويژگيهاي اجزاء خاكها و عملكرد آنها را به اختصار مي‌آوريم.
خاكهايي كه در آنها ذرات بزرگتر از 2 ميليگرم تفوق دارد به شكل زير قابل دسته‌بندي است:
• سنگ‌ريزه‌هاي داراي درجه‌بندي خوب ، در صورتيكه در آن همه اندازه‌ها به اندازه كافي موجود باشد.
• سنگ ريزه‌هاي داراي درجه‌بندي ضعيف، در صورتيكه يك اندازه خاص در آن تفوق داشته باشد.
• مخلوط رس-سنگ ريزه، در صورتيكه ذرات كوچكتر موجب هم چسبي شود.
• مخلوط گلماسه- سنگ ريزه، در صورتيكه ذرات نتوانند هم چسبي ايجاد كنند.
وقتي بيش از نيمي از ذرات خاك ابعادي كوچكتر از 8/0 ميليمتر داشته باشند طبقه بندي مي‌تواند به صورت ذيل باشد.
• خاك شني، داراي درجه‌بندي خوب يا ضعيف بسته به توزيع يكنواخت ياغيريكنواخت ذرات داراي اندازه‌هاي متفاوت
• خاك گلماسه‌اي يا رسي بسته به ميزان هم چسبي
اينك ميكروسكوپهاي الكتروني قادرند ساختار و عملكرد مواد را حتي نزديك به ابعاد مولكولها آشكار سازند. نتايج اينگونه مطالعات براي حفاظت‌گر اهميت دست دوم دارد. اطلاعات موجود در اين سطح از ذرات هميشه در معرض تفسير متخصصان قرار دارد اما كمكي بنيادي به فهم رفتار ذرات در كوچكترين اندازه‌ها مي‌كند. اين اطلاعات امكان اندازه‌گيري تغييرات در سطح ميكروسكوپي، زير نظر گرفتن عملكرد جديداً به كار گرفته شده و پيش‌بيني كاركرد آنها در آينده را بوجود مي آورد.
تحليلهاي فيزيكي و شيميايي امكان شناسايي املاح و ديگر مواد خارجي در سازه‌هاي گلين را فراهم مي‌كند. اين اطلاعات به حفاظت‌گر اجازه مي‌دهد به شناسايي خاستگاه نفوذ اين مواد و ارزيابي پيوستاري، پايندگي و اثرات مخرب آنها بپردازد. ممكن است مشاوره بيشتر با متخصصان قبل از نتيجه‌گيري و انجام مداخله اهميت اساسي داشته باشد.
انجام آزمايشهايي روي آب به منظور نتيجه‌گيري در مورد اسيديته، قليائيت، وضعيت يوني و مواد محلول مي‌تواند مهم باشد و اينگونه نتيجه‌گيريها، جز به صورت بسيار كلي، صرفاً در آزمايشگاههاي تخصصي عملي است. آزمايشهاي ساده ميداني براي تعيين مقدار پها كه طي مطالعه عادي خاك به سهولت امكان‌پذير است ارتباطي مستقيم به مشكلات كلي جور كردن مواد و پديده انعقاد رسها دارد كه در شرايط آزمايش مهم است.
شناسايي و پژوهش بيولوژيك مي‌تواند در مواردي كه رشد گياهي شايع و حيوانات نقب‌زن مدنظر باشد از اهميت برخوردار باشد. با اين حال ارزيابي دقيق گونه‌ها توسط حشره‌شناسان و زيست‌شناسان ندرتاً به اندازه روشهاي عام استفاده از عوامل مهار- معمولاً مواد شيميايي سمّي اهميت دارد. هر يك از اين مواد براي نوع خاصي از حشرات(از جمله انسان) زيانبار يا مهلك‌اند و در اروپا و آمريكاي شمالي عموماً با مقرراتي سخت در مورد چگونگي ذخيره‌سازي، جابجايي، استفاده و هشدار دادن، كنترل مي‌گردند. اما وضع در سطح جهان بدين منوال نيست و مواد سمي داراي اثرات مخرب بلند مدت در بسياري از نقاط جهان مورد استفاده قرار مي‌گيرند بدون اينكه قانوني نقض شود.
در بريتانيا مقررات COSHH شامل كليه مواد و اعمالي مي‌شود كه در شمول اين محدوديتها قرار ميگيرند. بايد هنگام استفاده مقاصد و روشهاي تعيين شده را رعايت كرد و كمك توليد كنندگان آزمايشگاهها و ديگر متخصصان مي‌تواند پر اهميت باشد. اقدام احتياطي عاقلانه اين است كه در مواردي هم كه طبق قانون اعمال چنين نظارتهايي خواسته نشده روشهاي مشابه به كاربرده شود. نفوذدادن مواد به درون سازه‌هاي گلين به منظور مقابله به هجوم عوامل بيولوژيك از نظر فني عملي است. اما مي‌بايست به عنوان آخرين راه چاه مورد استفاده قرار گيرد. ممكن است گهگاه استفاده از مشاوره آزمايشگاه تخصصي ضروري باشد.
كاربرد تجاري نتايج تحقيقات در مكانيك خاك از چنان اهميتي برخوردار بوده كه آزمايشگاهها، روشها و مهارتهاي ذيربط آنها بهمرحله‌اي از دانش نائل آمده‌اند كه به مراتب پيشرفته‌تر از دانش حفاظت است. در زمينه مهندسي عمران ايجاد سازه‌هاي گلين متضمن كارهاي ساختماني عظيم چون ايجاد خاك‌ريز، خاك برداري حفر تونل پركردن زمين، پركردن دريا تحكيم در برابر فرسايش، سدسازي و رانش زمين است. مجموعه بزرگ اطلاعات راجع به مكانيك خاك تنها به مقياسي محدود در كار حفاظت‌گر قابل استفاده است تنها دو استثنا بر اين قاعده وجود دارد تاثيرات و خسارات زلزله و اثرات ريزش سازه‌هاي عظيم گلين. در اين هر دو عرصه احتمالاً كسب مشاورات حفاظتي مستلزم استفاده از مهارتهاي مهندسان اين رشته‌هاست و جز در صورتيكه اين امكانات به سهولت در دسترس باشد چاره‌اي جز وارد كردن تخصص مورد نياز نخواهد بود. طيف مطالعات فني و آزمايشهاي آزمايشگاهي وسيع است و نوعي هماهنگي بين‌المللي فزاينده در روش، ارزشيابي و گزارش كردن نتايج وجود دارد.
خلاصه‌اي كه در ذيل مي‌آيد به مقايسه روشهاي آزمايش و تجزيه و تحليل كه در دسترس حفاظت‌گران قرار دارد مي‌پردازد.
10505، آزمايشها و تجزيه و تحليلهاي قابل استفاده در مصالح ساختماني جامد روزن‌دار
1- آزمايش: تعيين تراكم، تراكم يك نمونه به خودي خود استفاده مستقيم ناچيزي دارد. آزمايشهاي مقايسه‌اي مي‌تواند ميزان فشردگي يا قابليت فشرده شدن در كارهاي ساختماني را معلوم دارد و به عنوان مثال در كار بلوك‌سازي اين عمل با مقايسه نمونه‌هاي توزين شده با ماده‌اي استاندارد كه در كوره خشك شده صورت مي‌گيرد. اينك در آزمايشگاهها روشهاي گازي مورد استفاده قرار مي‌گيرد و بر فروكردن نمونه در جيوه ترجيح داده مي‌شود.
2- آزمايش: نفوذپذيري. توانايي نمونه در دادن اجازه حركت مايعات به درون بافت آن بدون اينكه دچار فروپاشي شود تاثيري مستقيم بر ميزان تبخير آب و قابليت تخليه آب در نمونه دارد.
3- روزن‌داري. حجم و ابعاد فضاهاي دروني نمونه شاخصهاي عملكرد آن در شرايط ذوب- انجماد و مقادير آبي است كه در آن حفظ مي‌شود.
ممكن است تفاوتهاي فاحشي از نظر اندازه روزنه‌ها و تراكم آنها وجود داشته باشد. در حاليكه نسبت فضاهاي تهي در مواد دانه‌اي شكل نسبتاً ثابت است، خاكهاي هم چسب(يعني كسر رس موجود در نمونه) تفاوتهاي فراوان دارد. در رسها اندازه ذرات كوچك است و به همين علت روزنها نيز ابعادي به مراتب كوچكتر دارند. بدين لحاظ رس بسيار متراكم اشباع شده مي‌تواند فضاي خالصي تنها به مقدار 7% داشته باشد در حاليكه مونتموريونيت سديم مي‌تواند تحت فشار كم 800% فضاي خالي داشته باشد.
4: آزمايش: استحكام در هنگام اشباع شدگي. قدرت و استحكام در شرايط مرطوب ارتباطي مستقيم با عملكرد خاك دارد و آزمايش اين ضريب در پايگاه ميداني به سهولت و از طريق مطالعه رفتار نمونه در وضعيت‌هاي خشك، مرطوب و اشباع شده و در حالتهاي تحت فشار و عاري از فشار به سهولت ميسر است. نتايج آزمايشها مقايسه‌اي است و بايد به يك مبناي استاندارد مثل ماده به كاررفته در بناي تاريخي ارتباط داده شود.
5- آزمايش: قدرت در شرايط خشك و مرطوب. آزمايشهاي پايگاه ميداني مي‌تواند اطلاعاتي مهم درباره قدرت خاك در اختيار حفاظت‌گر بگذارد. مقايسه نمونه‌هاي شناخته شده با نمونه‌هاي پيشنهادي را مي‌توان با استفاده از يك نفوذ سنج (جيبي) با آزمايشهاي شكست نمونه‌هاي داراي اندازه معين و مقدار آب موجود معين انجام داد. طيف گسترده‌اي از آزمايشهاي مشخص به منظور درجه بندي مواد موجود قابل استفاده است.
6- آزمايش: حدهاي آتربرگ. تعيين رفتار خاك تحت هر يك از حالتهاي چهارگانه آن اطلاعات مهمي درباره عناصر متشكله آنها از جهت استفاده در ساخت و ساز در اختيار مي‌گذارد. انجام آزمايش آتربرگ (و آزمايش كاساگريند) در آزمايشگاه روشي در اختيار مي‌گذارد كه با استفاده از آن اين چهار حالت(جامد، نيمه جامد، قالب‌پذير و مايع) را مي‌توان به شكلي مطمئن به صورت مرز آب رفتگي، مرز قالب‌پذيري و مرز مايع تعريف كرد.
7- آزمايش: قالب‌پذيري و درزپذيري. قالب‌پذيري خاك نمايانگر خصوصيات رفتاري آن است كه معمولاً تحت عنوان ورزپذيري مسجم مي‌شود. آزمايشهايي كه براي تعيين اين كيفيت‌ها صورت مي‌گيرد عمدتاً عملي است و مي‌تواند در آزمايشگاه ميداني انجام شود. اين آزمايشها بسيار شبيه به روشهايي است كه صنعتگران براي شناخت مصالح مورد استفاده خود انجام مي‌دهند.
8- آزمايش: اندازه ذرات. تحليلهاي اندازه ذرات با هدف درجه‌بندي فيزيكي خاك انجام مي‌گيرد. اندازه‌هاي ذرات طبق استاندارد شماره 1327(مصوب 1975) بريتانيا و برحسب ميكرون به صورت زير تعريف مي‌شود.
• مواد هم چسب(=كلوئيدي) (رس و ذرات بسيار ريز سيليكاتها، كربناتها و غيره) تا دو ميكرون
• گلماسه(ريز تا 6 ميكرون، متوسط تا 20 ميكرون. زبر تا 60 ميكرون) : تا 60 ميكرون
• ماسه(ريز تا 200 ميكرون، متوسط تا 600ميكرون،زبر تا 2000ميكرون) : تا 2 ميليمتر
• ريگ: 60-2 ميكرون
به نظر تعدادي از كاروران ويژگيهاي رفتاري بعضي از گلماسه‌ها طوري است كه طبقه‌بندي آنها را به شكلي كه شامل ماسه‌هايي به بزرگي 200 ميكرون شود توجيه مي‌كند.
اين آزمايشها به اشكال زير انجام مي‌شود
• الك كردن در حالت خشك
• الك كردن در حالت مرطوب
• مطالعه رسوب
كه نتايج حاصل از ميزان مود متشكله موجود را به دست مي‌دهد.
آسيب‌پذيري در برابر انجماد تا حدودي تابعي است از بزرگي ذرات اما رفتار خاك هم چسب را به همان اندازه با ويژگيهاي زمين شناسي آن تعيين مي‌كنند كه با تعيين اندازه ذرات أن.
9- آزمايش: آب رفتن كسررس. از آنجا كه آب رفتن رسها مهم‌ترين عامل موثر بر حركت خاكها در واكنش به تغيير مقدار آب موجود است، پس از تعيين مقدار كسررس به روش تحليلي، اندازه آب رفتن خاك از طريق آزمايشهاي حجم سنجي يا ميله طولي كه هر دو در آزمايشگاه ميداني انجام مي‌شود، تعيين مي‌گردد.
10-آزمايش: تعيين ماهيت انواع رس و در صد آنها در نمونه. خصوصيات هم چسبي و بادكردن / آب رفتن رسها تفاوت مي‌كند.
• آتاپولگيتها و كائولين‌ها معمولاً تا 5% و حداكثر تا 10% منبسط مي‌شوند.
• ايليت‌ها معمولاً ضريب انبساطي بين 8% و 11% دارند.
• ضريب انبساط مونتموريونيت‌ها معمولاً بين 12%و 18% است اما مي‌تواند تا 24% افزايش يابد.
آزمايشهايي كه در اين راستا صورت مي‌گيرد يا تجزيه‌هاي آزمايشگاهي تعيين مقادير عناصر شيميايي (سيليس، آلومينيوم و غيره) است يا آزمايشهاي ساده ميداني جهت تعيين نسبت رس موجود در مخلوط‌هاي اسمكتيت (آزمايش امرسون).
11- آزمايش: تعيين ماهيت و درصد نمكهاي محلول. شوري خاك نمايانگر مقداري ناخالصي است و بعضي نمكها بيش از انواع ديگر مشكل آفرينند. املاح عملاً محلول در آبند. اثر تخريب عمدتاً مرتبط با ته نشست شدن در روزنهاي مواد است اما در عين حال مي توانند مانعي در راه موادي كه به مقاصد ديگر به خاكها افزوده شده باشند يا حتي به واكنشهاي شيميايي با آنها پردازند.
آزمايشهاي ميداني براي تعيين دقيق درصد املاح موجود نسبتاً بي فايده است.
تجزيه و تحليلهاي آزمايشگاهي تنها در صورتي ارزشمند است كه املاح از لحاظ نوع تعريف و وزن آنها تعيين شود.
نتايجي كه صرفاً درصدهاي عناصري چون سديم و منگنز و غيره را تعيين كند چندان فايده‌اي براي حفاظت‌گر ندارد.
12- آزمايش: تعيين ماهيت مواد آلي موجود. هدف آزمايشهاي مواد آلي نشان دادن اين است كه آيا تجزيه مواد آلي موجب توليد مواد داراي ماهيت اسيدي يا شلاسيون شده يا خواهد شد. اين مواد موجب توزيع يونهاي فلزات در داخل خاك، به ويژه در كسررس موجود در آن مي‌شود. تفسير نتايج كار متخصص است و كار مطالعه جز در مورد ساده‌ترين نمونه‌، پيچيده است.
13- آزمايش: تاريخ‌گذاري با روشهاي غيرآلي. در حال حاضر روشهاي پيشرفته تحليل مورد استفاده قرار مي‌گيرد و روشهاي ديگري نيز در دست تكميل است كه تعيين سن مواد و تاريخ مدفون شدن آنها را امكان‌پذير مي‌سازد. اين روشها مبتني است بر تعيين ميزان زوال يا انباشته شدن اثرات تشعشع. همه اين روشها‌ گران و ظريف و داراي نتايجي تقريبي هستند. در نتيجه اين احتمال هست كه استفاده از آنها بيشتر در محدوده موزه شناسي باقي بماند تا حفاظت. بعضي روشهاي آلي مثل تاريخ‌گذاري با كربن (كه آن نيز روش مبتني بر اندازه‌گيري ميزان زوال است) و تعيين تاريخ به مدددار زمان‌شناسي بعضاً مي‌تواند براي پژوهشهاي تاريخي مهم باشد.
14: آزمايشهاي تعيين مقدار پها و كربنات ‌شدگي بايد از شدت اسيدي و قليايي بودن در خاك‌ها دوري كرد و اين دو حالت نشانه‌هاي بي ثباتي يا تغيير قريب‌الوقوع خاك است. آزمايشهاي تورنسل(كه اينك از نظر افتاده) ، فنل فتالئين و ديگر معرف‌هاي تغيير رنگ موجود ومناسب استفاده در پايگاه ميداني است. هدف رسيدن به حالت خنثي (با پهايي از مرتبه 7) مي‌باشد. آزمايشهاي ثانويه مي‌تواند ارزشمند باشد- استفاده از فنل فتالئين به منظور تعيين مقدار كربنات شدگي در ملاطهاي آهكي يا خاكهايي كه با استفاده از آهك تثبيت شده ميزان قليائيت را نشان مي‌دهد. هيدروكسيد كلسيوم حضور خود را با واكنش قليايي شديد نشان مي‌دهد. آهك كربنات شده، چون خنثي است به مراتب كمتر نمايان مي‌شود و از روي همين قرينه ميزان تبديل شدن يا «گيرائي» خاك را مي‌توان تعيين كرد.
15- آزمايشهاي تجزيه شيميايي: سودمندي تجزيه‌هاي شيميايي تفاوتهاي فراوان دارد و علت آن تا حدودي ناشي از چيزهايي است كه حفاظت‌گر در طلب آن است. نشانه‌هاي شيميايي و زمين‌شناسي(تجزيه محتوي) مي‌تواند منشاء مواد را روشن كند و همين امر مي‌تواند از بعد تاريخي اهميت حياتي داشته باشد و در مواقعي كه تجزيه مي‌تواند بيشتر بر ساختار ملكولي متمركز باشد تا تجزيه عناصر، نتايج حاصل قرابت بيشتري با نيازهاي كسي كه به فعاليت در محل مشغول است دارد. بنابراين برخورداري از پيشينه كافي به منظور توانايي تعيين نتايج مطلوب اهميت دارد. اطلاع از وجود يونهاي فلزي آزاد مي‌تواند به مراتب مفيدتر از تعيين وجود عناصر كمياب باشد و علت اين امر برخورداري از دانش كافي از ماهيت تغيير رسها به علت تبادل يون است.
تجزيه شيميايي، جز در مورد انواع بسيار ساده، فعاليتي است آزمايشگاهي و متضمن برخورداري از مهارتهاي ديگر.
16- آزمايش: طبقه‌بندي زمين شناسي. شناسايي ذرات خاك در محل صرفاً حالتي تقريبي دارد البته به جز چند استثناي مهم و مسلم از جمله سيليس، گل سفيد و ميكا. مطالعات ميكروسكوپي دانش به دست آمده در محل را بسيار افزايش مي‌دهد. طبقه‌بندي مواد از نظر زمين‌شناسي در تعيين ماهيت و رفتار تركيب‌هاي خاك بسيار اهميت دارد. اهميت اطلاع از انواع مواد و رفتار آنها به حدي است كه مي‌تواند اين جنبه از كار را مبدل به مهم‌ترين راه چاه حفاظت‌گر كند و آزمايش امرسون كه شرح آن در بالا آمد آنرا تقويت مي‌كند.
17- آزمايشهاي تجزيه بيولوژيكي. زندگي گياهي بيش از هر چيز بدين علت زير ذره‌بين قرار مي‌گيرد كه سازواره‌هاي فعال يا بالقوه فعالي را كه مي‌تواند بر سازه تاثير گذارد آشكار سازد؛ يا مواد غيرفعال و پوسيده‌اي كه مي‌تواند تاثيراتي ناخوشايند داشته باشد. معرفي كند. معمولاً اطلاعات متعارف از رفتار بيولوژيك كفايت مي‌كند اما در شرايط استثنايي اطلاع از اينكه سازه‌واره‌اي خاص تاثري خوشايند دارد يااينكه بايد از آن احتراز كرد اهميت پيدا مي‌كند.
از نظر تاريخي تحليلهاي فوق‌العاده پيچيده مثل تشخيص وجود گرده هاي گل مي‌تواند شواهدي مهم در اختيار گذارد هر چند اينكار كم هزينه معرفي كند نيست.
18- آزمايشهاي اسكن با ميكروسكوپ الكترونيك، شكست نور و طيف نمايانه. ميكروسكوپ الكترونيك اسكن كننده مي‌تواند اشكال را حتي تا سطح ملكولي پي جويي كند و به فيزيكدانها اجازه دهد به تفسير يا پيش‌بيني فوق‌العاده ظريف پديده‌ها پردازند.
ساختارهاي ملكولي و عناصر موجود در يك ماده را توسط ميزان شكست پرتو ايكس و ديگر طول‌موجهاي الكترومغناطيسي تعيين مي‌كنند.
گرچه نتايج اين آزمايشها مسحور كننده است، ندرتاً وضعيتي پيش‌مي‌آيد كه حفاظت‌گر خواستار چنين اطلاعاتي گردد اما وقتي همين اطلاعات كه با اهدافي ديگر گردآوري شده در دسترس باشد بايد با به ديگر نتايج موجود ادغام گردد تا احتمالاً در مطالعه مواد مورد استفاده قرار گيرد.
605، اهداف آزمايش و تجزيه
لازم است اهداف آزمايش و مطالعه در ذهن حفاظت‌گر به خوبي روشن شود. در حاليكه مي‌توان هزينه مطالعه آزمايشهاي ميداني را در دل هزينه‌هاي عمومي حفاظت منظور كرد، مطالعات آزمايشگاهي و آزمايشهايي كه در آزمايشگاهها صورت مي‌گيرد بايد جدا در نظر گرفته شود و انجام آنها هدفمند باشد. تنها آن آزمايشهايي كه نتايج آنها اعم از مثبت يا منفي به تصميم‌گيري و انتخاب مصالح كمك مي‌كند بايد سفارش داده شود. استفاده نكردن حفاظت‌گر از نتايج دقت، مهارت و سرمايه تلاش همكاران آزمايشگاه به همان اندازه اتخاذ تصميمهاي نادرست سفارش ندادن انجام اين گونه آزمايشها شكست محسوب مي‌شود. اهداف آزمايشها را مي‌توان ذيل سه عنوان كلي خلاصه كرد:
• درك ساختار در اثر تاريخي موجود- قابل تقسيم به شرايط حال و اوليه
• ارزيابي مواد به منظور مداخله هدفمند- روشهاي استفاده و نتايج مورد انتظار
• فهم اثرات بلند مدت مداخله- زير نظر گرفتن و تحليل نهايي
گرچه ميكروسكوپ الكتروني در استفاده روزمره اهميت پيدا نمي‌كند مي‌تواند در وضعيت‌هاي پژوهشي شواهدي مهم در مورد شكل‌گيري و رابطه ذرات در اختيار گذارد كه مفيد‌ترين بزرگ‌نمايي‌هاي آن بين 500 تا 2000 برابر است. در نمونه حاضر بلورهاي بزرگتر گچ، ذرات كوچكتر كربن رسوب‌گذاشته شده توسط هواست. ميكروسكوپ الكتروني قادر به بزرگ‌نمايي بيش از 90000000 برابر اندازه واقعي است.
ش. 305 مطالعه با ميكروسكوپ الكتروني



حفاظت‌گر مي‌بايست در شروع برنامه حفاظت به طراحي و ثبت مقاصد مطالعه و آزمايش كه ملازم برنامه حفاظت است بپردازد. اينگونه تصميم‌گيري‌ها درباره انتخاب طرح خود نوعي وارسي اهداف، كيفيت و كميت است ضمن اينكه به تنظيم بودجه نيز كمك مي‌كند و در عين حال مي‌تواند اين مزيت ثانويه را داشته باشد كه از طريق توجيه برنامه حفاظت‌ و پيش‌آگهي دادن درباره انتشار نتايج، بودجه لازم را بگيرد. هدف بايد اين باشد كه برنامه از يك طرف جامع و مكفي باشد و از سوي ديگر اصرافكارانه يا نامكفي نباشد. در كار مرمت سازه‌هاي گلين طيف گسترده‌اي از مشكلات و خاكها و طيف وسيعي از مواد موجود در بازار وجود دارد كه بعضي از آنها كمتر امتحان پس داده و بعضي در حال ورود به بازارند. ارزيابي دقيق و پژوهش در تجارب حاصل در جاهاي ديگر مي‌تواند به استفاده از تكنيكهاي بهتر، اقتصادي‌تر و كارآمدتري منجر شود كه در نهايت بر گزينه‌هايي كه به سهولت در دسترس است ارجحيت داشته باشد. حفاظت‌گرانبار سازه‌هاي گلين به روشهايي غير از فنون سنتي محض هنوز خيلي جوان است. خبرويت و تجربه در گروههاي محلي و افراد واجد مهارتهاي خاص متمركز گرديده است. مثل هر حيطه ديگر از فعاليتهاي در حال حاضر ظهور مرمت، نتيجه‌گيري‌ها و استنباط‌هاي اوليه غالباًجنبه موقتي و آزمايشي دارد و بسياري از آنها نا مكفي يا نادرست از كار در مي‌آيد. مواد جديد امتحان مي‌شود و پيچيدگيهاي مشكلات متفاوت مداوماً درك مي گردد. بنابراين اگر بنا بر كسب بهترين نتايج و بهره‌برداري از جديدترين اطلاعات و تجارب كسب شده در جاهاي ديگر باشد برنامه آزمايش و پژوهش تحليلي بايد ملازم برنامه دقيق كسب اطلاع از كارهاي مشابهي باشد كه در جاي ديگر صورت گرفته است.