فصل دوم
مواد متشكله
زمينه فيريكي بنيادي
ابعاد ذرات را بر حسب ميليمتر، ميكرومتر يا ميكرون بيان مي‌كنند. لفظ ميكرومتر به تدريج بر ميكرون پيشي مي‌گيرد چرا كه بيشتر توصيف‌گر يك بعد فيريكي است. نماد ميكرومتر عبارت است از جدول 201 اندازه‌هاي ننمونه را نشان مي‌دهد كه به فهم مقياسي كه پديده‌ها و واكنش‌ها برحسب آن صورت مي‌گيرد كمك مي‌كند.
جدول 102
ميكرون = ميكرومتر= يك ميليو نيم متر=
معمولاً اتمها و ملكولها فضاهايي به قطر 0005/0 ميكرومتر اشغال مي‌كنند. ذرات كلوئيدها فضايي بين 001/0 تا 1 ميكرومتر اشغال مي‌كنند. ذرات پيمايه‌ها فضاهايي بين 1 تا 10 ميكرومتر اشغال مي‌كنند. ذرات رسها معمولاً درطيف 2-1/0 ميكرومتر قرار مي‌گيرند اما مي‌توانند به بزرگي 20 ميكرومتر باشند. ذرات ليمون‌ها فضايي بين 20 تا 6000 ميكرومتر (تقريباً برابر با(06/0-002/0 ميليمتر) اشغال مي‌كنند. ذرات موجود در ماسه بزرگترند. انواع ماسه‌هاي ساختماني مواد زيادي كه كوچكتر از 5/0 ميليمتر يا بزرگتر از 2 ميليمتر باشد ندارند. شن‌ها بين 2 تا 5 ميليمتر و ريگها عموماً بزرگتر از 5 ميليمتر هستند.
وقتي گل‌هاي سخت شده روي كار مي‌رود تحت همان فرآيند فشار، شكست، سايش، فرسايش و فروپاشي قرار مي‌گيرند كه ذرات متشكله آنها، اما از جنبه‌هايي به كلي متفاوت با آن ذرات متشكله براي افراد بشر اهميت دارند چرا كه معرف دسته ساخته‌هاي هستند كه تاريخ انسانها را در خود خلاصه مي‌كند و به همين علت نيازمند مرمت و نگهداري است.
اين ذرات از نظر ابعاد و ماهيت با يكديگر تفاوت دارند. ريگ، ماسه(شامل شن)، انواع ليمون و خاك رس. زمين شناسان همين ذرات را با اسامي سرخ فام. ماسه‌اي و رستي مي‌شناسند و مي‌توان ذرات را بر حسب ابعادشان در اين گروههاي كلي مجسم كرد.
اينك تعريف ابعاد ذرات با اندكي تفاوت مورد پذيرش همگاني قرار دارد. يك تعريف ساده همان است كه در بالا آمد و مي‌توان آنرا به شكل زير خلاصه كرد.
• ذرات خاك رس كمتر از 20 ميكرومتر(002/0 ميليمتر) هستند.
• ذرات ليمون مي‌تواند تا 6000ميكرومتر (6/0ميليمتر) باشد
• ذرات ماسه و شن از اين حد بزرگترند و وقتي بزرگتر از نيم ميليمتر باشند ريگ شمرده مي‌شوند
خاكهاي كه مقدار ريگ و ماسه آنها زياد باشد، علي رغم وجود مقادير اندك ليمون و خاك رس ماسه محسوب مي‌شوند. انواع ابليز مقدار بيشتري ليمون و خاك رس دارند و خاكهايي كه بيش از يك سوم اجزاء متشكله آنها رس باشد با وجود كثرت بخشهاي حاوي ذرات بزرگتر رس ناميده مي‌شوند. ميل انواع خاك رس به پراكنده شدن باعث مي‌شود خاكهايي كه بيش از 50% اجزاء متشكله آن رسي باشد نسبتاً كمياب باشند. در هر حال گل گوزه‌گري و انواع رسوبات رسي و بخش اعظم كاني‌هاي غير رسي موجود در آنها اندازه‌اي نزديك به ذرات رس يعني تا حدود 00001/0 ميليمتر دارند. انواع خاك رس از نظر زمين شناسي گروهي خاص متشكل از ساختارهاي كوچك و تخت بلوري است كه اغلب صفحه ناميده مي‌شود و تمايل به كلوخه شدن دارد.
گلهاي ساختماني سرشار از رس ندرتاً بيش از 25% رس دارد در حاليكه در خاكهايي كه سرشار از كلسيت نيست، كمترين مقدار رس از مرتبه پنج درصد است. وقتي مقدار رس موجود در خاك به بالاتر از 25درصد برسد خاك بيش از حد نرم مي‌شود و به هنگام جذب رطوبت مقدار انبساط بيش از حد مي‌گردد. اين درصدها بر حسب وزن بيان شده است. خاك مناسب ساختمان سازي دروضعيت نرم و قابل استفاده 15 تا 20درصد وزن خود رطوبت دارد. نمونه خشك خاك ساختماني متعارف داراي مقدار رطوبت متوسط مي‌تواند تقريباً هم وزن رس موجود آب جذب كند و در عين حال محكم و با ثبات بماند. رطوبت بيشتر از اين مقدار باعث نرم شدن خاك مي‌گردد و چنانچه مقدار آن دو برابر شود استحكام خود را از دست مي‌دهد و ممكن است فروريزد.
202-مصالح بنيادي
تناسب تركيب خاكهاي ساختماني تنها از روي حجم رس، ليمون و ماسه تعيين نمي‌شود. خود ماسه‌ها و ليمونها ويژگيهاي متفاوتي دارند و ممكن است دانه‌هاي آنها گرد يا تيز باشد و رفتار انواع رس تفاوت فراوان دارد. وجود نسبتهاي متفاوت از اين انواع گوناگون، ويژگيهاي رفتاري خاكهاي ساختماني را تعيين مي‌كند. تعدادي آزمون ساده براي تعيين تناسب مخلوطها وجود دارد. وقتي رس در حالت نرم و قابل استفاده است مي‌توان يك ميله كوچك به ضخامت يك مداد از آن درست كرد. اگر ميله رسي به ابعاد 3×50 ميليمتر را در حالي كه دوسر آنرا در دست گرفته‌ايم خم كنيم در زاويه بين 45 تا 90درجه خواهد شكست. اگر ميله زودتر از اين حد بشكند نمايانگر ناكافي بودن مقدار رس است و شكست ديرتر از اين حد نشان مي‌دهد مقدار رس بيش از حد زياد است.
در صورت تمرين مي‌توان از طريق لمس مناسب بودن تركيب را تشخيص داد: مي‌توان گل را در حالت مرطوب شده ميان انگشتان مالش داد. در اين وضعيت لغزندگي رسها و زبري ماسه‌ها معلوم مي‌شود. نمونه‌اي كه با آب فراوان در استوانه‌اي بلوري كاملاً تكان داده شود، با ته نشست شدن مقادير هر يك از اجزاء متشكله را نشان خواهدداد. اين آزمايشها وديگر آزمايشهاي ميداني از اين دست براي حفاظت‌گر مجرب كفايت مي‌كند تا سازگاري تركيب‌ها و سودمندي بنيادي آنها براي مقاصد خاص را تعيين كند.
تجزيه‌هايي كه در تكميل آزمايشهاي ميداني صورت مي‌گيرد اجازه مي‌دهد مصالح اوليه و مصالح جايگزين يا اصلاح شده از نظر تخلخل، اندازه ذرات، شيمي رس، مقدار كلسيت موجود، شوري و نوع املاح مورد ارزيابي قرار گيرد. برنامه‌هاي گسترده و استفاده از اعمال و فنوني كه هنوز سودمندي آنها به اثبات نرسيده احتمالاً نيازمند تجربه‌هاي پيچيده و آزمايشهاي تسريع پيري يا هوازدگي همراه با آزمايشهاي ميداني است. معمولاً اينگونه پژوهشهاي پيچيده روال كار حفاظت‌گر حرفه‌اي نيست كه تجربه و اطلاعات كلي از عوامل كليدي رفتار گل از قبيل اندازه ذرات و ماهيت تركيبهاي متداول گلها بر كار او حاكم است.
توزيع مناسب انواع ذرات را يك سوم تا دو سوم شن و ماسه، يك چهارم ليمون و يك پنجم تا يك دهم رس دانسته‌اند اما در عمل اين نسبتها بسيار تفاوت مي‌كند چرا كه بعضي مواقع مقدار كلسيت موجود به يك چهارم حجم كل مي‌رسد و ماده را بيشتر تبديل به گل سفيد يا سنگ آهك مي‌كند تا گل. كسر رس بر حسب محل و توزيع ماهيت متفاوتي دارد- خاكهاي استوايي نسبت‌هائي به مراتب بيشتر از رسهايي كه شديدترين تجزيه را داشته است، يعني لاتريت به دست مي‌دهد. لاتريت‌ها، اكسيدهاي آبدار آلومينيوم هستند كه تقريباً همه آنها سرشار از اكسيدهاي آبدار آهن‌ اند و در صورت تجزيه معلوم مي‌شود رس نيستند. در هر حال در عمل رفتار لاتريت‌ها به گونه‌اي است كه آنها را در رده كلي رسها قرار مي‌دهد. اقليم‌هاي متفاوت موجب مي‌شود انواع متفاوتي از كسر رس تشكيل شود، حتي از تجزيه سنگهاي اوليه‌اي كه به مشكلي يكسان بهم چسبيده اند. معمولاً به علت وجود آهن(هماتيت) لاتريت‌ها سرخ و قهوه‌اي يا زرد فام هستند. اين رسها به نسبت رسهاي ديگر در برابر جذب رطوبت كمتر دچار انقباض و انبساط مي‌شوند و مصالح ساختماني با دوامي ايجاد مي‌كنند . رسهاي متداول در مناطق نيمه استوايي به عنوان نتيجه فروپاشي سنگهاي مناطق معتدل معمولاً نسبتهاي مساوي از سمكتيت به صورت تركيب با كائولينيت با مقاديري ايليت آزاد و كلريت دارند. نواحي كه در آن ريزش باران بيش از تبخير است غالباً رسهاي آلومينيوم پايه به ويژه هالوي سيت، يكي از رسهاي خانواده كائولين توليد مي‌كند كه به شكلي برگشت‌ناپذير تجزيه شده آب از دست مي‌دهد و موجب تثبيت سطح برخي انواع خاكها مي‌شود. كائوليت‌ها يك فرمول خانوادگي عام مبتني بر دارند. با اينحال وجود عناصر شيميايي به صورتي كه در اين گونه فرمولها بيان مي‌شود راهنمائي جهت استفاده عملي و تشخيص رفتار اين مواد نيست. آرايشهاي راديكالها در ملكول و ميزان آب تبلور در ساختارمولكولي موجب تغييرات عمده در خصوصيات مواد مي‌شود. در عمل سياهه اسامي زمين شناسي و ويژگيهاي مواد بيش از شيمي مواد كه به صورت فرمولهاي حجمي بيان مي‌شود راهنماي حفاظت‌گر خواهد بود.
به علت ماهيت هوازدگي و تغييرات گسترده اقليمي در دورانهاي باستان شناسي، كاني‌ها انواعي از پراكندگي‌هاي جغرافيايي دارند كه در آن انواع خاصي از رس دست بالا رادارند. در نواحي مرطوب استوايي درزمينهايي كه اشباع نشده است عموماً كائولينت يافت مي‌شود در حاليكه در اقليم‌هاي خنك و مرطوب و اراضي كه زه‌كشي مناسبي دارند معمولاً انواع ميكاي مرغوب مثل دسته‌هاي ايليت، هالوي سيت/ اسمكيتت يافت مي‌شوند. گرچه صدور احكام كلي از اين دست امكان‌پذير است، شرايط هوازدگي و سنگهايي كه انواع رس از آنها ناشي مي‌شود تاثيري غالب بر خاكهايي كه تشكيل مي‌شود دارد. رسهاي واقعي غالباً هيدراتهاي آلومينيوم يا سيليكاتهاي منيزيم با درجاتي متفاوت از آلومينيوم و سيليكون هستند. در ميان رسهاي سيليكات‌دار(كه بزرگترين گروه را تشكيل مي‌دهند) يك مرحله از هوازدگي را كائوليت به نمايش مي‌گذارد. اين تجزيه در شرايط اسيدي در نتيجه خروج يونهاي فلزي محلول‌تر به پتاسيم، منيزيم و كلسيم كه مي‌تواند از فلدسپاتها و ديگر كانيهاي بنيادي استخراج شود، صورت مي‌گيرد. تبلور مجدد تركيبات آلومينيوم و سيليكون تشكيل كائولينيت مي‌دهد كه آنها هم مي‌تواند به نوبه خود تجزيه شده و اكسيدهاي آلومينيوم، اكسيدهاي آهن و سيليس برجاي گذارد كه مبناي خاكها لاتريتي استوايي باشد.
تشكيل رسها ضرورتاً تغييري متداوم از كائولينيت منتظم به هالوي سيت و مونتمور يونيت‌هاي كمتر منتظم نيست، هر چند معمولاً روال همين است. لاتريت‌ها مي‌توانند از فلدسپاتهاي سنگهاي آتشفشاني و بدون گذر از مرحله واسط تشكيل كائولين مشتق شوند.
در انتهاي فوقاني اين سلسله، كلريت كه سرشار از منيزيم است و ايليت از هوازدگي مقدماتي مشتق مي‌شوند در حاليكه گروههاي اسمكتيتي مونتموريونيت در مرحله مياني شكل مي‌گيرد. خاستگاههاي اوليه رسها انواع فلدسپات، ميكا، پيروكسن و كاني‌هاي ديگرند كه با تغييرات نسبتاً متوسط شيميايي تجزيه مي‌شوند تا عناصر متشكله آنها مجدداً به صورت رسهاي سيليكاتي متبلور گردند. به عنوان مثال مسكويت يا ميكاي سفيد بلوري سخت و انبساط ناپذير كه اولين محصول تجزيه سنگهاي آذرين است. ميكاي سياه در گرانيت، گنايس و انواع شيست يافت مي‌شود و همان ميكايي است كه فايده تجاري دارد، هر چند غير از حالت متورق به بسياري اشكال ديگر نيز يافت مي‌شود. ميكاي سفيد در هنگام تجزيه مقداري پتاسيم از دست مي‌دهد و در شبكه آب جذب مي‌كند تا به صورت ايليت متبلور شود؛ ايليت نوعي ساختار بلوري نيمه سخت از صفحات هشت وجهي و چهار وجهي است كه در ذرات رس انباشته مي‌شود.
سطح رويه‌اي دروني اسمكتيت‌ها بسيار بزرگتر از ديگر انواع رسهاسست و ظرفيت بالايي از نظر تبديل به كاتيون دارند- پتاسيم ، منيزيم، كلسيوم، آلومينيوم و هيدروژن و در مقايسه با كائولينت‌ها حدود پانزده برابر واكنش‌پذيرترند. اين گروه اسكميت‌ها، مشتمل بر مونتموريونيت‌ها، نان ترونيت‌ها، سوپونيت‌ها و كانيهاي ديگر با جذب آب در فضاي ميان لايه‌ها باد كرده متورق مي‌شوند .ساختار ورقه‌اي مونتموريونيت توسط پيوندهاي ضعيف اكسيژن و ارتباط ميان كاتيون‌هاي تبديل‌پذير حفظ مي‌شود.
خلاصه‌اي مقايسه‌اي از انواع رس درش.3-2 آمده است.
وضعيت خاك خشك شده از نظر تخلخل تا حدود زياد بستگي به ماهيت مواد متشكله دارد، هر چند در عين حال به شرايط ته نشست شدن آنها هم بستگي دارد. وجود آب به عنوان روان‌ساز و تامين كننده نيروهاي هم چسبي ناشي از انقباض سطحي، حضور تكانهاي يا ارتعاش مكانيكي يا فشرده سازي ساده مكانيكي جملگي بر شيوه‌اي كه ذرات خود را آرايش مي‌دهند تاثير مي‌گذارد. گرچه بيشتر ذرات نامنظم وفاقد خصوصيات جهت‌دار مشخص‌اند، مواد آلي معمولاً رشته‌سان و به همين علت دراز و پيچ و خم دار و بسيار بزرگتر از مواد ديگرند و در خاك خشت مالي اجزاء رسي معمولاً به علت شكل و در نتيجه جاذبه‌هاي ضعيف الكترواستاتيك خود تمايل به يك در ميان شدن يا انباشته شدن دارند. يك مثال مفيد، هر چند ساده انگارانه نحوه استقرار ظروف و بشقابهاي خانه در آب است: شكل ظروف باعث مي‌شود در آب آرايشي موازي يا شبه منظم پيدا كنند. ظرفيت‌هاي شيميايي يا قطبش تحميل شده بر اين تمايل طبيعي باعث مي‌شود صفحات ذرات رس فعالانه در پي تشكلي هم چسب باشند. به هر حال براي اينكه اين جمع‌شدگي و تشكل به منطقي‌ترين شكل صورت گيرد وارد آوردن نيرو لازم است. اين نيرو مي‌تواند توسط ارتعاش، فشار حركت ملكولي يا حركت آزاد در مايع، در مواردي كه اصطكاك و وزن موثر جامدات كاهش مي‌يابد، وارد شود. افزون بر اين مايعي چون آب با عمل به صورت يك روان ساز تجديد آرايش آسان را تسهيل مي‌كند. بدبن ترتيب اجتماع صفحات درون گلها كه در وضعيت نيمه خشك و وارد آوردن انرژي ارتعاش حاصل نمي‌شود در صورت غرقاب شدن صفحات در تحصيل مي‌گردد.
در همه جا تصفيه رسها از طريق تعليق در آب صورت مي‌گيرد و فشرده‌سازي آنها نيز با استفاده از آب عملي مي‌شود. اندازه ذرات رس بسيار كوچك است و صفحات رس مي‌توانند مدتها در حال تعليق بمانند به ويژه اگر به صورت فيريكي، مثلاً از طريق ارتعاش و حركت به آب نيرو وارد شود. ذرات رس به اندازه كافي كوچك هستند تا پذيراي تاثيرات آشوب ملكولي آب باشند. با اين همه آنقدر ريز نيستند كه در نتيجه اين بمباران ملكولي در جاي خود باقي بمانند. اگر چنين بود به صورت ذرات جامد به حال تعليق باقي مي‌ماندند و تشكيل پيمايه (امولسيون) مي‌دادند. اينكه چنين اتفاقي نمي‌افتد از طريق آزمايش به اثبات مي‌رسد. مي‌توان مخلوطي از رسها و ليمونيت‌ها را از طريق تكان دادن محلول آنقدر تكان داد تا به شكل يكنواخت توزيع شده و محلول غلظت خامه رقيق را پيدا كند. سپس اين محلول را به شكلي بي وقفه از قسمت سطح وارد جرياني از آب يون زدايي شده مي كنند كه از يك مجراي عميق با استفاده از ماده اي شفاف ساخته شده است؛ مجرا آنقدر عميق هست كه حركت كند و يكنواخت آب در آن تضمين شود. طي حركت به سمت بخش پايين دست مجرا ذرات رس با سرعتي كه بستگي به ابعاد و شكل‌شان دارد از حالت تعليق خارج مي‌شوند. در عمل هر يك از ذرات يك سقوط پرتابه‌اي انجام مي‌دهد كه ارتباط مستقيم با خصوصيات همان ذره دارد و به همين علت در پايان آزمايش ماده رسوبي بر طبق اندازه و ماهيت ذرات در امتداد كف مجرا رسوب مي‌كند. مي‌توان دستگاهي ساخت تا مقادير نسبي ابعاد ذرات به صورت بصري، ميكروسكوپي يا از طريق وزن و درصدهاي تخميني مورد تحليل قرار گيرد. اندازه‌هاي ته نشست شده ترتيبي ذرات از طريق استنتاج ميان حداقل و حداكثر قابل تعيين است. در بالا دست مجرا ذرات بزرگتر(شن‌هاي ريز) و در بخش پايين دست رسهاي ريز قرار ته نشست مي شود. در اين آزمايش برخي مواد آلي شناور شده همراه مواد محلول و مقداري ماده كلوئيدي از جريان آزمايش خارج مي گردد.
دسته بندي عمومي و ويژگيهاي انواع رس و كاني‌هاي ميكروسكوپي مرتبط با آنها
رسها از نظر شيميايي فعالند و اين فعاليت از طريق جايگزيني يونها صورت مي‌گيرد يعني عنصري مي‌تواند جانشين عنصري ديگر در شبكه بلوري شود(جانشين هم ريخت)
رسهاي كائولينتي
كائولينتها از لايه‌هاي سيليس و ژيبيست كه به شكل يك در ميان بر هم منطبق شده و توسط نيروهاي ضعيف الكترواستاتيك (ون دروالس) به هم چسبيده تشكيل مي‌شود . پشته‌هاي كائولين مي‌توانند از هزاران لايه منطبق تشكيل شوند.
انواع متفاوت كائولين (گل چيني) ناشي از استقرار متفاوت لايه‌هاست كه خود زاده چندين شيوه ممكن از اتصال است و همينطور به علت وجود كاتيونهاي متفاوت. ارزشهاي ناقص روي سطح به جذب سطحي منتهي مي‌گردد. پديده اتصال سطح به يونهاي موجود يا به آب است (به عنوان مثال يونهاي هيدروكسيل كه مي‌توان آنها را در دماي 150 درجه سانتيگراد خارج كرد.
به استثناي هالوي سايت بقيه كائولينها كمترين مقدار انبساط را دارند. مهم‌ترين كائولينها عبارتند از:
سرپنتاين، كائولينت، ناكريت و ديك تيت كه بلورهاي متورق صفحه‌اي هستند و هالوي سبت
شكل 2-3 دسته بندي كلي و خصوصيات انواع رسها










كه بي شكل است و معمولاً بصورت آبيده (هيدراته) و غالباً به صورت لوله‌اي يا ميله‌اي يافت مي‌شود.
نوعاً كائولينيت‌ها كاني‌هاي دو لايه‌اي هستند كه به شكل يك در ميان ورقه‌هاي سيليس دارند.
پهناي بلورها نوعاً 105 ميكرومتر است.
سطح ويژه تا
بنابراين داراي كمترين انبساط‌اند.
رسهاي نوع اسمكتيت
(مونتموريونيت‌ها تفوق دارند)
اسمكتيت‌ها نوعاً كاني‌هاي سه لايه هستند با ورقه‌هاي ويژه در طرفين ورقه‌هاي ژيبسيت يا بروسيت. اين لايه‌هاي سه گانه موجب تشكيل پشته‌ها به همان شيوه كائولنيت‌ها مي‌شود.
به علت هم چسبي ضعيف‌تر ميان لايه‌ها و جذب داخلي نيرومند به سوي يون هيدروكسل مونتمورنيت‌ها به سرعت مورد حمله آب قرار مي‌گيرند و به همين علت شديداً منبسط شونده‌اند. مونتموريونيت سديم مي‌تواند در شرايط فشار سطحي و مقدار فضاي خالي 25 درصد، تا 30 برابر مقدار جذب خود در شرايط اعمال فشار فوقاني كه ميزان فضاي خالي ملكولها به كمتر از ده درصد كاهش مي‌يابد رطوبت جذب كند.
سطح ويژه تا m2/g300
انواع اصلي عبارتند از: تالك، فيروفليت، مسكويت كه اقلام ديگر نظير آنچه ذيلاً مي‌آيد از آنها ناشي مي‌شود: مونتموريونيت (سرشار از سديم)؛ ساپونيت(سرشار ازمنيزيوم)؛ نتر (سرشار از آهن)؛ هكتوريت(سرشار از ليتيوم و منيزيوم و بايد ليت(سرشار از آلومينيوم).
شديداً منبسط شونده
پهناي بلورها نوعاً 0/75 ميكرومتر
چند صدلايه ملكولي از آب مي‌تواند به سطح صفحات رس متصل شود.
ورميكوليت(ها)
يونهاي منيزيوم تفوق دارد. ساختار لايه‌ها سخت‌تر از مونتموريونيت‌هاست.
فقط با انبساط متوسط
پهناي بلورها نوعاً 3/0ميكرومتر
غيررس‌ها
ميكا (ها)
ميكاها را نمي‌توان دقيقاً در رده رسها قرار داد اما ميكاهاي بسيار ريز ساختاري مشابه رسها دارند و معمولاً قاطي رسها مي‌شوند و عملاً آنها را رس محسوب مي‌كنند. ميكاهاي ريز دانه نوعاً عبارتند از ميكاي سفيد(مسكويت) و ايليت
ايليت‌ها
اين كانيها در ارتباطي تنگاتنگ با اسمكتيت‌ها يافت مي‌شوند. نوعاً بسيار ريز و قليايي هستند. كمتر از مونتموريونيت‌ها منبسط مي‌شوند چون لايه‌هاي با ثبات‌تري دارند. ميكاهاي ريزدانه ايليت‌ها از مشتقات ميكا هستند كه پتاسيم آنها از طريق آب شويي خارج شده است. پهناي بلور نوعاً 5/0 ميكرومتر؛ سطح ويژه؛
كلريت (ها)
كلريت‌ها كه از نظر ساختاري به ميكاها مربوط مي‌شوند بلورهاي يك در ميان كلسيت و بوكسيت هستند. كلريت‌ها مشتق از ميكاها هستند و به همان اندازه ريز دانه اند. عليرغم نامي كه دارند عنصر كلرين در آنها وجود ندارد. بدان علت كه با نفوذ بسپارهاي هيدروكسيل آلومينيوم به داخل لايه‌هاي بلورهاي سمكنيت و ورميكوليت تشكيل مي‌شود ظرفيت تبادل يون كمتري دارند. پهناي بلور معمولاً 5/0 ميكرومتر و سطح ويژه آنها است.
كربناتها
عمدتاً كربنات كلسيم اند كه از رسوب صدف موجودات زنده(مثل روزن‌داران و كولوليتوفورها) به دست مي‌آيد. ممكن است به صورت بلورهاي ريز ذره بيني در تركيب تنگاتنگ با رسها بوده ماده لازم براي تجزيه آنها را فراهم كنند.
آلفين (ها)
كاني‌هاي سيليكاتي بي شكل كه عمدتاً در جامدات آتشفشاني يافت مي‌شود.
لاتريت‌ها
گونه هايي از رس هستند كه هوازدگي شديد موجب حل شدن بخش اعظم لايه‌هاي سيليسي آن شده است. بنابراين بسته به مقدار رس تفاوتهاي فراوان دارند و معمولاً سرشار از اكسيدهاي آبيده(هيدروكسيد)آهن و آلومينيوم هستند.

شكل 2-3-
اين آزمايش يك شيوه رسوب رسها در طبيعت را نشان مي‌دهد و دقيقاً شيوه‌اي است كه مي‌توان با استفاده از آن در كار در توليد گل كائولينها را از كوارتس و ميكا جدا كرد.
يك شيوه به مراتب ساده‌تر، هر چند عملي‌تر اين آزمايش كه به عنوان آزمايشي ميداني قابل استفاده است صرفاً عبارت است از تكان دادن حجمي از خاك همراه با آب كافي(چهار تا شش برابر حجم خاك) به منظور تفكيك كامل و سپس قرار دادن لوله آزمايش در گوشه‌اي به مدت چند ساعت. با تجزيه لايه‌هايي كه رسوبات در آنها انباشته شده راهنمائي سريع تعيين نسبت‌هاي ذرات مواد در خاك به دست مي‌آيد. با اين حال اين آزمايش تا حدودي ابتدايي است زيرا هر ذره مسير خود در مخلوط را در ارتفاعي تصادفي آغاز مي‌كند و سرعت‌هاي سقوط آنقدر متفاوت هست كه اجازه دهد موادي كه سريعتر سقوط مي‌كنند ته نشست شوند در حاليكه مواد سبك‌تر به شكل معلق باقي مي‌مانند.
يك شيوه انجام اين آزمايش با اندكي پيچيدگي بيشتر عبارت است از تكان دادن شديد مخلوط گل در آبي حدود چهار برابر حجم گل با مقدار كمي ماده پاك كننده. محلول رابلافاصله خالي مي كنند و هر چه ته نشست شود ريگ خواهد بود از ؛ پس از گذشت 30 ثانيه ديگر مجدداً محلول را در طرفي ديگر تخليه مي كنند، اين بار رسوب به جا مانده عبارت است از شن؛ پس از 30 دقيقه مجدداً مايع را خالي مي كنند اين بار رسوب عبارت است از ليمون؛ پس از گذش 30 ساعت مجدداً محلول را تخليه مي كنند و آنجه به صورت رسوب ته ظرف باقي مي‌ماند عبارت است از مجموع مقدار رس موجود. مقدار كل رس موجود را مي‌توان از طريق تبخير يا كنار گذاردن به مدت طولاني‌تر به دست آورد. (نيز نگ ”ص ص ” 7-106 ) يك شكل اين آزمايشهائي به ظاهر ساده استفاده از پديده انعقاد است. انعقاد در شرايطي واقع مي شود كه در آن ذرات جامد درون مايع از طريق خاصيت قطبي خود شكلي از ربايش ايجاد مي‌كنند و باعث مي‌شود توده‌هاي نرم يا ژلايتي كه فضاي بزرگي را اشغال مي‌كند تشكيل شود. اين تاثير از طريق تغييرات در ويژگيهاي الكترو استاتيك سطوح كه باعث مي‌شود در عين حفظ ارتباط از يكديگر فاصله بگيرند ايجاد مي‌شود. ماده منعقد شده به صورت توده‌اي ابر مانند به حال تعليق باقي مي‌ماند و آزمايشهاي رسوب گذاري را بي اثر مي‌كند. انعقاد كه دو شكل از آن وجود دارد احتمالاً در مقدار پ هاي متوسط از مرتبه 505 كه كه معمولاً در خاكهاي دروايه شده وجود دارد رخ مي دهد. مي‌توان با تغيير PH يا دما به مقابله با آن پرداخت.
2-3 تركيب رسها
عموماً خاكها از ذرات تركيباتي كاملاً اكسيد شده تشكيل شده‌اند، اما گهگاه در شرايط بي هوازي كه اسيديته آلي حفظ شده و وجود رطوبت، مي‌توانند احياء شوند و در نتيجه وقتي خاك بعداً در معرض هوا قرار گيرد واكنشي معكوس صورت مي‌گيرد.
گرچه اجزاء شني خاكها ناصافند و شكلي نامنظم دارند، با چشم غير مسلح قابل مشاهده‌اند و آنقدر بزرگ هستند(از مرتبه يك ميلي متر) كه به سهولت حس شوند، ذرات رس كوچكتر از آنند كه به شكل انفرادي ديده يا احساس شوند. ذرات رس شكل و آرايشي منظم دارند و تنها با بزرگ نمايي زياد قابل مشاهده‌اند. رسها نوعاً به صورت لايه‌هاي ريز نيمه شفاف به پهناي 2/0 ميكرومتر به شكل شش وجهي و جمع شده به صورت توده‌ها يا ستونهاي كوچكي هستند كه نوعاً معادل چند صد لايه ضخامت دارند. اين بلوكها از طريق جاذبه متقابل ميان سطوح صاف خود شكل مي‌گيرند، يونهاي سديم و پتاسيم توسط جاذبه نيروهاي الكتريكي ضعيف به سرعت به اين سطوح مي‌پيوندند و وقتي اين امر اتفاق مي‌افتد سطوح را به مقدار جزيي از يكديگر جدا مي‌كند. ملكولهاي ديگر نيز به همين شكل در اين فضاها جاي مي‌گيرند از رخنه كننده‌هاي بسيار شايع است و به رسها رنگ سرخ يا سبز فام مي‌دهد. بدين ترتيب آب به فضاي درون يا ميان لايه‌ها يا ورقه‌هاي نازك دسترسي سريع دارد و در صورتيكه مقدار آن كافي باشد مي‌تواند از طريق جداسازي سطوح، جاذبه ضعيف ميان آنهارا خنثي كند. اين تاثير ناشي از برد بسيار كوتاهي است كه نيروهاي جاذبه در آن موثرند. اين اتفاق در مواقعي مي‌افتد كه ماده كاملاً اشباع شود. با اين حال برخي اشكال رس داراي جاذبه‌هاي متقابل بويژه نيرومندند و اين نيرو در حدي هست كه هم چسبي آنها را حتي در مواقعي كه كاملاً اشباع شده‌اند تامين كند.
تركيب‌هاي ايليت و مونتموريونيت ارتباطهايي قوي و با ثبات ايجاد مي‌كنند. اين لايه‌هاي مشابه كه به خودي خود جذب مي‌شوند و خود بخود جمع مي‌گردند عناصر اصلي بيشتر رسها هستند و به صورت لايه‌هاي يك در ميان جمع مي‌شوند. در اين وضع قطبش آنها كاهش مي‌يابد. شكل وقوع اين جمع شدگي به صورت زنجيره اي است كه در آن يك لايه ايليت ميان دو لايه مونتموريونيت قرار مي‌گيرد.
معمولاً تركيب‌هاي مونتموريونيت/ ايليت در همه جا سرشار از كلسيم هستند و در نتيجه اين وضع در عين جذب مقادير زياد آب بين صفحات منسجم باقي مي‌مانند و بيش از همه رسهاي ديگر باد مي‌كنند. ورميكوليت، كلريت و كائولينيت از اين لحاظ به مراتب ضعيف ترند . بيشتر رسها به درجات متفاوت از چندين گونه رس به نسبتهاي گوناگون تشكيل شده اند و به همين علت ويژگيهاي متفاوتي دارند.
از آنجا كه بيشتر رسهاي طبيعي مخلوطهايي از اين رسهاي اوليه‌اند در واكنش به وجود آب منبسط و منقبض مي‌شوند. سطح لايه‌هاي رسهايي چون اسمكتيت در حضور يونهاي فلزي مثل كلسيم، و پتاسيم قطبيدگي منفي دارند. در نتيجه اين وضعيت آب به شكل يونهاي هيدروكسيل (OH-) به سرعت به فضاي ميان لايه‌ها نفوذ كرده موجب انبساط به هنگام مرطوب شدن و انقباض در هنگام خشك شدن گردد.
در ميان رسهايي كه شديداً باد مي‌كنند، اين حالت در مونتموريونيت قوي‌تر از ايليت است. از آن جهت انقباض و انبساط ايليت كمتر است كه در سطحي ميان سطوح خود عمدتاً با يونهاي كلسيم همبسته مي‌شود. لايه‌هاي ايليت جاذبه سطح به سطح شديدتري دارند و به همين علت جذب آب ميان آنها كاهش مي‌يابد. در خاك خشت مالي متعارف حاوي تركيبي از اين مواد است، كاهش حجم تقريباً برابر است با تغيير سطح خطي به مقياسي بين دوازده و يك چهارم در گل سفالگري كاهش حجم مي‌تواند خيلي بيشتر باشد.
در گل چيني (كائولين) هم چسبي نيرومندي بين صفحات وجود دارد.در نتيجه آب نمي‌تواند به راحتي وارد فضاي لايه‌ها شود؛ ميزان قطبيدگي آزاد قادر به جذب يونهاي هيدروسيل در حداقل است و به همين دليل باد كردن و نرمي گل چيني به مراتب كمتر است. اين رس در شرايط اشباع شدگي كامل نسبتاً ثابت مي‌ماند و نيروي مكانيكي لازم است تابتوان اجزاء متشكله را با تكان از هم جدا كرد. اين گل مي‌تواند بعداً منعقد شود( وضعيت هم چسبي نا منظم) و توانايي جمع شدن مجدد به شكل منظم را دارد.
همه رسها وقتي خيس شوند لغزنده مي‌گردند چرا كه آب اوليه به صورت روان ساز عمل كرده اجازه مي‌دهد سطوح به سهولت در امتداد سطوح مشترك خود حركت كنند. با اين حال وقتي رسها خشك باشند سطوح اصطكاك مكانيكي بزرگند و در نتيجه اين وضع ساختاري محكم، هر چند شكننده به خود مي‌گيرند. استحكام رس خشك شده تا حدودي ناشي از تشكيل بلورهاي ذره بيني، به ويژه كلسيت است. عليرغم وجود هم چسبي ميان خود ذرات اين تركيب از نظر كشش ضعيف است. ضعف‌ناشي از شمار بزرگي از شكستگي‌هاي ريز داخلي است كه در هنگام آبرفتن گل رس پيدا مي‌شود. ذرات گل رس هنگام خشك شدن عملاً از هم جدا مي‌شوند. تا تركهاي ريز در سرتاسر ساختار گل ايجاد شود و همين تركهاي ريز بخشي از تخلخل ويژه آن است.
ورقه‌هاي تشكيل دهنده رسها به هنگام تركيب به صورت تشكيلات چهار وجهي يا هشت وجهي مبلور مي‌شوند و يكي از دو حالت ذيل را پيدا مي‌كنند: يا عمدتاً سيليكات پايه‌اند و يا عمدتاً آلومينيوم- منيزيوم پايه. وقتي اين مواد با هم مخلوط شود روي هم منطبق مي‌شود: يك نمونه متداول از رس سيليكاتي ورقه‌هاي چهار وجهي دارد كه يك صفحه هشت وجهي را در ميان گرفته و بين هر مجموعه از اين دست لايه سست‌تري قرار دارد كه در آن يونهاي اكسيژن و هيدروكسيل به حمل كاتيونهاي جذب شده مي‌پردازند. وقتي اين ماده تحت فشار قرار گيرد همين لايه سطوح لغزش را در اختيار مي‌گذارد. هنگام خشك شدن ذرات آب از فضاي ميان ذرات خارج و در مرحله اول باعث مي‌شود فضاهاي ميان ذره‌اي آبرا از ميان اين لايه‌ها بگيرد. هر دوي اين فرآيندها متضمن آب رفتگي است زيرا ذرات و سطوح در نيمه فشارهاي سطحي و كاهش فشارهاي دروني جمع مي‌شوند.
اجزاء متشكله خاك: كه به نسبتهاي متفاوت در تركيباتي بنيادي يافت مي‌شود. تفاوتي كه در ابعاد متداول ديده مي‌شود ناشي از فرآيندهاي خرد شدن است. نوعاً كوارتس آنقدر سخت هست كه به شكل دانه باقي بماند در حاليكه مواد ديگر به ذراتي ريزتر تجزيه مي‌شوند و رسها كه به شكل شيميايي شكل تازه‌اي به خود گرفته‌اند مجموعه‌هايي از بلورهاي بسيار ريز هستند.
ماسه‌ها: عمدتاً سيليكات (SIO2) ماده‌اي بسيار سخت كه عمدتاً عمل فيريكي خرد مي‌شود با سطوحي كه اغلب صدفي است و تمايل دارد به صورت ذرات بزرگتر باقي بماند.
ليمون‌ها: عمدتاً به صورت ذرات سنگهاي خرد شده كه عموماً چسبندگي آنها كمتر از سيليكاتها(فلدسپات، ميكا و غيره) است؛ مقداري مواد بلوري دارد، تمايل به تشكيل ذرات ريز دارد
رسها: داراي اجزاء متشكله بسيار كوچك. شكل‌گيري و شكل‌گيري مجدد در نتيجه عمل شيميايي ، متشكل از بلورهاي مسطح منطبق كه توسط نيروهاي الكترواستاتيك سطحي در جاي خود نگاه داشته مي‌شود خصلتاً در ابعاد ميكروسكوپي هستند.
بلورها: عمدتاً كربنات كلسيم(گل سفيد/ سنگ آهك، سولفات كلسيم(گچ) كه در ننيجه حل شدن متبلور مي‌شوند مي‌توانند در ابعاد ليمونها يا بزرگتر باشند ولي معمولاً در اندازه‌هاي ميكروسكوپي هستند.
مواد آلي د) مواد كلوئيدي يا بقاياي موجودات زنده مثل آلبومين‌ها، اسيدهاي آلي بسپارهاي طبيعي به صورت بي شكل.
د) بخشي از موجودات زنده- اعم از مرده يا زنده- ريشك باكتري، قارچ- متشكل از ليگنين، سلولز، پروتئين، اسيدهاي آمينه و جز آن شكل آنها بسته به شرايط اقليمي تفاوت مي‌كند:
د) چسب مانند يا د) ليفي شكل
آب
(الف) به شكل آب تبلور كه به شكل حبس شده در ساختارهاي سخت مثل گچ يافت مي‌شود: غير قابل ديد
(ب) چسبيده فضاهاي فوق كوچك مثل مناطق ميان ملكولي داخل ساختارهاي صفحه‌اي رسها: غير قابل ديد
(ج) آب تخلل به صورت تغليظ شده زير و به صورت نجار كه توسط نيروهاي ون دروالسي حتي در درون كوچكترين منافذ ريز حفظ مي‌شود و بيشترين جذب آن به سوي فضاهاي قابل دسترسي است: تا حدودي قابل ديد
(د) به صورت توده مايع عمدتاً مستقر در نقطه تماس ميان ذرات، جائيكه به خاطر اثر موئينگي حالت چسباننده دارد اما در نهايت كليه فضاها را پر مي‌كند قابل ديد وحاوي يون محلول















ذرات خاك: رابطه ميان انواع اندازه‌گيري روشهاي مطالعه و امكان ديد نسبت ميان انواع اندازه گيري ابعاد، فنون تجزيه و امكان ديد.
مطالعه با الك تشكيل ميشود از گذراندن ذرات از يك توري داراي خانه‌هاي چهارگوش. ابعاد بر حسب مركز مقسوم عليه‌ها يعني به شكل مربع بيان خواهد شد. بنابراين طويل‌ترين بعد يك ذره مي‌تواند تراگوش حاصل از ضرب مقطع ذره بزرگتري كه از سوراخ توري عبور كرده ابا اندازه‌ سوراخ باشد ( اندازه توري 10414 ) اندازه گيري از طريق آب چگالي سنجي از طريق تعيين مقدار فرو رفتن در آب و برابر گرفتن ذره با قطر يك الگوي داراي سطح صيقلي و با همان درجه از چگالي انجام مي‌شود.










غير از رسهاي سيليكاتي گروههاي اصلي انتهاي پاييني طبقه بندي عبارتند از آلوفين و ديگر سيليكاتهاي بي شكل آلومينيوم همراه با اكسيدها و هيدروكسيدهاي آهن و آلومينيوم- ژيپسيت ، ژئوتيت و ذرات چسب سان داراي مواد آلي كسب شده از گياه خاك. تمامي اين ذرات، حتي در مواقعي كه از صدها صفحه ريز تشكيل شده‌اند ريزتر از آنند كه به چشم ديده شوند يا به شكل مجزا زير ميكروسكوپ عادي قابل مشاهده باشند.
ويژگيهاي چسب ساني رسها ناشي از ذراتي كوچكتر است كه عموماً قطري كمتر از يك ميكرومتر دارند. آن بخش از ذرات رس با قطر 1 تا 2 ميكرومتر درجاتي از چسب ساني دارند، هر چند تركيبات بي شكل اصلي ناشي از ذرات كوچكتر است. ذرات بزرگتر تمايل بدان دارند كه از نظر الكترواستاتيك خود‎خنثي‎كننده باشند و در آرايشهاي هم چسبي پراكندگي‌ها بزرگتر و آرايش ذرات منعطف‌تر از ساختارهاي بلوري است. وقتي ذرات رس ارتباطي تنگاتنگ دارند توسط نيروهايي كه هم يكديگر را جذب مي‌كنند هم دفع، بر يكديگر تاثير مي‌گذارند. كاتيونهاي لايه‌هاي دو گانه ذرات رس يك ميدان الكترواستاتيك مثبت ايجاد مي‌كند كه از طريق بار منفي در طرف مقابل كه روي سطح خارجي ذره آشكار مي‌شود تعادل مي‌گردد. بدين ترتيب وقتي دو ذره رس را به هم نزديك كنيم در نتيجه تعامل بار منفي سطح، يكديگر را دفع مي‌كنند. از آنجا كه شدت بار در ميان لايه مي‌تواند با حركت كاتيون‌ها فرق كند، بار سطح خارجي نيز فرق مي‌كند و شدت دفع ذرات مجاور نيز به همين نحو تغيير مي‌يابد. با اين حال نيروهاي ديگري هم ميان ذرات عمل مي‌كنند- عمدتاً نيروهاي ون دروالس كه به عمل روي سطح ذرات مجاور مي‌پردازند. اين نيروها مستقل از آب ميان لايه‌هاست. سرانجام اينكه نيروهايي وجود دارد كه توسط شرايط محلي ايجاد مي‌شود. نيروهاي هيدروليك (آبانه‌اي)، هيدرواستاتيك و فشارهاي بارگذاري. تركيب دقيق نيروهاست كه تعيين مي‌كند آيا ذرات در پي فاصله گرفتن از هم يا نزديك شدن به هم بر مي‌آيند كه در شق اخير مي‌توانند به شكلي به هم چسبانه عمل كرده منعقد گردند. در شرايط بارگذاري نيروهاي جذب و دفع بي اهميتند و فشارهاي تماس ميان ذرات خاك مي‌تواند بسيار شديد باشد. بار نقطه مي‌تواند از مرتبه 10000-5 برسطوح تماس بسيار كوچك باشد. مقادير بار شناسايي شده در ساختمان نشان مي‌دهد. نيروهاي تماس محلي به شكلي متوسط در كل سطح وجود دارد و بخش اعظم آن بدون تماس است. هر چه ماده متراكم‌تر گردد بسامد نقاط تماس بيشتر مي‌گردد و فشار كلي متراكم‌سازي بيشتر خواهد بود.
بخش اعظم اين تعامل ميان ذرات بزرگ صورت مي‌گيرد: ليمونها و ماسه‌ها، گرچه ساختار فيريكي آنها پيچيدگي رسها را ندارد، به هيچ وجه در مقياس ملكوتي سطح ساده‌اي ندارند. با اين حال از نظر ساختار هم چسب‌اند و آن ظرفيت دگر ريخت شدن در جهات سطحي را كه خصيصه رسهاست ندارند. بنابراين درك رفتار آنها را مي‌توان به شكلي مستقيم‌تر به رفتار مواد در اندازه‌هايي كه معمولاً قابل درك است مرتبط ساخت. از نظر قياس رابط ميان ذرات خاكها مثل رابطه ميان اشيايي به اندازه كشتي‌ها و هواپيماهايي است كه به تعدادي عظيم و در ارتباط تنگاتنگ با يكديگر مخلوط شده‌اند. در مقايسه با اشيايي در ابعاد وسايل نقليه كه به تعدادي بيشتر مخلوط شده‌اند و اشيايي به اندازه عدلهاي علوفه، توپ فوتبال، توپ تنيس و توپ گلف كه به شماري باز هم بزرگتر مخلوط شده‌اند، در مقايسه با اشيايي به ابعاد كتاب، لاستيك خودرو، بسته‌هاي بيسكويت، لوحهاي فشرده، شيشه‌هاي شكسته و ريز تراشه‌ها در مقاديري كه تراكم آنها تفاوت دارد درست مثل اختلاف فشردگي ميان توده‌هاي آهن قراضه در محوطه اوراقي‌ها و همان قراضه‌ها كه جهت حمل فشرده شده و به شكل عدل در آمده است. كليه سطوح در يك فعاليت بي وقفه ارتعاش اتمي هستند چنانچه گويي موتوري روشن‌اند: كليه سطوح با نيروي چسب جاذبه‌هاي الكترواستاتيك چسبناك است يا با روغن دامنه الكترواستاتيك لغزنده است. گرچه اين قياس خيالي و غير دقيق است از طريق اين مقايسه‌هاست كه مي‌توان فهم بصري ماهيت پيچيده خاكها را به شكل مسجم در آورد. با بسط بيشتر قياس فوق مي‌توان رشد بلورها را به صورت رشد بامبو و صنوبر در نظر گرفت كه صرفنظر از نور يا جاذبه در كليه جهات مي‌رويد، در حاليكه حضور ملكوتهاي عالي داراي زنجيره‌هاي بلند مثل بسپارهاي مصنوعي مي‌تواند به صورت تكه‌اي طناب و سيمان، اسپاگتي يا جلبك دريايي ديده شود كه توسط سيلاب به درون مخلوط حمل مي‌گردد، در جائيكه نهنگها و شيرهاي دريايي را مي‌توان نمايانگر برخي ساز و كارهاي فرزيستي كوچكتر دانست. اين قياس غير واقع بينانه در صدد دادن درجه‌بندي نسبي به خاك است. درجه‌بندي واقعي را مي‌توان (باد شواري) مجسم كرد؛ با در نظر داشتن اين معنا كه تك مولكولها تنها از طريق بزرگ‌نمايي با چشم غير مسلح ديده مي‌شود، آنهم در حدي كه به نوك يك سنجاق قطري بين 3000تا 5000 مايل بدهد.
بيشتر خاكهاي كه در طول تاريخ در ساخت و ساز مورد استفاده قرار گرفته‌اند اساساً مركب از كوارتس، فلدسپات و خاك رس بوده‌اند. بعضي مواقع كلسيت وجود داشته و مي‌تواند جانشين انواع رس شود. اغلب مواد آلي را نيز داخل تركيب كرده‌اند اما اهميت اساسي ندارد. ضرورتاً موجب استحكام اضافي نمي‌شود. در هر حال استحكام خاكها را مي‌توان به دو معنا در نظر گرفت- استحكام در حالت سخت و بي انعطاف، به معنايي كه معمولاً به كار مي‌رود و در اين كتاب نيز به همين معنا به كار رفته است. واژه استحكام در عين حال براي توصيف توانايي ماده در مقابل جذب آب و زوال ذاتي ناشي از غرقاب شدنها يا اشباع شدن متناوب در آب بكار مي‌رود. استحكام از نوع غير طبيعي را مي‌توان از طريق افزودن الياف، اجزاء سيماني و به ويژه با مقادير اندك از ملاطهاي آلي، از جمله روغن‌ها و قيرها افزايش داد. فشرده‌سازي و تراكم حاصل از آن نيز مهم است اما از آنجا كه تاثير جذب آب آماس كردن است، در نتيجه غرقاب شدن ادواري اين تراكم به مرور كاهش مي‌يابد چرا كه پس از هر بار اتساع ماده كاملاً منقبض نمي‌شود.
تراكم خاكها به فشرده سازي و طبيعت ذرات بستگي دارد. به طور كلي هر چه طيف ذرات متشكله خاك گسترده‌تر باشد بيشينه تراكم بيشتر خواهد بود؛ در انتها ديگر مقياس هر چه طيف اندازه ذرات كوچكتر و خودذرات كوچكتر و زاويه‌دارتر باشد كمينه تراكم كمتر خواهد بود. اينگونه مواد آرايشي با دوام از ذرات ايجاد مي‌كنند كه همچنين شل‌تر است. در عين حال مي‌توان تراكم مواد را به شكل مطلق و به صورت وزن مخصوص بيان كرد يعني وزن ماده نسبت به وزن يك واحد آب دردماي 4 درجه سانتيگراد. معمولاً كاني‌هاي خاك وزن مخصوصي بين 3/2 تا 9/2 دارند.









كوارتز متداول‌ترين اجزاء ريز تشكيل دهنده خاك است.
نمودار پيوند سيليكون- اكسيژن . ارتباطي برقرار مي‌شود كه در آن چهار اتم اكسيژن يك اتم سيليكون را بغل مي كنند. در نتيجه چهار وجهي سيليكون تشكيل مي‌شود. اين چاروجهي در اين حالت خالص ارزشهاي تركيب نشده دارد. نيازهاي ارزشهاي يك چهار وجهي تكي( ) هنگام اتصال چهار وجهي‌ها به اكسيژن تركيب مي‌شود و يك ساختار با ثبات حاصل مي شود كه به شكلي بي انتها بسط مي‌يابد و تشكيل يك زنجيره مارپيچ مي‌دهد.
اين كاني در حالت متداول خود همان كوارتس است و در آرايشهاي ديگر تشكيل تري ديمايت و كريستو بالايت مي‌دهد. نظم ساختار كوارتس موجب كيفيت بلوري آن مي‌شود. ساختار درهم تنيده متوالي و اندكي تابدار كوارتس علت خشكي يا سختي آن است و به همين علت است كه به صورت دانه‌هاي درشت‌تر در خاك به حيات خود ادامه مي‌دهد.
شكل 502 چهار وجهي سيليكات


402- آب رفتگي: حدهاي قالب‌پذيري و آبگونگي
ويژگيهاي توزيع ذرات در خاك مي‌تواند شاخصي باشد براي نشان دادن منشاء خاك و خصايص آن. چنانچه حاصل تجزيه خاك و اجزاء متشكله آنرا به صورت نموداري ترسيم كنيم يك منحني كه وجه مشخصه آن ماده است تشكيل خواهد شد و از آنجا كه طيف بسيار گسترده‌اي از منحني‌هاي ممكن وجود دارد هر خاك معين سرگذشتي متمايز دارد. با پيشرفت مهندسي خاك در قرن بيستم روشن شد كه استانده و روشهاي تجزيه مشترك از نظر شناخت رفتار فوق العاده مهم است و در سال 1948 موسيو آتربرگ و موسيو كاساگرانده استانده‌هاي اندازه‌گيري را كه مبدل به شاخص‌هاي پذيرفته شده رفتار خاك گرديده اعلام كردند.




شرح شكل 602
مراحل عملكرد خاك با درجات متفاوت دسترسي به آب آزاد. زير بخشهاي رفتار خاكهاي ريز به هنگام افزايش مقدار آب موجود به صورت حدهاي آتربرگ بيان شده است. در حد آب رفتگي رطوبت موجود به حدي مي‌رسد كه براي نفوذ به خلل و فرج كفايت مي‌كند. خاك خمش‌پذير مي‌شود. اصطكاك ميان ذرات به صورت سازوكار استحكام باقي مي‌ماند. در حد قالب‌پذيري خاك فرم يا قالب‌پذير مي‌شود و بسته به ميزان چسبندگي خاك رشته اي از گل به قطر 3 ميليمتر خم‌پذير مي‌شود. استحكام خاك ناشي از سطح هلالي در نقاط تماس است. در سطح آبگونگي آب موجود چسبندگي را از ميان مي‌برد و ذرات مي‌توانند آزادانه حركت كنند. حد آبگونگي با استفاده از دستگاه ابداعي موسيو كاساگرانده تعيين مي‌شود. اين دستگاه ميزان آبگونگي را بر حسب لرزش‌هاي مورد نياز براي بستن شكافي با پهنا و عمق معين تعين مي كند. حدود آستربرگ شاخصي مطمئن از عملكرد خاك است و در مهندسي خاك كاربردي ويژه دارد و در كار روي ساختارهاي خاك ارزشمند است.

شاخصهاي قالب‌پذيري از آزمايشهاي آتربرگ گرفته شده و بــه صورت مقدار حد قالب‌پـــذيــري منــهـاي حد آبگونگي (PL=PL-LL)محاسبه مي‌شود. شاخص قالب‌پذيري خاك به شكلي مفيد چسبندگي، انبساط و فعاليت خاك راتعريف مي‌كند. اين عوامل در تعيين رفتار خاك ارزشي قاطع دارند. كاني شناسي رسها و نسبتهاي كانيها در رس عامل مشترك تعيين كننده رفتار خاك است.
چسبندگي كه مي‌تواند در خاكهاي ريز دانه بسيار بالا باشد عاملي است مرتبط با اندازه و جدا شدگي ترك‌ها در هنگام آبرفتگي.
فعاليت بر حسب درصد رسهاي داراي قطر كمتر از دو ميكرومتر بيان مي‌شود و ضرورتاً ارتباط مستقيم با عملكرد ندارد.
انبساط ( و در نتيجه آن انقباض در ”رسهاي فعال ” ) به نوع رس بستگي دارد؛ هر خاك نتايج تجزيه و مختص به خود را دارد.
شكل 702 پارامترهاي رفتاري خاكهاي رسي
اين استانده‌ها را حدهاي آتربرگ مي‌شناسند و مبتني بر اين فكر است كه خاك بر حسب درصد آب موجود در آن مي‌تواند از چهار حالت گذر كند. بين اين چهار حالت كران‌هاي گسترده‌اي وجود دارند كه بر حسب مقدار آب موجود قابل تعريف و سنجش است. بر اين اساس وقتي خاك بالاتر از كران موسوم به حد آبرفتگي باشد آنرا جامد مي‌گويند. خاك در وضعيت بالاتر از حد آب رفتگي سخت مي‌شود با اين وجود كه آب در آن موجود است. با اين همه انقباض با از دست دادن آب در حدي فراتر از حد آب رفتگي فزون تر نخواهد شد. خاكهايي كه در كوره خشك شود وقتي در شرايط هواي عادي قرار داده شوند به اندازه 2 تا 5درصد حجم خود آب جذب خواهند كرد اما اين مقدار حتي در بعضي مواقع به 20 درصد هم مي‌رسد.
اساس حد آبرفتگي اين است كه آب رفتگي كراني است كه پايين‌تر از آن تاثيرات فشار آب را مي‌توان به صورت انبساط مشاهده كرد. (در اين توصيف لفظ پايين مرادف افزايش مقدار آب موجود است ).
پايين‌تر از مرز آب رفتگي خاك وارد وضعيت نيمه جامد مي‌شود. حد آب رفتگي نقطه‌اي است كه در آن آب به اندازه كافي جذب خلل و فرج خاك شده است تا فشار آب بتواند بر اصطكاك ميان ذرات فائق آمده درجاتي از خم پذيري به آن دهد. در اين وضعيت مي‌توان به سهولت لوله‌هايي به قطر سه ميليمتر با خاك درست كرد كه شكل آن تغيير نمي‌كند.
با افزايش مقدار آب موجود خاك از حد قالب‌پذيري گذشته وارد حالت قالب‌پذير مي‌شود. خاك در اين حالت توانايي حمل بار را ندارد. حد قالب‌پذيري را مي‌توان نقطه‌ي تعريف كرد كه در آن لوله‌هاي خاك به قطر 3 ميلي‌متر هم چسبي ندارد. با افزايش مقدار آب موجود خاك پيوسته نرم‌تر مي‌شود تا اينكه به حد مايع مي‌رسد. پس از حد مايع خاك وارد حالت مايع مي‌شود كه در آن ذرات هيچگونه هم چسبي چشم‌گيري ندارند. حد مايع را مي‌توان در دستگاهي موسوم به دستگاه كاساگرانده تعيين كرد. حد مايع بر حسب قدرت بخشهاي جدا شده نمونه خاك به حركت به سمت يكديگر در زير ارتعاش تعريف مي‌شود. تعداد ارتعاشهاي لازم براي پر كردن فاصله، تحت شرايطي كه به شكلي مختص كنترل شده شمارش مي‌شود. به سرعت معلوم مي‌شود اينگونه اندازه‌گيريها اما ميانگين نتايج آزمايش شمار بزرگي از نمونه‌ها مدلي يكدست از خصوصيات خاكهاي معين در اختيار مي‌گذارد كه پارامترهاي كليدي مهندسي خاك هستند. گر چه اين پارامترها براي حفاظت‌گري كه در مقياس كوچك كار مي‌كند ارزش مستقيم ناچيزي دارد شيوه درك رفتار ساختارهاي بزرگ- مقياس را در اختيار گذارده راهنماي تركيب خاكهاي مورد استفاده و مرمت بر اساس تحليل جامع مي‌شود.
شكل ذرات در رفتار خاكها اهميت حياتي دارد و در طول طيف تفاوت مي‌كند. ذرات ماسه ضرورتاً شكلي نامنظم دارند. اين ذرات معمولاً ابعادي تقريباً مشابه دارند، صرفنظر از اينكه چه محوري انتخاب شود- معناي اين سخن اين است كه بطور ميانگين كوتاه‌ترين و بلندترين قطرهاي يك ذره شن با ضريب كمتر از 5 و در غالب نمونه‌ها كمتر از 3 و اغلب كمتر از 2 است بيان مي شود ذرات ماسه اغلب در نتيجه سايش در آب يا حمل توسط بادگرد مي‌شوند.
اين نكته در مورد ليمونها كمتر صدق مي‌كند؛ در اينجا اشكال بلوري با سهولت بيشتري حفظ شده و به همين علت ذرات داراي محور طولاني‌تر بيشتر ديده مي‌شود. با اين وجود روندهاي فشرده شدن و ترك خوردن معمولاً اجازه بقا به ذرات داراي تفاوت اندازه بسيار بزرگ در امتداد محورهاي متقابل را نمي‌دهد. با اين حال پايين‌تراز طيف ليمونها ويژگي غالب رس تركيبي از ذرات نازك و تخت است كه معمولاً صفحه-وار ناميده مي‌شود هر چند ضرورتاً نبايد اين نكته را به معناي مدور بودن شكل ذرات گرفت. اين ذرات كه اساساً بلوري هستند با مقطع لبه‌ها به شكل زاويه‌دار نوعاً با مقاطع شش گوش زير ميكروسكوپ بيشتر شبيه به قطعات سنگ لوح به نظر مي‌رسند كه به سهولت در يك جهت شكاف برمي‌دارد.
رسها در نتيجه سائيدگي ذرات بزرگتر تشكيل نمي‌شوند بلكه زاده نيروهاي فيريكي و واكنش‌هاي شيميايي هستند. پس از تشكيل توسط آب يا باد جا به جا مي‌شوند. به عبارت كلي‌تر رسها را مي‌توان از نظر اندازه مخلوطي از كاني‌ها رسي و كاني‌هاي بسيار ريز غير رسي تعريف كرد. اين ذرات با چشم غير مسلح مشهود نيست.
صعود آب در خاكها را مي‌توان هم از نظر ميزان و هم از نظر ارتفاع اندازه‌گيري كرد. هر چه خلل و فرج خاك كمتر باشد صعود بيشتر خواهد بود. ارتفاع صعود آب را بر اساس ابعاد خلل و فرج و ماهيت آن و نيز بر حسب ميزان خروج آب تعيين مي‌كنند.
شكل 802 بالاآمدن آب در خاكها
2-5- آب
از آنجا كه آب از اجزاء متشكله اساسي در همه انواع گردآمدگي ذرات خاكي است كه در ساختمان سازي به كار مي رود و رفتار آب در ارتباط با اندازه ، قطبش و شكل ذرات متشكله آن فرق مي‌كند هيچگونه مطالعه فرايندهاي ساخت، استفاده، هوازدگي و حفاظت ساختمانهاي گلي از مطالعه اثرات آب آزاد يا تركيب شده جدايي‌پذير نيست. آب جذب فضاهاي بسيار كوچك مي‌شود. بنابراين به شكل آزاد (مايع) به صورت آب محبوس در فضاهاي ميان ذرات و به صورت آب تبلور كه به شكل فيزيكي درگير شده در خاكها موجود است. فضاهاي ميان ذرات تابعي است از ابعاد و اشكال آنها، فرآيندهاي هم چسبي و فشرده شدن و نيز حضور مواد آلي كه به ندرت در خاكها وجود ندارد و مي‌تواند از نظر وزن پنج درصد يا بيشتر از تركيب خاك را تشكيل دهد و به علت تراكم كمي كه دارد حجم آن در خاك مي‌تواند از مرتبه 10درصد باشد. اما از آنجا كه مواد آلي مولكولهاي بزرگ تشكيل مي‌دهد و اين مولكولها در انواعي پرشمار از ساختار ليفي جمع مي‌شوند تاثير جامدات آلي تناسبي با مقدار آنهادر تركيب ندارد. اجزاء آلي تقريباً در همه موارد زاده زندگي گياهي يا حيواني هستند و اثرات آن‌ها هميشه در خاكها ديده مي‌شود. حتي در مورد آجر نيز قبل از در كوره رفتن خشتها حضور آنها تاثير خود را بر آرايش ذرات مي‌گذارد و به همين علت تا حدودي بر شكل و طبيعت فضاهاي ميان ذرات آجر موثرند.
آب هميشه در خلل و فرج هرگونه مصالح موجود است و گرايشي خاص به نسبت به كوچكترين فضاهاي ميان ملكولي دارد. آب يكي از اجزاء متشكله كليه ساختارهاي آلي زنده است : به صورت شيميايي باپيوندهاي ملكولي و درون بافتي متصل است. از نظر فيريكي نيز به صورت آب تبلور با ساختارهاي بلوري ذرات خاك مرتبط است و به صورت آزاد به يكي از سه شكل جامد ، مايع يا بخار در درون خاكها وجود دارد. آب مي‌تواند 50 درصد حجم نمونه‌هاي اشباع شده را تشكيل دهد و حتي آن نمونه‌هاي طبيعي كه بيشترين فشردگي رادارد، گل، سنگ يا شيست به هنگام اشباع شدگي كامل معادل 20% حجم خود آب دارند. ماسه ها كه ذرات سيليس در تركيب آنها غالب است كنند و آب جذب نمي‌كنند و در ميان ذرات خود فضاهايي معادل 35% حجمي كه دارند ايجاد مي‌كنند.
آب به شكل مايع حلالي است قوي . در عمل حل شدني از بسيار تركيب‌ها- يا اتمها-يونيزه مي‌شوند يعني با گرفتن يا از دست دادن يك يا چند الكترون كه معمولاً درروند تقسيم‌هاي فرعي‌تر صورت مي‌گيرد بار الكتريكي حمل مي‌كنند. كاتيونها داراي بار مثبت و آنيونها داراي بار منفي هستند. يونها نوعاً در نتيجه تقسيم فرعي يك نمك در محلول پيدا مي‌شوند به عنوان مثال كلروسديم ( ) يك كاتيون و يك آنيون ايجاد مي‌كند. تشخيص اين تمايز در تفسير فعاليت شيميايي اهميت دارد.
آب درون خاك بر پنج نوع است:
1. بخار در فضاهاي هوايي: اين نوع آب اهميت دارد زيرا ملكولها به صورت بخار بيشترين سرعت را دارند و دورترين مسافتها راطي مي‌كنند. اين نوع آب حتي در هواي درون خاك خشك موجود است.
2. آبي كه آزادانه حركت مي‌كند: اين نوع آب همان توده مايع است كه جاري مي‌شود و در فضاهاي بزرگتر درون خاك متداوم است. اين آب توسط فشار هيدرواستاتيك متصل مي‌شود. مي‌توان آنرا با فشار از خاك بيرون كشيد و تحت تاثير اثر موئينگي قرار مي‌گيرد. خاك مرطوب آب آزاد دارد.
3. آب هم چسب: اين توده‌اي از آب است كه در نبود آبي كه آزادانه حركت مي‌كند روي سطح ذرات مي‌ماند، آنها را مي‌پوشاند و بررفتار ميان ذره‌اي تاثير مي‌گذارد. توسط قطبيدگي سطحي ذرات كنترل مي‌شود تاثير آن در خاكهاي مرطوب مشهود است.
4. آب خلل و فرج: در درون خاك فضاهاي بسيار كوچكي وجود دارد كه در آن رفتار آب مايع تحت تاثير اثر موئينگي و نيز از طريق نيروهاي ون‌دروالسي بخار آب قرار مي‌گيرد. اين نوع آب هميشه در خاكهاي «خشك) وجود دارد و با خشك كردن خاك در دمايي نزديك به نقطه جوش از آن خارج مي‌شود.
5. آب جذب شده: اين آب مايع است اما در مسامات ذرات مثل فضاهاي ميان لايه‌هاي صفحات رس وجود دارد. حفظ آن توسط نيروهاي يوني و قطبي تا حدي است كه جز در صورت رساندن دما به حد 200 درجه سانتيگراد از خاك خارج نمي‌شود.
6. آب تبلور: اين آب وارد ساختار شبكه بلور شده و ديگر مايع نيست. فرم جامد بستگي به اين آب دارد و از آن نشأت مي‌گيرد. مي‌توان آن را خارج كرد(مثل خارج كردن آب گچ دردماي بالاي 150 درجه سانتيگراد).
206 تركيب خاكها
گدازه‌اي كه جبه زمين را تشكيل مي‌دهد و سخت رويه زمين مواد خود را از آن گرفته اساساً از عناصر داراي وزن اتمي متوسط تشكيل شده و به نوبه خود تركيباتي توليد مي‌كند كه عموماً سبك‌تر از فلزات هسته زمين است كه جبه روي آن شناور است. كليه اين عناصر با اكسيژن تركيب شده‌اند ضمن اينكه در تركيباتي نسبتاً پيچيده با يكديگر نيز تركيب شده و اغلب ساختاري بلوري پيدا كرده‌اند كه بعضاً ناشي از هموند‌شدن آب تبلور است. مثل رسها كه اين عمل به خاطر تامين يك آرايش ملكولي منظم صورت گرفته كه قطبيدگي سطحي را تامين مي‌كند و ثابت مي‌شود.
يك فرمول خطي ساده افزايش موئينگي در يك لوله آزمايش را نشان مي‌دهد.
ارتفاع صعود = 2( كشتي سطح × كوسينوس زاويه تماس ) /r×d
(لازم است كوسينوس معادل زاويه‌اي بزرگتر از 90درجه باشد)
كه در آن d برابر است با چگالي مايع و r برابر است با شعاع لوله آزمايش. نحوه محاسبه مقدار اثر موئينگي در خاكها مشابه است اما به علت وجود تاثيرات ديگر در ابعادي به كوچكي سوراخهاي ريز دشوارتر است (نگاه كنيد به اثرات وان دروالسي و نظريه. تعيين زاويه تماس ( ) سرراست نيست اما در مواقعي كه زاويه بين 60 تا 120 درجه باشد مي‌توان حدس‌هايي صائب زد.
افزايش عملي موئينگي در خاكها را با انجام آزمايش تعيين مي‌كنند
غير از اكسيژن ديگر عناصري كه در اين طيف متوسط وزن اتمي يافت مي‌شود عبارتند از كربن، سيليكون، آلومينيوم، كلسيم، سديم، پتاسيم، باريم، منگنز، بُر، فلوئور، گوگرد با نسبتهاي بسيار مهمي از فلزات سنگين‌تر، بويژه آهن. اين عناصر به تنهايي يا در تركيب با يكديگر كاتيونهايي را تشكيل مي‌دهند كه به ديگر عناصر بسيار واكنش‌پذير (اكسيژن و هيدروژن) متصل مي‌شوند تا مولكولهاي پيچيده متداول در كاني شناسي را تشكيل دهند.
خاك نسبت تهيگي بيشينه اوج اثر موئينگي (برحسب ميليمتر) بيشينه اوج اشباع موئينگي حدوداً نصف اين مقادير است
ريگ ماسه‌دار
ريگ ريز
ريگ گلماسه گرفته
ماسه زبر
ماسه متوسط
ماسه بادي
گلماسه 45/0
29/0
45/0
27/0
66/0-48/0
36/0
93/0-95/0 4/28
5/19
106
82
23906
16505
35902
آب دوست، جاذبه سطحي باعث صعود مايع مي شود ( مثل سطوح سيليكائي)


آب ترس، جاذبه سطحي مايع را دفع مي كند ( مثل پوششهاي سيليكون )

شكل 902
طيف حاصل از اين تركيبات ذاتاً پيچيده است و در نتيجه اين وضع كاني شناسي بلورها پيچيده تر هم مي‌شود. اين پيچيدگي دست كم تا حدودي از شرايط فشار و دماي فوق العاده توام با ادوار طولاني قرار گرفتن مواد پايه در اعماق زير سطح زمين ناشي مي‌شود. بسياري از اين تركيبات پيچيده تنها در صورتي مي‌توانند پس از تجزيه مجدداً تركيب شوند كه شرايطي مشابه تكرار شود. فرآيند دگرگوني (هم چسبي در دما و فشار بالا كه موجب تغيير ماهيت سنگ مي‌شود)كه از جمله ديگر كانيها، موجب تشكيل مرمر مي‌شود، تحت چنين شرايطي صورت مي‌گيرد.و احتمالاً گوياترين نمونه از اين دست سنگهاي دگرگوني تشكيل الماس است. الماس سخت‌ترين بلورهاست كه از كربن متراكم شده‌اي تشكيل مي‌شود كه ساختاري سخت و مشبك به خود مي‌گيرد اما در صورت تركيب با اكسيژن مي‌سوزد و به صورت گاز كربنيك در هوا ناپديد مي‌گردد. اينگونه تفاوت شكلها شديد فوق‌العاده نادر است اما تنوع بزرگ كاني‌ها مي‌توانند ناشي از تغييراتي باشد كه در تكوين آنها صورت مي‌گيرد. مقايسه كربنات كلسيم كه به شكل سنگ‌آهك، مرمر و گل سفيد يافت مي‌شود گوياي همين نكته است.
از نظر شيميايي تركيب و تشكيل كاني‌ها مستلزم جمع ميان يك كاتيون و يك آنيون است اما بهتر است بجاي برداشتي ساده از اين ارتباط، و تجسم آن بصورت رابطه ميان قطب‌هاي آهن‌ربا آنرا به صورت دسته‌بندي‌هايي ديد كه در آن اتصالهاي مثبت به منفي عمدتاً يا كاملاً با بقيه متوازن مي‌گردد. بدين لحاظ است كه كاتيونهاي خاص مي‌توانند چندين نوع دسته‌بندي متفاوت به خود بگيرند. با طيف‌هاي متفاوتي از كاتيونها و آنيونها دوكاني با ويژگيهاي بسيار متفاوت مي‌تواند تشكيل شود. تفاوت يكسره ناشي از بلورهاي متفاوت يا آرايشهاي متفاوت ساختاري اين عناصر متشكله است. در ساده‌ترين سطح شيميايي مي‌توان مقايسه‌اي ميان الماس و گرافيت به عمل آورد. الماس ويژگيهاي ذاتي خود چون سختي و درخشش و شفافيت را از شبكه بلوري متراكم خود تحصيل مي‌كند در حاليكه در گرافيت، كربن به صورت ساختاري ورقه‌اي ماده نرم و سياه رنگي با خصوصيات كاملاً متفاوت به دست مي‌دهد كه در عين حال پس از سوختن آن هم چيزي جز گاز كربنيك به دست نمي‌آيد. اين آرايشهاي متفاوت از عنصري واحد را دگرريخت مي‌نامند. ديگر تفاوتهاي ويژگيهاي تركيب‌ها ناشي از تركيب ساختارهاي بلوري و بقيه تفاوتها زاده ويژگيهاي نا متبلور است.
بدين ترتيب آلوفان كه نوعي ماده رسي نسبتاً ساده است در واقع سيليكات آلومينيوم است. اين ماده عموماً بي شكل است، بدين معنا كه هيچ ساختار بلوري يا سخت به خود نمي‌گيرد و از عناصر متشكله بسيار متداول خاك است. آلوفان ظرفيت بالايي از نظر به خود كشيدن و جذب كاتيونها و در عين حال توانايي قابل توجهي از نظر جذب آنيونها دارد. آلوفان در حالت بنيادي خود چسب سان است اما با جذب كاتيونهاي موجود مي‌تواند وارد مرحله بزرگ تشكيل بلور شود در اين وضعيت اجزاء متشكله واحد به شكلي تنگاتنگ به يكديگر چسبيده ساختاري سخت با شمار بزرگي از ملكولها تشكيل مي‌دهد. بنابراين مي‌تواند از نظر شيميايي به همان صورت قبلي باقي بماند در حاليكه ويژگيهاي فيريكي آن از ملكولي كه آزادانه حركت مي‌كند تبديل به جزء متشكله ساختاري سخت مي‌شود. با بسط اين مفهوم مي‌توان گفت رفتار آبي كه وارد ساختارهاي بلوري مي‌شود باعث شكل گيري طيف‌هاي بيشتري از ساختار ملكولي مي‌گردد.
آلوفان در عين حال يك ويژگي مهم ذراتي را كه در رسها تفوق دارند نشان مي‌دهد . آلوفان چسب سان است. در آب تبديل به يك سل مس‌شود يعني وارد يك حالت معلق با ثبات مي‌گردد كه در آن ملكولها در گروههاي بي شكل گسترده به صورت ذرات بسيار كوچك طولي به هم چسبيده و به نسبت وضعيت خشك همان ماده حجمي به مراتب بيشتر اشغال مي‌كند.
حالتهاي چسب سان نيز از ويژگيهاي مشهود رسهاست. رس ريزدانه به علت ساختار صفحه‌اي خود به نسبت همان مقدار ماسه متوسط ده هزار برابر بيشتر مساحت سطحي دارد و از آنجا كه ويژگيهاي رفتاري مواد نسبت به آب عمدتاً تحت تاثير پديده‌هاي سطحي است، اين رابطه سطحي اهميت فراوان دارد. رفتار رسها تا حدودي برحسب نسبت اندازه ذرات هم چسب به صفحات بلوري تعيين مي‌شود. يك نمايش ترسيمه‌اي ساده از افزايش مساحت سطح مقدار معيني از ماده نشان مي‌دهد افزايش مساحت سطح متناسب است با ويژگيهاي ديگر از قبيل چسبندگي، باد كردن و شكل‌پذيري.
اين خصوصيات در انواع ماسه و گلماسه زبر ناچيز است و در اندازه‌هاي كلي رسها افزايش مي‌يابد و در مراحل چسب ساني فوق العاده مهم مي‌شود. هر چه ذرات كوچك‌تر شود ظرفيت نگهداري آب ذرات بسيار ريز افزايش مي‌يابد و آب جذب شده در خلل و فرج بسيار ريز به نسبت حالت آزاد وارد مرحله كم انرژي‌تر مي‌شود چرا كه حركت ملكولي با مانع مواجه مي‌گردد. اين امر در جابه جايي ملكولها كه سرعت آن به شكلي فزاينده افزايش مي‌يابد مشهود است و به صورت افزايش دما به هنگام جذب آب و كاهش دما به هنگام تخليه آب از رسها محسوس است. به همين دليل است كه وارد كردن نيرو به هنگام تخليه آب حركت مولكولها را تسهيل مي‌كند. شيمي فيريك ملكولها تاثير مهم ديگر در درجه بندي دارد. آمادگي منيزيوم و آلومينيوم به شركت در تركيباتي كه وارد مرحله ظريف تقسيم مجدد مي‌گردد باعث مي‌شود اين عناصر در ذرات متشكله پاياني جلوه بيشتري داشته باشند. بر خلاف اين‌ها، مقاومت ماسه‌هاي كوارتسي خالص در برابر تقسيم به ذرات ريز باعث مي‌شود در مواد زبرتر تفوق داشته باشند. بنابراين با جدا كردن ذرات ريزتر از ذرات زبرتر نمونه خاك، نسبت عناصر شيميايي متشكله آنها مشخص مي‌شود. بدين ترتيب ماسه متوسط مي‌تواند 90% اكسيدسيليكون (كوارتس)؛ گلماسه ريز دانه تنها 65درصد و خاك رسي ريزدانه 30درصد كوارتس داشته باشد كه اين امر تا حدودي به شرايط حمل و تشكيل رسوبات بستگي دارد.
بر خلاف كوارتس، احتمالا” ميزان اكسيد آلومينيوم مي‌تواند خيلي كمتر از 5درصد مواد متشكله ماسه زبر باشد در حاليكه مقدار آن در گلماسه ريز دانه بين 10 تا 15درصد و در رس 25درصد است. در هر حال نبايد تصور كرد نمايش شيميايي حاكي از آن است كه عناصر در ذراتي مجزا يافت مي‌شوند، شاهد اين مدعا را مي توان از بررسي رسها به دست آورد كه غالباً سيليكات آلومينيوم هستند ولي مقادير متفاوتي از منيزيم، پتاسيم و آهن و فلزات ديگر مثل كلسيم و تيتانيوم دارند.
يك نمايش ساده مقدار نسبت‌هاي مواد ترسيم نموداري است كه نشان مي‌دهد ماسه‌ها عمدتاً از كاني‌هاي سيليكاته اوليه و رس‌ها از سيليكاتهاي ثانويه تشكيل شده‌اند. اين شكل با تشخيص اين معنا كامل مي‌شود كه مواد غير سيليكاته معمولاً در ميانه طيف قرار مي‌گيرند و به نسبت ماسه و رس بخش بزرگتري از گلماسه‌ها را تشكيل مي‌دهند هر چند بايد به خاطر داشت اين الگو مي‌تواند تفاوتهاي گسترده داشته باشد.
702 كاني شناسي و زوال كاني‌ها
دو نظام تعريف كاني‌ها ضرورتاً به موازات هم پيش مي‌روند- شيميايي و زمين شناسي. مي‌توان در تحليل نهايي محتويات يك ماده را از روي عناصر موجود در آن شناسايي كرد ولي توصيف نحوه تجزيه عناصر هيچ راهنمايي در مورد فرم ماده در اختيار نمي‌گذارد. حفاظت گر كه با مسائل عملي سروكار دارد عمدتاً بر توصيف‌هاي گونه‎هاي زمين شناسي تكيه مي‌كند مثل سنگ آهك براي نوعي ساختار كربنات كلسيم و مر براي نوعي ديگر از ساختار كه از نظر تركيب شيميايي عملاً مشابه اولي است.
سنگهاي آذرين كه در سخت رويه زمين از سخت شدن گدازه‌ها تشكيل شده عمدتاً از سيليكون و اكسيژن به شكل كوارتس و فلدسپات كه رايج‌ترين كاني‌ها در جبه زمين‌اند به وجود آمده‌اند. اين مواد به شكل تركيبات گوناگون يافت مي‌شود و تشكيل انواعي از سنگهاي آذرين را مي‌دهد كه گرانيت، ريوليت، فلسيت، ابسيدني، ديوريت، آندزيت، بازالت و آمفيبول سياه از جمله رايج‌ترين كانيهاي آن‌اند.
اسامي چون شيست و گنايس براي نامگذاري انواع تغيير يافته‌اي اين سنگهاي بنيادي كه تحت فشار و دما دگرسان شده‌اند در نظر گرفته شده است.
ديگر تغييرات مهم عبارتند از رسوب كلسيت (كربنات كلسيم، ) محلولهاي آبگين و بقاياي اسكلت آبزيان. اين رسوب متبلور مي‌شود تا ذرات را بهم چسبانده تبديل به سنگ كند يا خود تشكيل سنگ دهد. در نتيجه اين فعل و انفعال انواع ماسه سنگ، سنگ آهك، گل سفيد به دست مي‌آيد ودر اين مورد نيز وقوع دگرساني باعث تشكيل مرمر مي‌شود.
فرآيندهاي بي امان، گريز ناپذير و بي پايان هوازدگي كه مقدر است سرانجام سياره زمين را بدل به كره‌اي پوشيده از آب دريا تنزل دهد و كليه ذرات جامد زير آن قرار ‌گيرند، عمدتاً از طريق تغيير شيميايي و انحلال عمل مي‌كنند، آنچه به فرآيند شيميايي كمك مي‌كند فرآيندهاي مكانيكي فشرده سازي و خرد شدن است. دما، حركت هوا، فعاليت جانوران و گياهان، حركت فيريكي يخ و آب و گرما و فشار عظيم درون سخت پوسته موجب تجزيه مواد مي‌گردد در حالي كه عناصر متشكله آنها به شكلي بي امان از طريق اكسايش، آبيده شدن، عمل اسيدها و حلالهاي قليايي خورده و حل مي‌شود تا اينكه سرانجام سنگهاي تجزيه مي‌گردد. كوارتس مقاوم‌ترين كاني است و ميكاي سفيد و فلدسپات، ميكاي سياه و آمفيبول سياه، اولاوين، دولوميت و كلسيت و مواد نرم‌تر چون گچ به ترتيب پشت سر آن قرار مي‌گيرند. اين مراتب مقاومت در برابر هوازدگي علت تفوق مواد مقاوم‌تر در ذرات خاك را شرح مي‌دهد. هر محصول متوالي طيف تازه‌اي از جهت كمك به مرحله بعدي فروپاشي يا گسترش آن ايجاد مي‌كند. هر چه دما بيشتر و رطوبت هوا بالاتر باشد فرايند تجزيه سرعت بيشتري مي‌گيرد تا اينكه گرانيت‌ها تبديل به گل رس مي‌شوند و آب كاني‌هاي محلول را شسته به دريا مي‌برد.
802 رس به عنوان كاني
ساختار رسها بلوري و در نتيجه منظم است و شكل كلي آن به شكل ورقه‌هاي كوچك مركب است طوريكه هر ذره از يك صفحه چند لايه به عبارت ساده‌تر مطبق تشكيل شده كه سطح دروني آن به مراتب بيشتر از مساحت خارجي آن است. ملكولهاي آب كه تشكيل آنيونها و كاتيونهاي متعامل را تشكيل مي‌دهند مي‌توانند جذب سطوح داخلي ساختار مطبق شوند. در برخي از مقاوم‌ترين اشكال رس، بلورها از ورقه‌هايي داراي شكل ملكولي متفاوت، بسته به تفوق سيليكون، آلومينيوم يا منيزيوم تشكيل مي‌شوند. ورقه‌ها ضرورتاً مقطع مشابهي پيدا نمي‌كنند و ممكن است ورقه‌اي چهار روي وجهي يك ورقه هشت وجهي قرار گيرد و تشكيل يك ساختار كاملاً سخت بدهد. ساختار ويژه هر يك از رسها تاثير نسبتاً اندكي بر خصوصيات آنها مي‌گذارد اما ويژگي‌هاي عمومي آنها چسبندگي، قالب‌پذيري، حفظ رطوبت، بادكردن، آب رفتگي و لغزندگي-با استعداد آنها در توليد مواد سخت و مقاوم در مي‌آميزد تا ويژگيهايي را ايجاد كند كه انواع رس به خاطر آنها تا به اين وسعت مورد استفاده قرار گرفته‌اند و حفاظت‌گر بيش از هر چيز با اين ويژگيها سروكار دارد. با اين وجود از نظر علمي تقسيمات فرعي انواع رس در تهيه مخلوط مناسب و فهم عملكرد محتمل رس اهميت دارد.
رسها به دو دسته سازمند و چسب سان تقسيم مي‌شوند. از لحاظ تجزيه همه رسها عملاً مخلوطي از هر دو هستند. رسهاي سازمند توده‌اي چسبنده تشكيل مي‌دهند كه در آن هر يك از ساختارهاي صفحه مانند كه از چندين ملكول مطبق شبيه ويفر تشكيل شده، تحت شرايط مناسب به شكلي همدوس سازمند مي‌گردند. اين رسها كه در حال تعليق كامل حالت تصادفي دارند تحت شرايط فشار و ارتعاش به حركت درآمده آرايشهايي فشرده به خود مي‌گيرند در حاليكه رسهاي چسب‌سان به علت ارتباط‌هايي كه آنها را در رابطه‌اي دورتر نسبت به يكديگر نگه مي دارد در برابر همدوسي مقاومت مي‌كنند.
اجزاء متشكله رسها معمولاً عبارتند از كائولينيت، مونتموريونيت به علاوه ايليت (كه اسمكتيت هم نام دارد) و آلوفان. اين مواد نمايانگر مراحل گوناگون هوازدگي هستندو با جابجايي يونهاي فلزات در فرايندهاي خيساندن و واكنش نوع رس از شكلي به شكل ديگر ادامه مي يابد. خيساندن اساساً عبارت است از فرايند شستن و خارج كردن مواد محلول كه نتيجه آن انتقال يونها از يك ساختار به ساختاري ديگر و ايجاد شكل ديگري از شيمي رس است. در نتيجه ادامه اين فرايندها يك نوع رس به نوعي ديگر تبديل مي‌شود. كائولينيت نمايانگر هوازدگي خاك به مقداري بيشتر از ايليت ورميكوليت و كلريت است. ايليت و مونتموريونت در ارتباطي چنان تنگاتنگ يافت مي‌شوند كه زمين شناسان توصيف مشترك آنها را راحت تر مي يابند. اما خصوصيات فيريكي آنها بسيار متفاوت است: مساحت سطوح داخلي مونتموريونيت پنجاه برابر بيش از ايليت است كه خود آن است. نسبت اجزاء متشكله گوناگون در درون يك تركيب تاثير شديدي بر رفتار خاك دارد. عموماً واكنش‌هاي شيميايي در شرايط گرم و مرطوب سريع‌تر صورت مي‌گيرد و هوازدگي رس‌ها در نواحي استوايي، با كمك فرآيندهاي آلي، توليد كرده كه از لحاظ مقدار تجزيه بيش از رسهاي مناطق معتدل تجزيه شده‌اند و در نتيجه انواع خاك هماتيت سرشار از آهن و درصدهاي بالاتري از مواد چسب‌سان تفوق مي‌يابند. نتيجه خاكي است با چسبندگي بيشتر كه سرخي خاص خود را دارد و اغلب لاتريت ناميده مي‌شود.
گروههاي اصلي رسها و مواد مرتبط با آنها همراه با مواد ملازم با آنها در ذيل آمده است.
شكل 2-10 ساختار ملكولي رسها












• گروه اسمكتيت: مونتموريونيت و كاني‌هاي ديگر، ساپونيت، نانترونيت، باي دليت و غيره: قالب‌پذيري فراوان، داراي ويژگي آب رفتگي و انبساط فراوان (شبكه اسمكتيت). گروه اصلي رس‌ها با گستردگي فراوان و ذرات متشكله بسيار ريز كه ماده خشك بسيار سختي به دست مي‌دهد. اندازه دانه‌ها0/01-1 ميكرومتر. مساحت سطوح داخلي
• ورميكوليت‌ها: قالب‌پذيري و انبساط كمتر از اسمكتيت‌ها است؛ آب باعث حفظ صفحات رس مي‌شود.ريزدانه با انبساط متوسط و منيزيوم/ آلومينيوم پايه.
• ايليت‌ها: ميكاهاي ريز دانه مثل ميكاي سياه و ميكاي سفيد. انبساط ناچيز، اندازه دانه يك تا صد برابر اسمكتيت، متصل به پتاسيم.
• كائولينيت‌ها: شامل كائولين، هالوي سيت، ديك تيت و ناك ريت. منبسط نمي‌شود. كمي چسبناك، اندازه ذرات بزرگتر است و صفحات بيشتري دارد. داراي حداقل فاصله گذاري ميان ملكولهاست. محصول پاياي هوازدگي شديد است. اندازه بلورها 5-2 ميكرومتر. سطح داخلي
• كلريت‌ها: سيليكاتهاي آهن و منيزيوم است كه عموماً مشخصات فيريكي مشابه ايليت‌ها دارند. اغلب حاصل شسته شدن و خروج منيزيوم در نتيجه هوازدگي اسمكتيت‌ها است.
• آلوفان: ( تا ). بي شكل با انبساط اندك، چسبند، چسب سان كه وسيعاً با خاكها مخلوط شده است.
ژيبيست: ( ) و ژئوتيت( ): مقداري ساختار بلوري، به اندازه گل ‎هاي سيليكاته چسبيده نيست، محصول هوازدگي شديد است، پراكندگي فراواندارد، لاتريتي است.
اين خصوصيات مي‌تواند به حفاظت‌گر كمك كند به تخمين زدن عملكرد موادي كه توصيف زمين شناسي آنها ارائه گرديد بپردازد. با اين همه استنتاجهاي مبتني بر كليات مي‌بايست هميشه تابع آزمونهاي عملي و آزمايشگاهي بوده توسط آنها تكميل شود.