مواد اولیه آجر

مواد اولیه آجر

  1. منشا و چگونگی توزیع مواد اولیه آجر

تولید آجر نیازمند منابع کافی خاک ، ماسه ، آب و سوخت مناسب است.در این قسمت ، انواع مختلف خاک رس که ممکن است در آجر سازی مورد استفاده قرار گیرد تشریح می گردد.

جزء اصلی خاک مصرفی برای تولید آجر ، خاک رس است.اندازه ذرات خاک رس بی نهایت کوچک و معمولا کمتر از 0.002 میلیمتر است.بین ذرات ریز خاک رس مرطوب نیروهای مختلفی عمل می کنند که باعث شکل گیری درون قالب می شوند.شکل به دست آمده در قالب پس از خشک شدن خاک رس پا برجا می ماند.میزان خمیری بودن مصالح رسی در حالت مرطوب با تماس دست قابل تشخیص است.

طیف وسیع و متنوعی از مواد اولیه از گل های نرم چسبنده تا لایه های رسی سخت را می توان برای ساخت آجر مورد استفاده قرار داد.با وجود این ، اندازه تمامی مواد مزبور باید مناسب باشد.ریز بودن بیش از حد ذرات خاک باعث انقباض بیش از حد آجر پس از خروج از قالب و خشک شدن و احتمالا ترک خوردگی آن می شود.از طرف دیگر، نمونه فاقد خاک رس به حد کافی چسبندگی نخواهد داشت و خواهد ریخت.ماهیت معدنی و شیمیایی رس باید به نحوی باشد که تغییرات ناشی از حرارت کوره آن را به جسم محکم و مقاوم در برابر آب تبدیل نماید و بتواند ذرات درشت تر موجود در خاک را به یکدیگر بچسباند.

خاک رس آجرسازی در اکثر کشورهای جهان یافت می شود.رسوب های جدید زمین شناختی در نواحی دره ها و رودخانه های موجود و اغلب نزدیک  سطح زمین انباشته می شوند.رسوب های قدیمی تر ممکن است به وسیله دیگر مواد غیر مفید در عمق های مختلف پوشیده شده و بر اثر لغزش از موقعیت اولیه شان تغییر مکان دهند.بدین ترتیب ، رسوب های خوب رس را می توان در تپه های مدور و نه در کوه ها یافت.

اطلاعات مربوط به رسوب های رس در بسیاری از کشورها توسط سازمان های نقشه برداری زمین شناختی یا موسسات زمین شناختی جمع آوری و منتشر می شود.محل کارخانه های موجود در زمینه سرامیک و تولید کوزه و سفال و آجر سازی راهنمای مفیدی برای یافتن منابع خاک رس هستند.

 

 

مواد اولیه آجر

 

جستجو برای رسوب های جدید رسی را می توان ابتدا به وسیله بررسی بستر رودخانه و کنارهای جاده تازه ساخته شده و یا مقاطع خط آهن انجام داد زیرا این مقاطع اطلاعات دقیقی از وضعیت خاک می دهند.در مرحله بعد لازم است جزییات و اطلاعات بیشتری از رسوب های تازه کشف شده و به وسیله نمونه گیری از نقاط مختلف ، روی یک شبکه منظم  در منطقه مورد مطالعه استخراج شود.ساده ترین و تمیزترین وسیله نمونه گیری از خاک ، استفاده از یک مته حفاری است.نمونه گیری با این وسیله توسط یک یا دو نفر قابل اجراست.با گردش محور، مته راه خود را به درون زمین باز می نماید و نمونه مورد نظر را برداشت می کند.به طریق مشابه از یک بیلچه نیز می توان برای حفر سوراخ باریک استفاده نمود.با وجود این ، بیلچه نمی تواند تا عمق مته حفاری فرو رود.به جای سوراخ می توان یک گودال حفر نمود طوری که یک کارگر همراه با بیلچه به راحتی بتواند در آن کار کند.این عمل نیازمند انتقال حجم زیادی از خاک است و از این رو نمی توان روش موثر و مطلوبی برای نمونه گیری باشد.از نظر ایمنی ، گودال نبایستی بیش از دو متر عمق داشته باشد.

ثبت دقیق نتایج چنین بررسی هایی کاملا ضروری است.روی نقشه ای از منطقه موقعیت سوراخ حفر شده بایستی مشخص و شماره گذاری گردد.نمونه های حاصل از حفاری می بایست به اندازه کافی کوچک باشند تا تشخیص وجود تغییرات از یک نوع خاک به نوع دیگر امکان پذیر گردد.معمولا ، قشر رویی زمین که گیاهان در آن رشد می کنند از خاک نباتی تشکیل شده و دارای محصولات ناشی از تجزیه گیاهان است.عمق خاک نباتی و لایه های دیگر خاک بایستی اندازه گیری و یادداشت گردد.به محض رسیدن به لایه رسی ، خاک به بیلچه یا مته حفری می چسبد و از این طریق قابل برداشت خواهد بود.در صورتی که هنگام حفاری ، مته به سنگ بزرگی برخورد کند ، باید مته از مسیر قبلی منحرف گردد و یا سنگ را شکسته و یا نوع دیگری مته حفاری استفاده شود.

نتیجه بررسی ها نشان دهنده وسعت سطح منطقه رس ، ضخامت و عمق لایه رسی که ممکن است به آن برسیم و ضخامت لایه خاکی نباتی که لازم است طی عملیات استخراج جا به جا شود خواهد بود.چنانچه لایه خاک نباتی ضخیم باشد در این صورت جابه جا کردن آن به صرفه نخواهد بود؛مگر این که لایه رسی ضخامت مطلوبی برخوردار باشد.

آزمایش های ساده برای تشخیص کیفیت خاک رس به دست آمده را میتوان در محل انجام داد.برای آزمایش های مفصل تر ، هر نمونه خاک بایستی به طور جداگانه روی تخته عریض انباشته گردد و سپس روی هر یک عمل چهارتایی انجام شود.بدین ترتیب که هر نمونه را به چهار قسمت یکسان تقسیم و پس از برداشتن دو قسمت قطری ، دو قسمت باقیمانده را در هم آمیخته و عمل چهارتایی را آن قدر تکرار نمود تا نمونه کوچک چند کیلویی باقی بماند.نمونه حاصل می بایست در یک کیسه پلاستیکی محکم ریخته شود و بر روی چسب آن ، شماره حفاری های مربوط و عمق استخراج نمونه یادداشت گردد.

 

مواد اولیه آجر

 

انواع رس

اصولا لازم است مواد اولیه مورد استفاده برای ساخت آجر دارای خصوصیات زیر باشند:

  1. نسبت رس در خاک به حد کافی باشد تا حالت خمیری و پلاستیسیته خوبی داشته باشد.شکل پذیری مخلوط بستگی به این نسبت دارد.در صورت کافی نبودن درصد ذرات ریز، مواد اولیه ضعیف و کم مایه خواهد بود.وجود رس بیش از حد مطلوب باعث چسبندگی زیاد آن و بروز اشکال در فرآیند می گردد.به علاوه در این حالت ، آجر خشک شده به علت انقباض زیاد در معرض ترک خوردگی قرار می گیرد.چنین خاکی که بیش از حد رس دارد پرمایه  و قوی خوانده می شود.بعضی انواع رس با خصوصیات فوق درصد انقباض زیادی دارند.
  2. افزودن مقدار مناسبی از مواد درشت دانه غیر فعال، مانند ماسه باعث تعدیل و کاهش مسائل یاد شده می گردد.
  3. نسبت مطلوب سیلیس به آلومینیم در خاک رس و حرارتی تا حدود 1000 درجه سانتی گراد ، جسم شیشه ای محکم و بادوامی را به دست می دهد.
  4. وجود مواد قلیایی یا آهن که به تشکیل ترکیبات شیشه ای کمک می کند.
  5. وجود موادی که در دمای آتش کوره تغییر شکل یا انقباض زیادی ایجاد نمی نمایند.
  6. اجتناب از ناخالصی ها و یا افزودنی هایی که باعث گسیختن ساختار آجر می شوند.

اندازه ذرات موجود در رس تاثیر قابل توجهی در چسبندگی ، خصوصیات شکل پذیری ، خشک شدن و پخت آن دارد.

 

مواد اولیه آجر

 

اندازه ذرات موجود در خاک آجرسازی

اجزای مختلف ذرات موجود در خاک را معمولا بر حسب اندازه آنها مطابق جدول زیر درجه بندی می کنند.

در عمل مواد اولیه مورد استفاده در آجر سازی باید مقدار رس (10 تا 50 درصدی)، لای و قدری هم ماسه باشند.بستر به نسبت درصد عناصر فوق چنانچه مواد اولیه محتوی مقداری رس و به همان نسبت لای و ماسه باشد به آن رس لایی اطلاق می شود، مانند لوم.

به علت این که در خاک آجرسازی وجود رس و میزان مناسبی از سایر اندازه ها ضروری است، از این رو لوم ها به ویژه برای تولید آجر مناسبند.

جدول درجه بندی اندازه ذرات موجود در خاک آجرسازی

جز خاک

دامنه ابعاد (میلیمتر)

ماسه

درشت

0.6-2

متوسط

0.2-0.6

ریز

0.06-0.2

لای

درشت

0.2-0.6

متوسط

0.006-0.2

ریز

0.002-0.006

رس

کمتر از 0.002

 

 

 

مواد اولیه آجر

 

کانی های رسی

مواد مورد استفاده در آجر سازی شامل گل های نرم ، رس های نسبتا فشرده و شیل های بسیار متراکم است.ذرات ریز در جزء رسی خاک شامل مخلوط گوناگونی از 12 گروه مختلف ترکیبات معدنی است که در زیر به طور خلاصه به آنها اشاره می شود:

یکی از ترکیبات کائولین است که در ساختار مولکولی آن هزاران لایه مسطح سیلیس (اکسید سیلیسیوم) و ژیبسیت (اکسید آلومینیوم) قرار گرفته و به ذرات آن ، ساختار شش وجهی مسطح می دهد.این لایه ها 0.002 میلیمتر ضخامت دارند که به وسیله میکروسکپ الکترونی قابل رویت اند.وجود این ترکیب معدنی مشکل خاصی در فرآیند تولید آجر ایجاد نمی کند.

در گروه کانی های مونتوریلونیت به ازای هر لایه ژیبسیت ، دو لایه سیلیس وجود دارد و اغلب در کوره پدید می آید.با چنین ساختمانی ، مولکول های آب می توانند بین لایه ها وارد شده و آنها را از هم جدا کنند.انبساط خاک رس ، مرطوب ممکن است تا چندین هفته ادامه یابد.با خروج آب از این کانی ، لایه ها دوباره به هم نزدیک می شوند.در نتیجه در مواردی که خاک رس حاوی مونتموریلونیت است ، میزان انقباض در کوره زیاد خواهد بود.افزایش حالت خمیری و پلاستیسیته ، چسبندگی و مقاومت مونتموریلونت میگردد.

ترکیبات معدنی میکای آبدار و ایلیت با ساختمانی مشابه مونتموریلونت اغلب در مواد اولیه آجر سازی یافت می شوند.کلریت که مشابه مونتموریلونت اغلب در مواد اولیه آجرسازی یافت می شوند.کلریت که مشابه میکای آبدار است نیز در خاک های رسی وجود دارد.در ساختار این ترکیب منیزیم و پتاسیم نیز مشاهده می شود.

در انواع خاک رس ، ذرات فوق العاده ریز کلوئیدی با قطرهای از میلیونیم تا هزارم میلیمتر نیز وجود دارند.این ذرات حامل بار الکتریکی هستند.از این رو جابه جایی آنها در آب و دیگر خواص آنها تحت تاثیر املاح موجود در آب است.بدین ترتیب، خواص فیزیکی رس مرطوب را می توان با افزودن بعضی مواد شیمیایی تغییر داد ، مثلا آن را نرم تر نموده و یا از چسبندگی آن کاست.افزایش اسید باعث لخته شدن و ته نشینی ذرات کلوئیدی می شود در حالی که افزایش قلیا لخته ها را دوباره به صورت ذرات معلق در می آورد.

انجام دادن آزمایش کانی شناسی به تشخیص هر یک از کانی های نام برده در نمونه و سودمندی آن ، در امر تولید آجر کمک می کند.

 

تجزیه شیمیایی

تجزیه شیمیایی به شناسایی کانی های رسی موجود در مواد اولیه کمک می کند.مقدار نسبی سیلیس و آلومین به یکدیگر مربوط اند زیرا هر چه مقدار آلومین بیشتر باشد ، در کوره دمای زیادتری برای تشکیل پیوند  شیشه ای ، که مشخصه فرآورده های سرامیکی است لازم خواهد بود.همچنین با تجزیه شیمیایی می توان به ترکیبات محلول در آب نظیر سولفات های پتاسیم ، سدیم و منیزیم پی برد.با خشک شدن آجر خام در فضای آزاد و قبل از ورود به کوره ، این نمک ها به سطح آجر مهاجرت نموده و ایجاد سفیدک می نمایند.پس از پخته شدن و خروج از کوره ، در صورت دوام سفیدک در سطح آجر آن را بدنما نموده و باعث انبساط و تخریب ملات سیمان دار می گردد.سولفات تاثیر نامطلوبی را به وجود آورد.با شناخت این گونه نمک های مضر در خاک رس می توان از طریق مختلف مسائل ناشی از آنها را حل نمود.راه حل این مسئله انتخاب رسوب رسی بهتر و یا شستشوی رس پس از استخراج به وسیله جرین آب به صورت بارش برای خارج کردن املاح آنهاست.همچنین می توان دمای کوره آجرپزی را زیاد نمود.راه حل دیگر این مسئله افزودن کربنات باریم است که به علت گرانی ممکن است در بسیاری موارد مقرون به صرف نباشد.

در تجزیه شیمیایی، وجود نمک های سدیم و پتاسیم نامحلول در اب می توان نشان دهنده وجود گدازه هایی مانند فلدسپار و میکا در آن باشد.وجود این کانی ها از جهت کاهش دمای تشکیل شیشه مفید است.ترکیبات منیزیم ، کلسیم و آهن نیز رفتاری مشابه گدازه ها دارند.

تجزیه شیمیایی می تواند روی حجم های مختلفی از نمونه خاک انجام گیرد.این موضوع از این نظر مهم است که گدازه ها باید ریزترین ذرات باشند، از این رو در نمونه های درشت به ندرت از این کانی ها یافت می شود.

لاتریت ها به صورت تخته سنگ ، شن ، ماسه ، لای و رس در بسیاری از نواحی استوایی وجود دارد.این کانی ها دارای مقدار زیادی آلومین هستند اما سیلیس آن کم است.از این رو مصرف خاک های لاتریت در آجر سازی نیازمند افزایش دمای کوره است.در عمل ترکیبات پتاسیم و سدیم دار و ترکیبات آهن (که غالبا به صورت گدازه و به فراوانی وجود دارند) تولید آجر از لاتریت ها را امکان پذیر می سازد.لاتریت ها را به شیوه های مختلف تعریف نموده اند ، اما اغلب تعریف زیر قابل پذیرش است:

برای این که یک مااده لاتریت باشد باید نسبت سیلیس به اکسیدهای آهن و آلومینیم در آن کمتر از 1.33 باشد.در صورتی که نسبت مزبور بین 1.33 و 2 باشد آن ماده لاتریتیک و اگر بیشتر از 2 باشد غیر لاتریتیک خواهد بود.

مارن ، خاک رس دارای مقدار زیادی کربنات کلسیم (گچ ، آهک و غیره ) است و در تجزیه شیمیایی کامل به وسیله کلسیم زیاد موجود در آن و کاهش وزن زیادی که بر اثر حرارت به همراه دارد شناسیایی می گردد.این کانی ها دمای شیشه ای دارند که تنها در قلمرو محدودی از دما پابرجا خواهد بود.از این رو در فرآیند تولید ، ذوب آنی پدید می آید.در صورتی که کربنات کلسیم به شکل کلوخه های بزرگی باشد آجر حاصل از آن پس از خروج از کوره شکننده تر می شود.این کلوخه ها را باید از مواد اولیه جدا کرده و یا به اندازه کمتر از 2 میلیمتر آسیاب نمود.

 

مواد اولیه آجر

 

فرآیند خشک شدن و انقباض ناشی از آن

در یک توده خاک رس مرطوب لایه های نازک آب ذرات ریز رس را از یکدیگر جدا می شازد و مقداری نیز به درون ذرات رس نفوذ می نماید.در این حالت ، خاک رس نرم و انعطاف پذیر است و می تواند شکل بگیرد.بر اثر خشک شدن ، به تدریج ، از مقداری آب کاسته می شود و ذرات خاک رس به یکدیگر نزدیک می گردد.بدین ترتیب ، میزان انقباض کلی جسم قابل مشاهده است.این روند آن قدر ادامه می یابد تا ذرات خاک کاملا با یکدیگر تماس پیدا کنند ، اما هنوز آب در حفره های خالی میان ذرات وجود دارد.پس خاک رس دارای حد رطوبت بحرانی است (CMC) . با خشک شدن تدریجی آب ، دیگر هیچ گونه انقباض مهمی اتفاق نمی افتد.

اهمیت عملی این فرآیند این سات که آجرها باید به آرامی تا رسیدن به مقدار رطوبت بحرانی ، خشک شوند تا انقباض تمام قسمت های آجر (بالا،پایین و درون آجر) با سرعت یکسان انجام گیرد.چنانچه یک وجه آجر قبل از وجه آن خشک شود ، وجه دوم ممکن است بر اثر خشک شدن ترک خوردگی پیدا کند.سرعت های مختلف انقباض باعث قوسی شدن آجر می گردد.با رسیدن نقطه بحرانی می توان به سرعت خشک شدن را افزایش داد زیرا دیگر هیچ گونه انقباض وجود نخواهد داشت.

در صورت لزوم برای اجتناب از ترک خوردگی آجر باید سرعت انقباض خیلی کم باشد.اگر سرعت خشک شدن آجرهای قالب گیری شده کم باشد ، می توان از مصالح با انقباض بیشتر استفاده کرد.مونتموریلونیت دارای انقباض استثنایی و زیادی است ، بنابراین بهتر است خاک های دارای این کانی (مانند خاک های پنبه سیاه) را از خشک ترین مخلوط ممکن قالب گیری نمود و حتی الامکان به آرامی خشک کرد.عموما هر چه درصد ریز در خاک بیشتر باشد ، بر اثر خشک شدن انقباض بیشتری را به همراه خواهد داشت و ریزتر شدن ذرات نیز با افزایش میزان انقباض می گردد.بدین ترتیب ، در خاک آجر سازی نباید به مقداری زیاد خاک رس وجود داشته باشد.

برای کاهش انقباض زیاد می توان مواد غیر فعال درشت دانه را با خاک مخلوط کرد.بدین منظور در صورت دسترسی از ماسه استفاده می نمایند و در غیر این صورت آجرهای مرجوعی و ناسالم را آسیا کرده و خاک حاصل را که گرگ اطلاق می شود با دیگر مواد اولیه مخلوط می نمایند.

آجرها قبل از ورود به کوره پخت باید حتی الامکان خشک شوند ، در غیر این صورت ممکن است تشکیل بخار آب در درون آجر باعث ترکیدن آنها گردد.