فرآیند پخت و انقباض آجر رسی

فرآیند پخت و انقباض آجر رسی
تاریخ انتشار  : ۲۴ اسفند ۱۳۹۶

فرآیند پخت و انقباض آجر رسی

در دمای کمتر از 100 درجه سانتی گراد ، هر گونه رطوبتی از آجر زدوده می شود.در چنین شرایطی ماهیت رس تغییر نمی کند ، بدین معنی که ، خاک رس پس از خنک شدن و کسب رطوبت خواص اولیه خود را حفظ می کند.

نخستین فعل و انفعال های غیر بازگشتی تقریبا دمای 450 تا 500 درجه سانتی گراد با وقوع دی هیدروکسیلاسیون آغاز می گردد.قسمتی از ساختار واقعی خاک رس، یعنی گروه های هیدروکسیل ، به صورت بخار از آن خارج و منجر به انبساط بسیار کم آجر می شود.

مواد آلی موجود در خاک که منشا گیاهی دارند، در دمای 400 تا 700 درجه سانتی گراد می سوزند و گاز دی اکسیدکربن حاصل می شود.برای گرم شدن آجر ، نفوذ اکسیژن به درون آن و خروج دی اکسید کربن از آن به زمان کافی نیاز است.در صورت سوختن مواد آلی قبل از رسیدن دما به نقطه تشکیل ساختمان شیشه ای ، فرآیند نفوذ غیر ممکن خواهد بود و کربن به صورت زغال نامطلوب در درون آجر باقی خواهد ماند.این موضوع بر اثر فقدان اکسیژن نیز پدید می آید.برای بهبود خاصیت نفوذپذیری خاک و پختن می توان مقداری مواد نفوذ پذیر نظیر خاک چینی سوخته را با آن مخلوط کرد.

در محدوده بالای دمای سوختن مواد آلی ، کربنات ها و سولفیت های موجود در تجزیه می شوند، دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد متصاعد می گردد.

در دمای 573 درجه سانتیگراد ، شکل بوری سیلیس که به صورت کوارتز در خاک آجرسازی وجود دارد ، تغییر می کند.این تغییر و تحول با انبساط همراه است.در نتیجه ، برای یکنواختی توزیع دما در نقاط مختلف آجر لازم است این سرعت افزایش دما کم باشد.رعایت این نکته از ایجاد تنش های بیش از حد و ترک خوردگی ناشی از آنها جلوگیری می کند.

 

فرآیند پخت و انقباض آجر رسی

 

 

مرحله تشکیل شیشه ، که برای چسبیدن ذرات خاک به یکدیگر و ایجاد جسم بادوام و محکم ضرورت دارد ، بسته به ترکیب خاک مورد مصرف تقریبا در دمای 900 درجه سانتیگراد آغاز می گردد.در فرآیند تشکیل شیشه ، ترکیبات گدازه با سایر کانی های موجود در خاک ترکیب شده و مایعی تشکیل می دهند.هرچه دما بیشتر باشد ، میزان مایع ایجاد شده و میزان انقباض مواد بیشتر خواهد بود.در عمل ، گرما را باید متوقف نمود تا مبادا تشکیل زیاده از حد مطلوب مایع و وزن لایه های فوقانی باعث تغییر شکل آجر گردد.در نهایت آجرهای موجود در کوره با یکدیگر ذوب می شوند.گاز متصاعد شده باعث پف کردن سطح آجر می گردد.

در مرحله پایانی برای اطمینان از یکنواختی عمل پخت آجر بهتر است چندین ساعت آجرها به آرامی حرارت داده شوند.مواد جدید، مانند مولیت ، در دماهایی که تقریبا می تواند به 1100 درجه سانتیگراد نیز برسد ممکن است به حالت بلور درآید.در چنین فعل و انفعال هایی فرآیند پخت دراز مدت در دمای کم می تواند تاثیر مشابهی با فرآیند پخت در مدت کوتاه تر و دمای بیشتر داشته باشد.با آغاز مرحله تبرید ، مایع بر اثر انجماد به شیشه تبدیل می شود و سایر ذرات را به یکدیگر می چسباند.برای جلوگیری از ایجاد تنش های حرارتی زیاد در آجر ، بایستی سرعت تبرید کند باشد .این موضوع به ویژه در دمای تغییر ساختمان کوارتز (573) درجه سانتی گراد اهمیت دارد ، زیرا در حضور کوارتز انقباض قابل توجهی پدید می آید.

انقباض اجتناب ناپذیر در کوره پخت می بایست نسبتا اندک باشد، در غیر این صورت حفظ پایداری آجرها در کوره مشکل خواهد بود.

 

سایر نیازهای اساسی

فن آوری پیشرفته از  تنوع خاک رس و دستگاه های تولیدی و سوخت مصرفی در آنها کاسته است ، در حالی که در سیستم های آجرسازی قدیمی تر محدوده وسیعی از انواع مواد اولیه و سوخت ها قابل استفاده اند.برای فرآیند آجر سازی باید سوخت مطلوب ، یعنی نفت ، گاز ، زغال سنگ ، هیزم ، خار و خاشاک و فضولات گیاهی به حد کافی در دسترس باشد.از نظر بهداشتی این مواد ارجحیت دارد.آب نیز از نیازهای اولیه است و برای انواع رس های بسیار خمیری ممکن است ماسه نیز مورد احتیاج باشد.

 

آزمون خاک رس و تفسیر نتایج

با وجود این که آزمون های نسبتا مفصلی درباره خاک رس دردست است ، اجرای آزمون های بسیار ساده نیز می تواند برای دستیابی به اطلاعات سودمند کافی باشد.انجام دادن آزمون های پیچیده روی خاک ممکن است در طرح های بزرگ صنعتی لازم باشد که اغلب در آنها تجهیزات و دستگاها برای نوع خاصی مواد اولیه تنظیم شده اند.با وجود این ، در چنین طرح هایی وجود کارکنان فنی ماهر نه تنها برای انجام دادن آزمون ها ، بلکه برای تفسیر نتایج حاصل ضرورت دارد.از سوی دیگر، غالبا آزمون های ساده در ضمن فرآیند تولید و در خارج از آزمایشگاه توسط کارکنان با مهارت کمتر انجام می گیرد.ربط نتایج به دست آمده از این گونه آزمون های ساده به مواد اولیه مورد استفاده نسبت به نتایج آزمون های مفصل تر آزمایشگاهی با سهولت بیشتر انجام پذیر است.

بهترین شیوه آزمونی که هزاران سال به نحو موفقیت آمیزی به کار رفته است بررسی ظاهری و نظری خاک و ساخت چند نمونه آزمایشی آجر از آن می باشد.

در این قسمت آزمایش های معمول به منظور بررسی خواص مفید خاک در آجرسازی شرح داده می شود.در ابتدا شیوه های اساسی آزمایش زمین بررسی گردیده و سپس به شرح آزمون های فنی ساده و متوسط می پردازیم.در پایان این قسمت آزمایش های پیچیده تری که در صورت وجود تجهیزات مربوط ممکن است انجام گیرد، به طور خلاصه تشریح و ارائه می شود.

 

اندازه ذرات

با بررسی ظاهری مواد اولیه می توان به وجود ماسه در آن پی برد.استفاده از یک ذره بین ساده به این بررسی کمک می کند.لمس خاک در زیر دست معیاری از نسبت اندازه های مختلف ذرات به دست می دهد.وجود ماسه در خاک خشک ، احساس سنگ ریزه های خشنی را در زیر دست به همراه دارد.در این صورت خاک پخش شده به وسیله پشت ناخن دست صیقلی نخواهد بود.بر اثر خیس و له نمودن خاک بین دو انگشت دست، ذرات ماسه مشهودتر خواهد بود.

در صورت زیاد بودن نسبت رس ، خاک نرم بوده و به راحتی با دست پاک می شود.به علاوه ، با پخش کلوخه ای از خاک رس روی سطح صاف می توان آن را با پشت ناخن صیقلی نمود.خاک مرطوب را می توان به هر شکلی در آورد، اما به علت چسبندگی زیاد به دست می چسبد.با افزایش درصد رس در خاک ، جدا کردن آن از دست مشکل تر خواهد بود.

خاک مناسب برای آجر سازی باید دارای درصد زیادی ماسه باشد تاسطح آن صیقلی نشود.در صورت زیاد بودن نسبت رس لازم است ماسه اضافی به خاک افزوده گردد.

با استفاده از ظروف رسوب گیری می توان درصد اندازه های مختلف ذرات را تخمین زد.هرگونه ظرف شفاف ، دارای کف مسطح و دیواره های مستقیم را می توان برای انجام دادن این آزمون ها به کار برد.ابتدا یک سوم بطری را خاک می ریزیم و سپس آب پاکیزه به آن اضافه می کنیم.با تکان دادن بطری سعی می کنیم که محتویات آن به خوبی مخلوط شود.پس از گذشت یک ساعت، دیگر اجزای مختلف ذرات خاک به خوبی از یکدیگر جدا می شوند و قابل تشخیص و اندازه گیری خواهند بود.لایه زیرین شامل ماسه و هر گونه ذرات درشت تر و لایه میانی از لای و لایه فوقانی از رس تشکیل شده است.اغلب ، دو لایه فوقانی در هم نفوذ می کنند.در بعضی خاک ها رسوب رس به آرامی صورت می گیرد.مصرف آب نمک دار در این آزمون باعث تسریع در ته نشینی رس و سهولت انجام دادن آزمایش می شود.

در مواردی که تجهیزات آزمایشگاهی در دسترس باشد ، با به کارگیری سرند مرطوب می توان درصد ذرات مختلف ماسه را تخمین زد.در این آزمایش ، نمونه خاک را روی چند سرند که اندازه چشمه های آن به ترتیب افزایش می یابند شستشو می دهیم.سرندها باعث جدا شدن اجزای مختلف موجود در خاک می گردند.با خشک نمودن سرندها و توزیع هر یک و محاسبه ساده می توان به درصد اجزای تشکیل دهنده خاک پی برد.اختلاف بین وزن اجزاء و وزن نمونه خاک اولیه برابر با مقدار لای و رس موجود در خاک خواهد بود.برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این جزء از خاک لازم است از دستگاه دیگر به نام پی پت رسوب گیری یا از روش هیدرومتری استفاده شود.

خاک مورد استفاده در آجر سازی به روش سنتی ، بایستی دارای 25 تا 50 درصد لای و رس و 50 تا 75 درصد ماسه و ذرات درشت تر باشد.پراکندگی اندازه ذرات خاک هر چه بیشتر باشد بهتر است.

 

خاصیت خمیری و چسبندگی خاک

نمونه ای از خاک مرطوب را با کمک دست روی یک سطح صاف به شکل فیتیله در می آوریم.جدا شدن قسمت هایی از این خاک مرطوب فیتیله شده بر اثر مالش ، بیانگر خاصیت خمیری کم خاک و وجود مقدار زیادی ماسه در آن است.از سوی دیگر ، چنانچه فیتیله بر اثر کشش قبل از جدا شدن نازک و باریک شود ، در این صورت خاک مزبور برای آجر سازی مناسب خواهد بود.

در آزمایش دیگر ، فیتیله درازی به قطر 10 میلیمتر از خاک مرطوب ساخته و به طور آزاد از یک سر آویخته می شود.طولی از فیتیله باعث پارگی آن شود محک نسبتا دقیقی از خاک را در بر خواهد داشت.در این مورد،لازم است مقداری رس به خاک افزوده گردد.از سوی دیگر، طول فیتیله بیش از 150 میلیمتر نشان دهنده غلظت زیاد خاک رس است و باید مقدار کافی ماسه یا شن به خاک اضافه شود.خاک مناسب برای آجرسازی خاکی است که طول فیتیله مربوطه در لحظه پارگی 50 تا 150 میلیمتر باشد.

 

 

فرآیند پخت و انقباض آجر رسی

 

 

خواص خاک مرطوب بستگی به مقدار رطوبت موجود در آن دارد.رطوبت خاک مرغوب موقعی مناسب است که گلوله ای از آن بر اثر سقوط از ارتفاع معینی بر روی زمین سخت به چندین قسمت معدود تقسیم شود.از طرف دیگر، پخ شدن گلوله بیانگر وجود رطوبت زیاد در آن و تقسیم گلوله به تعداد زیاد نشان دهنده رطوبت کم خاک است.با آزمون های ساده آزمایشگاهی می توان به ارزیابی دقیق تری از خواص خمیری خاک دست یافت.برای ساختن خمیر خیلی روان بایستی مقدار زیادی آب با خاک مخلوط گردد.بدین منظور خمیر را روی یک صفحه پلاستیکی مشبک قرار می دهیم و به کمک کاردک خوب به هم می زنیم.با جدا شدن آب از خمیر و جذب آن به وسیله صفحه مشبک خمیر سفت تر می شود.با کاردک یک شکاف روی خمیر می دهیم.در صورت وجود رطوبت زیاد شکاف بسته می شود.هرگاه شکاف روی خمیر باز بماند و بسته نشود، بایستی حدود 5 گرم از آن برای تعیین میزان رطوبت برداشته و بلافاصله توزین شود.آن گاه پس از چندین ساعت قرار برای تعیین میزان رطوبت برداشته و بلافاصله توزین شود.آن گاه پس از چندین ساعت قرار گرفتن در کوره با دمای 110 درجه سانتیگراد ، این نمونه دوباره توزین می شود.با یک محاسبه ساده میزان رطوبت موجود در خاک به دست می آید که حد روانی خاک خواهد بود.علاوه بر این می توان چند تکه کوچک خمیر را از صفحه شیشه ای مسطحی به صورت فیتیله هایی به قطر 3 میلیمتر در آورد.در ابتدا که حالت خمیری خاک زیاد است ، این عمل به راحتی انجام می گیرد.سپس با تبخیر رطوبت خاک در لحظه معینی در فیتیله های مزبور ترک های طولی ظاهر می گردد و به قطعاتی به طول تقریبا 10 میلیمتر خرد می شود.در لحظه وقوع چنین پدیدهای آزمایش تعیین رطوبت دوباره روی آن انجام می گیرد.بدین ترتیب که 5 گرم از خرده های مزبور دقیقا توزین می گردد و پس از خاک شدن در گرمخانه و رسیدن به وزن ثابت درصد رطوبت آن محاسبه می شود ، این درصد خمیری خاک خواهد بود.

تفاوت دو حد فوق ، یعنی حد خمیری و حد روانی ، ضریب خمیری خاک محسوب می گردد.

مواقعی که دستگا های پیشرفته تری در دسترس باشد ، حد روانی را می توان به وسیله نفوذ سنج مخروطی تعیین نمود.در استاندارد بریتانیا به شماره BS1377  روشی برای این آزمون ارائه شده است.در این آزمون ، میزان نفوذ مخروطی فلزی به وزن 80 گرم با زاویه راس 30 درجه به مدت 5 ثانیه در درون خاک مرطوب اندازه گیری می شود.با اندازه گیری این میزان برای رطوبت های مختلف حد روانی به دست می آید که عبارت است از درصد رطوبت خاکی که نفوذ سنج 20 میلیمتر در آن نفوذ کند.حد خمیری نیز با آزمایشی مشابه این تعیین می شود.

در آزمایشگاه های مجهز روش های دیگیر نیز برای تعیین خواص مزبور به کار می رود.ساخت آجر با خاک دارای ضریب خمیری کم به سختی انجام پذیر است.آجر خام قالب گیری شده از چنین خاکی در صورت دارا بودن رطوبت اندکی ، بیش از حد مطلوب از هم می پاشد در حالی که اگر رطوبت به حد کافی نباشد خمیر آن برای قالب گیری خیلی سفت خواهد بود.بنابراین خاک دارای ضریب بیشتر نسبت به این نوع خاک ارجحیت دارد.

 

خاک های با حد خمیری زیاد ، قبل از آماده شدن جهت قالب گیری به آب فراوانی نیاز دارند.در این صورت ، قبل از ورود به کوره مرحله خشک شدن طولانی تری خواهد داشت.حد خمیری زیاد و حد روانی فوق العاده زیاد می تواند نشان دهنده وجود مونتموریلونیت در خاک باشد که در این حالت ، مسائل عمده ای پیش می آید و نیازمند توجه ویژه ای است.زیرا در روش های ساده تولید آجر این نوع خاک ها بایستی مقدار آب بیشتری داشته باشند یا باید روی مخلوط های نیمه خشک فشارهای تراکمی بیشتری اعمال گردد و یا مواد رقیق کننده ای که طی فرآیند دچار انقباض نمی شوند به کار رود.وجود مونتموریلونیت در خاک باعث ایجاد تغییرات ابعادی قابل توجهی در آجرهای در حال خشک شدن می گردد.

تجزیه شیمیایی خاک

رنگ نمونه های خاک به دست آمده از کاوش های زمینی اطلاعات محدودی از ترکیب آن می دهد.خاک سرخ ممکن است از نظر آهن غنی باشد که در این صورت مانند گدازه عمل می کند.رنگ خیلی تیره و یا بوی نای خاک در حالت مرطوب می تواند نشان دهنده وجود مواد آلی در خاک باشد.

مصرف چنین خاکی برای کشاورزی در اولویت قرار دارد.ایجاد پوسته بر سطح خاک خشک دلالت بر وجود نمک های محلول در آن می کند.از مصرف چنین خاکی حتی الامکان باید اجتناب کرد.

در آزمایشگاه با انحلال نمک های مزبور در آب و افزودن محلول کلرور باریم به آن ، وجود انواع سولفات در خاک به راحتی مشخص می گردد.تشکیل رسوب بیانگر وجود سولفات در خاک است.از سوی دیگر ، نمک های کلرور را می توان با افزودن نیترات نقره شناسایی کرد.این گونه آزمایش های ساده در محل نمونه گیری را می توان با افزودن نیترات نقره شناسایی کرد.این گونه آزمایش های ساده در محل نمونه گیری به کمک کیت های مخصوص سنجش های شیمیایی به راحتی انجام پذیر است.مشاهده تاول و برآمدگی های کوچک احتمالا سفید بر سطح خاک می تواند دلیل بر وجود کربنات کلسیم در خاک باشد.برای تخمین کمی کربنات موجود در خاک ، این روش پیشنهاد شده است.بر اساس این روش پس از افزودن  محلول رقیق اسیدکلریدریک 1 تا 8 درصد کربنات ، تصعید کم و 8 تا 16 درصد کربنات ، تصعید قابل توجه حباب گاز را به همراه دارد وجود بیش از 18 درصد کربنات در خاک باعث کف کردن ناگهانی آن می شود.

تجزیه کامل شیمیایی خاک را می توان در یک آزمایشگاه مجهز انجام داد که نتایج حاصل از این تجزیه و دیگر آزمایش های کانی شناسی به شناسایی اجزای ترکیبی خاک کمک می کند.

 

 

انقباض ناشی از خشک شدن خاک رس

وجود رس زیاد در خاک مرطوب از حالت چسبندگی آن و در شرایط جوی خشک ، از ترک های ناشی از خشک شدن و انقباض خاک قابل تشخیص است.تعیین میزان انقباض خاک مرطوب در فرآیند تولید آجر سودمند است.ساده ترین روش تعیین آن قالب گیری و تهیه چند نمونه آجر از خاک مورد نظر و اندازه گیری کاهش ابعاد بر اثر خشک شدن کامل است.

ظاهر آجرهای آزمایشی تا حدودی شاخص لازم را برای مناسب بودن خاک مورد آزمایش در آجرسازی به دست می دهد.در صورت عدم وجود ترک در سطح آجر ، آن خاک برای ساخت آجر مناسب است.چنانچه ترک های کوچکی در سطح آجر مشاهده گردد، با افزودن 20 درصد ماسه و آجر خرد شده این اشکال تا حدودی رفع می گردد.در صورت وجود ترک های بزرگ تر در سطح آجر این میزان را باید به 30 درصد رسانید.خاک های خیلی ضعیف و کم مایه را برای قالب گیری باید با افزودن خاک صحرایی و رس تقویت نمود.

عموما با توجه به ماهیت مواد اولیه و سرعت خشک شدن ، انقباض خطی تا 7 درصد قابل پذیرش است.بیش از این میزان قابل قبول نیست و بهتر است تقویت شود .به هر حال ، دانستن میزان انقباض خطی برای تعیین ابعاد دقیق قالب در مقایسه با ابعاد محصول نهایی ضرورت دارد.

در صورت امکان بهتر است آزمایش دقیق تری در این مورد انجام گیرد.برای انجام  دادن این آزمایش یک قالب روباز چوبی به ابعاد تقریبا 300 میلیمتر طول و 50 میلیمتر عرض و عمق لازم است.

خاک مورد استفاده در این آزمایش باید خشک باشد ، در غیر این صورت آن را خشک و آسیا می کنند و پس از جدا کردن سنگ های درشت ، تا نزدیک حد روانی با آب مخلوط می نمایند طوری که مخلوط حاصل بتواند شکل خود را حفظ نماید.در صورت داشتن فرصت کافی ، روی مخلوط را می پوشانند و پس از گذشت یک شب ، دوباره هم می زنند.برای جلوگیری از چسبیدن خاک مرطوب به قالب ، سطح داخلی آن باید کمی مرطوب شود.مقداری از مخلوط را در کف قالب می ریزند و روی میز یا زمین قرار داده می شود تا حباب های هوا از آن خارج گردد.به همین ترتیب به تدریج قالب از مخلوط پر گردد و خاک اضافی درون قالب به کمک یک صفحه صاف از آن خارج می شود.ابتدا لازم است خاک در دمای اتاق به آرامی خشک شود.پس از مشاهده توقف انقباض می توان آجر را از قالب خارج نمود و در کوره با دمای 110 درجه سانتیگراد خشک کرد.بدین ترتیب مطابق روش یاد شده میزان انقباض خطی محاسبه و تعیین می شود.

 

 

فرآیند پخت و انقباض آجر رسی

 

انقباض در کوره

بخشی از انقباض در کوره پخت اجتناب ناپذیر است.در این مرحله 6-8 درصد انقباض خطی قابل قبول است.ساده ترین روش میزان برای اندازه گیری انقباض در کوره از اندازه گیری انقباض در فرآیند کامل پخت به دست می آید.

اندازه گیری میزان انقباض بر اثر پخت در آزمایشگاه سریع تر و آسان تر از روی زمین انجام می گیرد.پس از قالب گیری و خشک شدن لازم است فاصله خطوط شاخص اندازه گیری شود و سپس در دماهای مختلف در یک کوره آزمایشگاهی پخته گردد.پس از خنک شدن و اندازه گیری مجدد ابعاد میزان انقباض خطی بر اثر پخت قابل محاسبه خواهد بود.برای این آزمایش ، کوره مخصوص طراحی شده است که تنها به یک نمونه احتیاج دارد.این کوره مجهز به شاخص شیشه ای است به گونه ای که انبساط حرارتی آن در خارج کوره اندازه گیری می شود.از انواع خاص کوره با فواصل دمایی غیر یکنواخت می توان اطلاعات سودمند دراین مورد کسب نمود.

 

 

فرآیند پخت و انقباض آجر رسی