خاک مورد استفاده در تولید آجر و آجرنسوزنما

خاک آجر و آجر نسوز نما :مقدمه:

 آجر از قدمی ترین مصالح مورد استفاده در ساخت و ساز بناهای مختلف بوده که قدمت بهره گیری از آن به بیش از هفت هزار سال قبل از میلاد مسیح بر می­گردد و بسته به فرهنگ و محل به کارگیری از انواع مختلف ابعاد و رنگ متفاوتی برخوردار است. در ایران نیز بررسی بقایای سفال و کوره های آجر پزی واقع در شوش و کاشان موید آن است که تاریخچه این محصول در این اماکن حداقل به هزاره چهارم پیش از میلاد مسیح میگردد. آجر بابلی نیز از جمله خشت هایی بوده که نیاکان ما از آن ها به منظور ثبت قوانین و تهیه منشورها بهره برده اند. بشر بخش قابل توجهی از تاریخچه خود را مدیون دوام و پایداری سفال و آجر بوده که با گذشت زمان فرهنگ و اطلاعات گذشتگان را برای آیندگان منعکس کرده است. از سوی دیگر مقاومت قابل توجه آجر در برابر تغییرات دمایی مربوط به فصول و همچنین شب و روز منجر شده است تا این محصول با شرایط کشور همخوانی کامل داشته باشد و از آن در ساخت بسیاری از بناها بخصوص بناهای واقع در شهرهای کویری نظیر یزد، کاشان اصفهان و …. استفاده شود. خصوصیات فراوان دیگر نظیر هدایت حرارتی پایین، تنوع رنگی، انعکاس پایین نور، گیرایی بالا در جوار ملات و …. مشوق آن است که از آجر و به خصوص آجر نسوز نما در تزیین نمای بیرونی بنا ها نیز استفاده شود.

مواد اولیه تولید آجر:

خاک آجر و آجر نسوز نما : ماده اولیه تولید آجر انواع خاک است که از فرسایش طبیعی یا مصنوعی سنگ ها(استفاده از سنگ شکن ها و آسیاب ها) به وجود میآید. سنگ نیز ترکیبی از چند کانی مختلف است و کانی ماده ای است طبیعی، جامد و غیر آلی است که خواص شیمیایی و ساختمان درونی منحصر به فرد خود را دارد[1].

کانی های اولیه موجود در آجر:

منشا اصلی آجر ها خاک های رسی بوده که خود نیز از کانی های رسی نشات می­گیرند. خاک های رسی به خاک هایی گفته میشود که اجزا تشکیل دهنده آن ابعادی کمتر از 0.004 میلیمتر داشته و به هنگام جذب آب خاصیت پلاستیسته پیدا میکند. کانی های رسی همگی جزو فیلوسیلیکاتهات یا سیلیکات های ورقه ای به شمار میروند که به علت وجود عناصر مختلف در شبکه بلوری، خاصیت فیزیکی و شیمیایی متنوعی از خود نشان میدهند و ترکیباتی که عمدتا در ساختمان این خاک ها وجود دارند عبارت اند از Al2O3 ، SiO2 ،  H2O. علاوه بر ترکیبات ذکر شده معمولا عناصر دیگری نظیر Ca،K،Na و Fe نیز در این دسته از خاک ها یافت میشوند که بسته به مقدار آن ها میتوانند در زمان پخت نقش کمک ذوب داشته باشند. از جمله کانی های اصلی مورد استفاده در آجر عبارت اند از کائولینیت، ایلیت، سیلیس که بخش قابل توجهی از آجرها و به ویژه آجر های نسوز را شامل میشوند[2].

کائولینیت:

کانی کائولینیت از خانواده کانی های سیلیکاته آبداری است که حدود40 درصد از آن ترکیب Al2O3 و در حدود50 درصد از آن نیز شامل Si20 است. این کانی تا دمای 1520 درجه سلسیوس تغییر شکل نداده و ساختار فیزیکی خود را حفظ میکند و به همین دلیل اضافه نمودن آن به خاک آجر منجر به افزایش دمای پخت میگردد و سبب بهبود فرایند زینتریگ آجر شده و به خاکی که حدود 70 درصد از آن از این کانی باشد خاک کائولن گفته میشود.

ایلیت:

کانی مهم بعدی کانی ایلیت است که عمدتا از تجزیه فلدسپات های قلیایی یا مسکویت تشکیل شده و معمولا رنگ روشن مایل به سفید دارد مگر آنکه عناصر رنگی وارد ترکیب آن شود و نقش آن در ترکیب خاک عمدتا تامین خاصیت پلاستیسیته است[2].

مونمورینیت:

یکی دیگر از کانی هایی که به منظور تامین خاصیت پلاستیسیته مورد استفاده قرار میگیرد کانی مونتموریونیت است که دارای عناصر Na و Ca  بوده و خاکی با بیش از 70درصد از آن بنتونیت نامیده میشود.

کوارتز:

کانی کوارتز با ترکیب شیمیایی SiO2 که در عموم به سیلیس نیز شناخته میشود در تمامی کانی های سیلیکاته حضور دارد و وجود آن ضمن بالا بردن دمای پخت سبب استحکام بدنه آجر نیز میشود. سختی این کانی در مقیاس موس در حدود 7 است[1] و در صورتی که مقدار آن بیش از حد مجاز(40 تا 60 درصد) در ترکیب آجر وجود داشته باشد علاوه بر افزایش خورندگی دستگاه های سنگ شکن و آسیاب سبب سست شدن و شکنندگی آجر نیز میشود.

فلدسپات:

کانی بعدی کانی فلدسپات است که از دسته کانی های سیلیکاته بدون آب به شمار آمده و نوع غنی از K آن به ارتوکلاز و نوع غنی از Ca و Na آن به پلاژیوکلاز معروف است و عمدتا از آن به عنوان پرکننده خاک استفاده میشود.

کانی های فرعی:

علاوه بر کانی های ذکر شده فوق کانی های فرعی دیگری نیز در درون خاک وجود دارد که بسته به عناصر موجود در ترکیب بر فرایند پخت و آجر تولیدی تاثیر میگذارند. برای مثال کانی های غنی از عنصر Fe نظیر گوتیت، هماتیت، لیمونیت، پیریت و …. معمولا نقطه ذوب و دمای پخت را کاهش داده و منجر به ایجاد آجر های تیره رنگ قرمز تا سیاه میگردند. کانی های غنی از سولفات نیز مهمترین عامل بروز شوره در میان سایر ترکیبات است که بایستی میزان آن در خاک تشکیل دهنده آجر کمتر از 0.5 درصد باشد. پس از سولفات ها ترکیبات کربناته از جمله آهک حائز اهمیت اند که در صورت وجود بیش از حد این ترکیب علاوه بر افزایش خطر شوره زدگی ابعاد دانه درشت سبب بروز پدیده آلوئک میشوند[3].

منابع تامین خاک آجر:

منبع اصلی تامین مواد اولیه تولید آجر معادن خاک های صنعتی میباشد که بسته به شرایط تشکیل به دو نوع متفاوت تقسیم میشوند.

• خاک های حاصل از تجزیه مستقیم سنگ های آذرین
• خاک های حاصل از تجزیه و هوازدگی شیل ها

خاک آجر و آجر نسوز نما : در مورد اول این مواد به دو شکل برجا و رسوبی خود را نشان میدهند. یک دسته خاک های رسی برجا که معمولا در لایه های خود مقادیری رس های پر آلومین، ماسه های سیلیسی، میکا و فلدسپات دارند و عمدتا دارای رنگ روشن تا سفید میباشند. نوع بعدی خاک های حاصل از تجزیه سنگ های آذرین خاک های رسی رسوبی است که معمولا رنگ خاکستری تا سیاه و یا کرمی تا قرمز دارند. کانی های درون آن ها عمدتا رس های پر آلومین  نظیر کائولین، پیرو فیلیت ها و سیلیس به شکل کوارتز است. پلاستیسته این خاک ها از نوع برجا بیشتر بوده و راه تشخیص آن ها از خاک های حاصل از تجزیه شیل ها در نداشتن ناخالصی هایی نظیر گچ و آهک و…. است. به این منظور استفاده از آنالیز های XRD و همچنین XRF کمک شایانی در شناسایی منشع اولیه دارد[3].

خاک های مورد استفاده در تولید فراورده ها و آجر نسوز

الف) رس آتشخوار: کانی های اصلی عبارت اند از کائولینیت، ایلیت و مقدار کمتری کواترز و اکسید تیتان. میزان Al2O3 در رس آتشخوار 25 تا 45 درصد است.

ب) بال کلی: حاوی ذرات ریز کائولینیت، به مقدار کم مونت موریونیت و مقداری مواد آلی است. قابلیت شکل پذیری و استحکام آن در حالت خشک خوب است. ولی انقباض زیاد هنگام خشک شدن و نا خالصی های آهن و تیتان از نقاط ضعف آن است.

ج) رس فلینت: غنی از کائولینیت است ولی فاقد خاصیت پلاستیکی بوده و میزان Al2O3 آن به 35 تا 40 درصد بوده و هنگام گرم شدن به مقدار کم منقبض میشود.

د) شاموت: این خاک معمولا از کلسینه کردن بال کلی و رس آتشخوار به وجود می­آید.

ه) و …. [4]

منابع:

1. تاربوک, د.ا.ج. and د.ف. لوتگن, مبانی زمین شناسی. Vol. 1. 386.
2. رفیعی, م.ن. and د.ک. امینی, علم مهندسی مواد سرامیک در صنعت آجر, ed. 1. Vol. 1. 1395, تهران: انتشارات پیام کوثر. 125.
3. میرعماد, س.ح. and د.س. ملایری, تکنولوژی فرایند تولید آجر و بلوک سفالی. Vol. 1. 1395: انتشارات بین المللی گیوا. 118.
4. فرهپور, م.م. and ع.و. زاده, خاک های نسوز. Vol. 1. 1383: سپهر دانش(همدان). 70.

تهیه کننده: مسعود لشکری