علم سرامیک

کارخانه آجر نماچين



R& D
Research and Development


تاثیرات کیفیت مواد اولیه بر روی محصول نهایی آجرهای رسی
چکیده
اهمیت خاک در ادوار گذشته و استفاده از آن در بخش کشاورزی و ساخت سر پناه و ظروف سفالی و کتیبه های زیبا و در عصر حاضر وابستگی صدها تولید صنعتی به خاک ، ضرورت تحقیق و شناخت این ماده پیچیده را بیان می کند .
به سختی می توان با شناخت ظاهری خاک درباره آن اظهار نظر کرده و یا با استفاده از اطلاعات محدود و دانستن چند خصوصیت شیمیایی و یا فیزیکی آن را شناخت و اثر عوامل موجود در آن را و تاثیراتی که آنها بر یکدیگر دارند در کیفیت محصول نهایی پیش بینی کرد به همین دلیل باید همپای اطلاعات علمی ، نتیجه نهایی را در بستر کار عملی و آزمایشگاهی و در جریان تولید انبوه جستجو کرد .
در این مقاله ضمن معرفی آنالیز و ترکیبات شیمیایی خاک آجر مختصراً درباره تاثیرات آنها بر همدیگر و برآیند آنها در محصول نهایی اشاره شده است.
مقدمه :
فراوانی و شکل پذیری خاک رس، انسانهاي اولیه را بر آن داشت تا در عصر نوسنگی و در فلات مرکزی ایران با تولید سفال مبتکر بوم نقاشی جدیدی شوند که قابل حمل ونقل بوده و هنرمندان را برخلاف اعصار گذشته به جای نقش اندازی بر دیوار و پیکره سترگ غارها در هر فرصتی و حتی به هنگام فراغت از کار و تلاش روزانه ، در گوشه دنج پناهگاه و مسکن خود ، سفالینه ها را به نقش و رنگ بیارایند و آمال و آرزوها و پیام های خود را که سرشار از نیازهای ذهنی و غریزه های نفسانی و نیز احسا س زیبایی شناختی بود به هزاره ها و زمانهای بی انتها انتقال دهند.
آنان در سیر تکامل اجتماعی خود از غار نشینی به سمت ساخت سر پناهی از خاک رس رو آوردند و با ساخت و ساز و پوشش نماهای زیبا و متنوع ، تمدن و هنر و صنعت خود را در بستر تاریخ ماندگار کردند.
نقش آفرینی خاک رس در اعصار گذشته و حال نه تنها نياز به شناخت دقیق این ماده اولیه و پیچیده را برای هر محقق و صنعت گر در بر دارد بلکه استفاده بی رویه و غیر علمی از این نعمت بزرگ نتیجه ای به غیر از به هدر دادن سرمایه ملی و به انحراف رفتن در مسیر ساخت و ساز ندارد . استاندارد سازی مشخصه های آجر از جمله مقاومت فشاري ، ميزان جذب آب ، رنگ و پيچيدگي  آجر متاثر از نوع خاک می باشد ، اینکه ما با چه دانه بندی و رطوبت مواد اولیه را آماده کنیم و نیز با چه ابعاد و فشاری خشت خام تولید کنیم و با چه میزان حرارت و زمان ،منحنی پخت را برنامه ریزی کنیم همه متاثر از شناخت مشخصه های شیمیایی و فیزیکی و مکانیکی خاک دارد .
در  حال حاضر سهم استان اصفهان در تولید آجر ایران در حدود 40% می باشد که روزانه نزدیک به 50000 متر مکعب خاک توسط حدود 450 واحد تولیدی آجر مصرف می شود بعبارت دیگر روزانه حدود 10000 متر مربع از زمین های استان اصفهان به عمق 5 متر خاکبرداری می شود .
این حجم عظیم برداشت خاک ، ضرورت بررسی و تحقیق علمی جهت بهینه کردن صنعت آجر و پاسخگویی به سئوال های زیر و دهها سئوال دیگر را مطرح می کند .
1-    آیا مصرف خاک رس و انتخاب معدن جهت برداشت خاک برای تولید آجر  با استانداردهاي موجود خاک انطباق دارد و آیا محصول نهایی آن از کیفیت لازم برخوردار می باشد؟
2-    آیا راهکاري جهت تغییر الگوی مصرف خاک رس جهت بهینه کردن و کاهش مصرف آن وجود دارد ؟ بعنوان مثال :تغییر ابعاد و سبک سازی آجر، تغییر فرایند و تکنولوژی تولید ، افزودن مواد ترکیبی و...
3-    آیا می توان جهت ساخت وساز و پوشش نما به غیر از خاک رس از مواد جایگزین استفاده کرد ؟
4-    با توجه به اینکه خاک رس مصرفی آجر از خاک کشاورزی می باشد تا چه میزان مقرون به صرفه است تا ما از خاک رس در صنعت آجر استفاده کنیم و تا چه میزان عوارض زیست محیطی خواهد داشت ؟
تعریف خاک
خاک ذرات و توده های کانی ناپیوسته و با پیوند های ضعیف بین ذرات را گویند که نتيجه فرسایش ناشی از هوازدگی فیزیکی و شیمیایی سنگ ها و صخره ها می باشند وبه دو صورت آبرفته یا سطحی و معدنی یا عمقی وجود دارند
خاک آجر مخلوطی از خاک رس ، سنگ آهک (CaCO3) ، ماسه و سولفات ها و ترکیبات آهن دار و رستنی ها و املاح گوناگون می باشد . خاک رس یا هیدرو سیلیکات آلومینیم (Al2O3, pSiO2, nH2O) ماده اصلی خاک آجر بوده و از هوازدگی و تجزیه فلدسپاتها و میکاهای سدیمی و پتاسیمی به وجود می آید و ترکیبي از سیلیس و آلومینیم و مقادیر متفاوتی از اکسید های فلزی و عناصر دیگراست
شناسایی خاک
تولید کنندگان آجر معادن خاک را به دو روش ، بررسی مشاهدات (کنترل چشمی ) و فعالیت آزمایشگاهی (تجزیه شیمیایی و خواص مکانیکی ) خاک را شناسائی می کنند .
آنها براساس تجربه خود مشخصه های ظاهری خاک را مشاهده کرده و در صورت عاری بودن از مواد مضر (شن ، گچ و....) طبق استاندارد ملی ایران   اقدام به نمونه برداری ( حفره ای یا روزنه ای ) از معدن نموده و جهت تجزیه شیمیایی نمونه ها را به آزمایشگاه ارسال می کنند .
اگر چه موارد بالا نقش مهمی در شناسائی خاک آجر خواهد داشت ولیکن تجربه نشان داده است که حتماً پس از طی اين مراحل نیاز به پخت خاک درآزمایشگاه جهت تائید نمونه اولیه و سپس پخت آجر در شرایط طبیعی بصورت انبوه بوده و محصول نهایی پس از انطباق مشخصه های آن با استاندارد   نهایتاً مورد تائید قرار خواهد گرفت .
تجزیه شیمیایی خاک
خاک رس بی رنگ است اما ترکیبات اضافی در آن ، آنرا رنگین کرده و در بسیاری از موارد قابل شناسائی از طریق مشاهده می باشد بعنوان مثال :
خاک رس کبود رنگ آهن II اکسیدیا FeO یا خاک نباتي دارد
خاک رس خاکستری گرد گرافیت (C) دارد .
خاک رس قهوه ای و سیاه گرد زغال سنگ (CaCO3)  دارد .
خاک رس سرخ رنگ آهن III اکسید  Fe2O3 دارد .
خاک رس زرد رنگ آهن II هیدروکسید  Fe(OH)2دارد .
ترکیب شیمیایی خاک رس، عمدتاً از سیلیس و آلومین (Al2O3) می باشد .جدول (1) ترکیب شیمیایی چند نوع خاک آجر را نشان می دهد
جدول 1 – ترکیب شیمیایی چند نوع خاک(ستون دوم و سوم جدول از کتاب کانی ها وسنگ ها ی صنعتی (دکتر محمد حسن کریم پور ) وستون های بعدی مربوط به تحقیقات آزمایشگاه کارخانه نما چین است)

تاثیر ترکیب شیمیائی خاک بر کیفیت آجر
الف : سيليسيم دي اكسيد SiO2
چنانچه در جدول (1) مشاهده می شود بیشترین ترکیب خاک ، سیلیس می باشد وجود مقدار کافی سیلیس از ترکیدن و انقباض آجر جلوگیری می کند ، دمای ذوب سیلیس 1685 درجه است که در اثر وجود مواد گداز آور از جمله آهک در خاک باند سیلیکات سدیم را در پخت آجر تشکیل می دهد و باعث افزایش مقاومت
می گردد در صورتیکه مقدار سیلیس در خاک بیش از حد مجاز باشد چسبندگی خاک را کاهش خواهد داد و آجر مقاومت کمتری خواهد داشت .
ب آلومینیم اکسید Al2O3
وجود متناسب آلومین Al2O3 در ترکیبات سیلیکاتی آجر عامل به هم چسبیدن ذرات ماسه و خاک می باشد و مقدار بیش از حد آن باعث تو پر شدن و ترکیدن آجر به هنگام خشک شدن می گردد، عمل اکسیداسیون و تبدیل و ایجاد سیلیکات های آلومینیم از حرارت 500 درجه آغاز و تا900 درجه سانتیگراد ادامه می یابد.
ج-  آهن III اکسید Fe2O3
آهن III اکسید Fe2O3 علاوه بر کاهش درجه پخت آجر یکی از عوامل مهم قرمز شدن رنگ آجر می باشد در صورتیکه در خاک رس مقدار کافی آهن باشد و پخت در شرایط اکسیدان انجام شود رنگ آجر قرمز می شود و در صورتیکه  مقدار هوای احتراق کم باشد رنگ آجر ارغوانی کم رنگ شده و در پخت پائین به رنگ عنابی روشن در می آید .
د-كلسيم اكسيد Cao
خاک رس بر اساس ترکیبات شیمیایی به دو گروه خاک رس آهکی (حدود 15% کربنات کلسیم CaCO3 ) و غیر آهکی تقسیم می شود ، وجود آهک به صورت اکسید کلسیم یا گرد سنگ آهک در خاک رس علاوه بر سفید کردن رنگ آجر به عنوان مواد گداز آور نقش خواهد داشت ، در حالیکه میزان CaOدر خاک بیشتر از اکسید آهن باشد و پخت در شرایط احیایی انجام شود رنگ آجر زرد شده و در صورتیکه پخت در شرایط معمولی انجام گردد رنگ آجر کرمی می شود ،اگر دانه های درشت سنگ آهک در خاک آجر باشد ،آنها در جریان پخت به آهک زنده تبدیل شده (CaCo3→CaO+Co2) و زماني كه در مجاورت رطوبت يا آب قرار گيرد آهك زنده شكفته شده عامل از هم پاشیدن و ترک خوردن آجر می شوند .
(حرارتCaO +H2O→Ca(OH)2 + ) به این پدیده آلوئک گفته می شود .جهت جلوگیری از این پدیده باید خاک آجر از الک 20 مش (85/0 میلیمتر ) گذرانده شود .
ه – گوگرد تری اکسید SO3
اگرخاک رس دارای سنگ گچ یا کلسیم سولفات متبلور باشد (CaSO4, 2H2O) ابتدا در گرمای 100 تا 300 درجه سانتیگراد آب خود را از دست می دهد و به کلسیم سولفات CaSO4 تبدیل می شود و سپس در حرارت 800 درجه  به بالا به SO3 و CaO تجزیه می شود CaO را در بالا توضیح دادیم و SO3 یا گوگرد تری اکسید در صورت باقی ماندن در حفره های آجر با جذب آب تولید سولفوریک اسید می کند که آجر را آسیب می رساند  . Fe2(So4)3هم عيناً در اثر حرارت به So3 و Fe2O3تبديل مي گردد كه So3 آن چنانچه توضيح داده شد از عوامل مضر در آجر مي باشد  .
و-كلريدهاي سديم و پتاسيم
وجود کلرید ها نظیر سدیم کلرید NaClو پتاسیم کلریدKCl در خاک رس به علت محلول بودن درآب باعث سفیدک زدن آجر شده و به تدریج آجر را پوک کرده مقاومت آن را کاهش می دهد . به این ترتیب SO3, NaCl , KCl از عوامل مضر جهت پخت آجر محسوب می شوند.
جدول زیر حدود قابل قبول ترکیبات شیمیایی خاک آجر را طبق استاندارد ایران (1162) بیان می کند  .

جدول 2- ترکیب شیمیایی و درصد قابل قبول هر یک از آنها در خاک

جدول 3- درصد ترکیبات شیمیایی خاک که بر کیفیت آجر اثر نامطلوب دارند.

نتيجه گيري :
انتخاب خاك خوب و استاندارد شده به عنوان ماده اوليه توليد آجر ، مهمترين نقش را در كيفيت و چگونگي محصول نهائي آجر هاي رسي دارد  جذب آب ، مقاومت فشاري، رنگ، رواداري و ... همگي متأثر از تركيبات  مختلف خاك آجر مي باشد فراوان ترين عناصر در خاك آجر سيليس، آلومينيم و آهن مي باشند و اگر مقدار آن در حد استاندارد باشد از عناصر مفيد محسوب شده و مواد مضر در خاك CaO ، SO3 ، KCl ، NaCl  هستند .
توليد كنندگان آجر هاي رسي اكثراً از خاك كشاورزي استفاده مي كنند ، اگر چه مشخصات اين خاك در بعضي از موارد با استاندارد آجر هم خواني دارد و ليكن بهتر آن خواهد بود كه سمت و سوي توليدات آجر و سفال در جهتي قرار گيرد كه مواد ديگري جايگزين خاك ارزشمند كشاورزي شود تا ضمن نوآوري از ماندگاري بيشتري بهرمند گردد.
منابع        تاريخ چاپ
کانی ها و سنگهای صنعتی    دکتر محمد حسن کریم پور    1378
شناخت مواد و مصالح ساختمانی    مهندس علی اصغر حمزه گودرزی    1381
زمین شناسی و مصالح ساختمانی    دکتر کاوه خاکسار    1383
شناخت مواد و مصالح    مهندس کورش محمودی – پریما برادران مهاجری    1381
فراورده آجر رس – ویژگی و روش آزمون    موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ايران    1381
شناخت مواد و مصالح    مهندس احمد حامی    1383