علم سرامیک

کارخانه آجر نماچين



R& D
Research and Development

مقايسه آجرهاي شيلي و آجرهاي رسي
چکيده
اساسي¬ترين عامل در کيفيت محصول ماده اوليه است. از دير باز تا کنون خاک رس مهم ترين ماده اوليه براي توليد آجر شناخته شده است. اما آجرهاي توليد شده با خاک رس معمولاً داراي کيفيت پاييني هستند و حتي در برخي از ويژگي¬ها مانند درصد جذب آب مطابق با استانداردهاي ملي و بين المللي آجر نمي-باشند. لذا به تازگي براي توليد آجر به جاي خاک رس از مواد ديگري استفاده مي¬شود. هدف از اين مطالعه مقايسه بين برخي از خصوصيات آجرهاي رسي با آجرهاي شيلي و بررسي علل تفاوت بين آنها مي¬باشد. به اين منظور براي بررسي خصوصيات فيزيکي ماده اوليه مورد استفاده جهت توليد آجر، توزيع اندازه ذرات خاک رسي و شيل (پس از آسياب کردن) در دامنه قطر (2/1 تا 001/) ميلي متر توسط الک و هيدرومتر تعيين شد و به منظور بررسي خصوصيات شيميايي ماده اوليه درصد Fe2O3 ، SiO2، Al2O3  و LOI نيز در خاک رسي و خاک حاصل از شيل اندازه¬گيري شد سپس نمونه¬هايي از آجر رسي و آجر شيلي انتخاب و برخي از ويژگي¬ها شامل درصد جذب آب، مقاومت فشاري، درصد مواد محلول و تحمل سيکل يخ زدگي و تلرانس ابعاد براي هر کدام از نمونه¬ها تعيين شدند. نتايج نشان داد آجرهاي شيلي نسبت به آجرهاي رسي به طور معني¬داري درصد جذب آب کمتر و مقاومت فشاري بيشتري دارند همچنين آجرهاي شيلي مي¬توانند بيش از 50 سيکل يخ¬زدگي را تحمل کنند حال¬آنکه آجرهاي رسي توان کمتري نسبت به تحمل اين سيکل دارند. آناليز شيميايي خاک رس و خاک حاصل از شيل نشان داد در صد مجموع Fe2O3 ،  SiO2و  Al2O3در خاک شيل بيشتر از مجموع درصدFe2O3 ،  SiO2و  Al2O3در خاک¬هاي رس کشاورزي است همچنين بررسي توزيع اندازه ذرات مواد اوليه نشان داد در خاک حاصل از شيل بيشترين فراواني را ذراتي با قطر (2/1 تا 063/0) ميلي-متر ( ذرات شن و سيلت) و در خاک رس کشاورزي بيشترين فراواني را ذراتي با قطر کوچکتر از 005/0 ميلي¬متر ( ذرات رس) دارا هستند. به نظر مي¬رسد برتري آجرهاي شيلي نسبت به آجرهاي رسي از نظر برخي از ويژگي¬ها مانند جذب آب، تحدب و تقعر، تلرانس ابعاد، مقاومت فشاري و تحمل سيکل يخ¬زدگي مربوط به تفاوت در ويژگي¬هاي فيزيکي و شيميايي مواد اوليه مورد استفاده براي اين دو نوع آجر باشد. چناچه افزايش درصد اکسيدهاي آهن و آلومينيوم در شيل¬ها نسبت به خاک رس مي¬تواند يکي از دلايل افزايش مقاومت فشاري در آجرهاي شيلي باشد.

واژگان کليدي: آجر رسي، آجر شيلي، ويژگي¬هاي آجر و خصوصيات ماده اوليه

مقدمه
مهمترين دليل تنوع محصول را مواد اوليه مصرفي کارخانجات تشکيل مي دهد. در ايران از قديم آجر ها با خاک هاي رسي توليد مي¬شده¬اند اما از آنجا که خاک رسي مناسب در همه¬جا يافت نمي¬شود و خاک¬هاي رسي مورد استفاده معمولاً داراي مقادير زيادي آهک مي¬باشند، در نتيجه آجرهاي ساخته شده از اين خاک-ها مطابق با استاندارد ملي ايران و استاندارد هاي بين المللي نبوده و از کيفيت مناسبي در پوشش نما برخوردار نمي باشد. از چند سال پيش تاکنون در صنعت توليد آجر به تدريج مواد معدني ديگر از جمله شيل¬ها جايگزين رس شده¬اند. در زير برخي ويژگي¬هاي شيل و آجرهاي شيلي آورده شده است:

شيل و ترکيبات سازنده
شيل نوعي سنگ رسوبي است که عمدتاً از دانه¬هاي ريز تشکيل شده است. مشخصه شيل دارابودن صفحات موازي و لايه لايه¬اي است که به سهولت ورقه ورقه مي شوند و ضخامت هر ورقه کمتر ازيک سانتي¬متر است. شيل¬ها عمدتاً ترکيبي از کاني¬هاي رسي و دانه¬هاي کوارتز هستند و رس مهم¬ترين جزء سازنده آنها است. رنگ شيل¬ها معمولاً خاکستري است. ميزان ترکيبات سازنده شيل¬ها تعيين کننده رنگ آنها است. براي مثال شيل¬هاي سياه حاوي ترکيبات کربن¬دار بيشتري هستند. رنگ قرمز در شيل¬ها به علت وجود اکسيد آهن (هماتيت) است. هيدروکسيد¬هاي آهن از جمله گئوتيت و ليمونيت موجود درشيل¬ها به ترتيب باعث ايجاد رنگ قهوه¬اي و زرد مي¬شوند. کاني¬هاي کلريت، بيوتيت و ايلايت در شيل¬ها باعث به وجود آمدن رنگ سبز در آنها مي¬شود.

طبقه¬بندي شيل¬ها:
شيل¬ها را از روي کاني¬هاي موجود در آنها به چهار دسته زير طبقه¬بندي مي¬کنند:

• شيل¬هاي سيليسي : قسمت عمده آن از دانه¬هاي ريز کوارتز تشکيل شده است. دانه¬هاي فلدسپات در اينگونه شيل¬ها به¬ندرت ديده مي¬شود ولي سيمان آنها ممکن است آهکي ، گلوکونيتي آهن¬دار و کربن¬دار باشد.

• شيل¬هاي فلدسپاتي: اين شيل¬ها را گاهي شيل¬هاي کائولينيتي مي¬نامند و داراي بيش از 10 درصد فلدسپات مي¬باشند و ماتريکس آنها از کائولينيت يا کاني¬هاي رسي تشکيل شده است.

• شيل¬هاي کلريتي: اين سنگ¬ها حاوي فلدسپات و کوارتز و ماتريکس کلريتي هستند.

• شيل¬هاي ميکادار: در اين¬گونه سنگ¬ها مقدار زيادي ورقه¬هاي ميکا ديده مي¬شودکه غالباً با سريست همراه هستند. رنگ اين شيل¬ها معمولاً خاکستري تا قهوه¬اي است ولي گاهي به رنگ قرمز و سبز نيز ديده مي¬شوند.

محل تشکيل شيل¬ها و منابع آن در ايران
شيل¬ها در مکان¬هايي تشکيل مي¬شوند که سرعت حرکت آب آهسته است و رسوبگذاري به راحتي انجام مي-شود. بنابراين شيل¬ها را عمدتاً مي¬توان در درياچه¬ها، دلتاي رودخانه¬ها و دشت¬هاي رسوبي يافت.
شيل يکي از اصلي¬ترين سنگ¬هاي سازندهاي سنگي ايران است. گسترش واحدهاي شيلي تقريباً در تمام واحدهاي ساختاري کشور ديده مي¬شود. بيشترين گسترش واحدهاي شيلي در منطقه¬ي سنندج - سيرجان قرار دارند. ديگر واحدهاي ساختاري ايران که در آن شيل گسترش فراوان دارد عبارتند از منطقه البرز - آذربايجان و ايران مرکزي.

تفاوت شيل با سنگهاي معدني     
تفاوت شيل با سنگهاي معدني در ريز دانه بودن شيل و نحوه تشکيل شيل است. شيل سنگ رسوبي و لايه لايه است که به راحتي اين لايه¬ها از هم جدا مي¬شوند و همچنين شيل¬ها داراي طيف رنگي گسترده¬اي هستند.

برخي ويژگي¬هاي آجرهاي شيلي
مطالعات نشان مي¬دهد آجرهاي شيلي داراي مقاومت فيزيکي و شيميايي بالا، دوام و پايداري، مقاومت حرارتي و دفع رطوبت مي¬باشند (هرندي و سبحاني، 1386) که در زير برخي از اين ويژگي¬ها توضطح داده شده است:

• رنگ: رنگ از مهم¬ترين مزاياي آجرهاي شيلي است. مهم¬ترين ويژگي رنگ آجر شيلي طبيعي بودن آن است. لذا رنگ اين آجرها ثابت بوده و با گذشت زمان، افزايش يا کاهش دما و همچنين بارش باران و يا تابش خورشيد تغيير نمي¬کند. سنگ شيل در ابتدا خاکستري تا سياه است که پس از جذب حرارت در کوره به تدريج به رنگ نارنجي روشن و نهايتاً با بالارفتن دماي کوره به رنگ سياه متمايل مي¬شود.

• عدم شوره زني: آجر شيلي به علت تفاوت در ترکيبات شيميايي نسبت به آجرهاي سنتي (آجرهاي رسي) جذب آب پاييني دارد، رطوبت را در خود نگه نمي¬دارد و سريعاً آن را دفع مي¬کند لذا احتمال شوره¬زني در اين آجرها کمتر است.

• مقاومت فيزيکي و شيميايي: آجرهاي شيلي در برابر اسيدها، بازها، رطوبت، حرارت، سرماي زياد و انجماد کاملاً مقاوم هستند و از ثبات رنگ و کيفيت بالايي در برابر گازها و آلاينده¬هاي موجود در هوا برخوردار مي¬باشند.

هدف از اين مطالعه مقايسه برخي ويژگي¬هاي آجرهاي رسي و شيلي و بررسي اثر ويژگي¬هاي ماده اوليه مورد استفاده بر ويژگي¬هاي اين دو نوع آجر مي¬باشد.
مواد و روشها
به منظور بررسي خصوصيات شيميايي ماده اوليه درصد SiO2،Al2O3 ، Fe2O3، CaO، K2O، SO3 در خاک رسي و خاک حاصل از شيل با استفاده از روش XRF اندازه¬گيري شد. به منظور بررسي خصوصيات فيزيکي ماده اوليه مورد استفاده حهت توليد آجر، توزيع اندازه ذرات خاک رسي و شيل (پس ار آسياب کردن) در دامنه قطر (2/1 تا 001/) ميلي متر توسط الک و هيدرومتر تعيين شد. توزيع اندازه ذرات خاک (اجزاي کوچکتر از 2/1 ميلي¬متر) به روش هيدرومتري به صورت زير انجام گرفت (فيلگويرا و همکاران، 2006): ابتدا موادآلي توسط آب اکسيژنه حذف شد. سپس نمونه¬ها، با کالگون 5 درصد و همزن الکتريکي تيمار شدند و در استوانه¬هاي استاندارد ريخته شده و در زمان¬هاي 67/0، 1، 2، 4، 8، 15، 30، 60 ،120 ،240 ،480 ،720 ، 1440 دقيقه قرائت شدند. سپس قرائت¬ها نسبت به دما و کالگون تصحيح شدند. جهت کاهش خطا، قرائت هيدرومتر در زمان¬هاي 67/0، 1 و 2 دقيقه سه بار تکرار شد و ميانگين قرائت¬ها مورد استفاده قرار گرفت. قطر ذرات در زمان¬هايي که قرائت هيدرومتر صورت گرفته از رابطه¬ي زير محاسبه شد ( برزگر،1380):

(1)                                                                                           

در رابطه فوقd  قطر ذره برحسب ميلي¬متر، L عمق مؤثر هيدرومتر برحسب سانتي¬متر، v وسکوزيته برحسب سانتي-پواز،RD  جرم ويژه حقيقي خاک بر حسب گرم بر سانتي¬متر مکعب ،  چگالي آب و  tزمان ته¬نشيني برحسب دقيقه است. سپس 30 نمونه آجر رسي و 30 نمونه آجر شيلي انتخاب و برخي از ويژگي¬ها شامل درصد جذب آب، مقاومت فشاري، درصد مواد محلول، تلرانس ابعاد و تحمل سيکل يخ زدگي براي هر کدام از نمونه¬ها توسط روش¬هاي مؤسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران (1387) تعيين شدند.

بحث و نتيجه گيري
نتايج نشان داد آجرهاي شيلي نسبت به آجرهاي رسي به طور معني¬داري درصد جذب آب کمتر و مقاومت فشاري بيشتري دارند همچنين آجرهاي شيلي مي¬توانند بيش از 50 سيکل يخ¬زدگي را تحمل کنند حال¬آنکه آجرهاي رسي توان کمتري نسبت به تحمل اين سيکل دارند ( جدول 1).  

جدول 1- مقايسه ميانگين درصد جذب آب، مقاومت فشاري، مواد محلول و تحمل سيکل يخ¬زدگي آجر رسي و آجر شيلي

نتايج آناليز شيميايي نشان داد مجموع +AL2O3+ SiO2  Fe2O3در خاک¬هاي حاصل از سنگ¬هاي شيل بيشتر از خاک رس است (جدول 2).

جدول 2- مقايسه  AL2O3+ SiO2)+  (CaO+ K2O+ SO3) , (Fe2O3و LOI

به نظر مي¬رسد بالا بودن ميزان سيليس و آلومينيوم و پايين بودن LOI شيل¬ها نسبت به خاک رس (جدول 2) مهم¬ترين دليل برتري کيفيت آجرهاي شيلي نسبت به آجرهاي رسي است.

مقايسه توزيع اندازه ذرات خاک رس و خاک حاصل از شيل نشان داد در خاک حاصل از شيل بيشترين فراواني را ذراتي با قطر (2/1 تا 063/0) ميلي¬متر (ذرات شن و سيلت) و در خاک رس کشاورزي بيشترين فراواني را ذراتي با قطر کوچکتر از 005/0 ميلي¬متر (ذرات رس) دارا هستند. شکل 1و 2 به ترتيب توزيع اندازه ذرات خاک رسي و خاک حاصل از شيل را نشان مي¬دهند.



شکل1- نمودار ستوني توزيع اندازه ذرات خاکهاي رسي


شکل 2- نمودار ستوني توزيع اندازه ذرات خاک حاصل از شيل

به نظر مي¬رسد برتري آجرهاي شيلي نسبت به آجرهاي رسي از نظر برخي از ويژگي¬ها مانند جذب آب، مقاومت فشاري و تحمل سيکل يخ¬زدگي مربوط به تفاوت در ويژگي¬هاي شيميايي و ويژگي¬هاي فيزيکي از جمله توزيع اندازه ذرات مواد اوليه مورد استفاده براي اين دو نوع آجر باشد. چناچه افزايش درصد اکسيدهاي آهن و آلومينيوم در شيل¬ها نسبت به خاک رس مي¬تواند يکي از دلايل افزايش مقاومت فشاري در آجرهاي شيلي باشد.

کارخانه آجر نماچین با پشتوانه 40 سال تجربه در تولید آجر با استفاده از کادر فنی و مجرب و ماشین آلات و تجهیزات و کوره های اتوماتیک و آزمایشگاه مجهز و واحد تحيق و توسعه& D)   (Rبه عنوان بزرگترین کارخانه تولید کننده آجر نما و کف فرش در ابعاد و رنگهای مختلف و با نشان استاندارد ملی و بین المللی و نیز به عنوان واحد نمونه استاندارد و چهاردهمین برند برتر واحدهای تولیدی با تلاش مستمر و طی یک دوره کار تحقیقاتی موفق شد تا با تغییر مواد اولیه از خاک رس به سنگ های معدنی و شیل ها محصولات جدید خود را مطابق با استاندارد و مناسب جهت پوشش نما و کف فرش تولید نماید. جداول مربوط به ويژگي¬هاي آجرهاي نما، آجرهاي کف فرش و آجرهاي لعابي کارخانه نماچين به پيوست مي¬باشد.

منابع:
1.    برزگر ع. مباني فيزيک خاک. انتشارات. دانشگاه شهيد چمران اهواز. 1380

2.    جعفري هرندي ا و سبحاني ا. آجر شيلي، توليد و بهبود کيفيت محصول ارائه شده به بازار . اولين همايش آجر و بلوک¬هاي سفالي، دانشگاه صنعتي اصفهان. 1386. صفحات:137 تا 145.

3.    مؤسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايرن. آجر رسي- ويژگي¬ها و روش¬هاي آزمون. 1378

4.    Filgueira R.R. Fournier L.L. Cecilia I.C. Crlati P. and Carcia M.GParticle-size distribution in

soils: A critical study of the fractal model validation. Geoderma 134. 2006.327-334.

5.    Specifications for and classification of brick. Technical notes on brick construction
6.    Standard specification for ceramic glazed structural clay facing tile, facing brick, and solid masonry units.
7.    Standard specification for pedestrian and light traffic paving brick.



جدول ويژگي¬هاي آجر هاي نماي کارخانه نماچين و مقايسه آن¬ها با استانداردهاي ملي ايران

جدول ويژگي¬هاي آجر هاي کف¬فرش کارخانه نماچين و مقايسه آن¬ها با استانداردآجر کف فرش آمريکا

[1] مشخصات نمونه استاندارد ( به جز ضريب گسيختگي) از استاندارد آمريکا ) ASTM C 902-07) مربوط به آجر کف­فرش استخراج شده است.

مشخصات آجر کف­فرش بر اساس استاندارد آمريکا ) ASTM C 902-07)

کلاس SX – آجري که براي استفاده در مکاني در نظر گرفته شده که امکان يخ زدگي آجر هنگام اشباع شدن با آب وجود دارد.

کلاس MX- آجري که براي استفاده در مکاني در نظر گرفته شده که مقاومت در برابر يخ زدگي يک فاکتور نيست. (مکانی که امکان يخ زدگي کمتر وجود دارد).

کلاس NX- آجري که براي استفاده در محيط بيروني در نظر گرفته نشده است و در محيط هاي داخلي ساختمان استفاده مي­شود (جاي که هنگام مرطوب شدن از يخ زدگي محافظت مي­شود).

نوع I : آجر ي که در معرض سایش شدید باشد.

نوع II- آجر ي که در در معرض سایش متوسط باشد.

نوع III- آجر ي که در در معرض سایش کم باشد.

* اطلاعات مربوط به ضريب گسيختگي نمونه استاندارد از استاندارد ملي ايران (سنگ گرانيت ساخنماني- ويژگي­ها) استخراج شده است و روش تعيين ضريب گسيختگي براي نمونه­هاي آجر مطابق با استاندارد ملي ايران (سنگ­هاي ساختماني_روش آزمون ضريب گسيختگي) مي­باشد.

جدول ويژگي­هاي آجر لعابي دوبار پخت نماچين و مقايسه آن با استاندارد آجر نما و آجر لعابي آمريکا

آجر لعابي دو بار پخت بايد منطبق با استاندارد آجر نما (ASTM C216) و همچنين منطبق با استاندارد آجر لعابي (ASTM C126)باشد.

Sw آجري که در معرض هواديدگي شديد باشد.

Mw آجري که در معرض هواديدگي متوسط باشد.

Vert آجري که به صورت عمودي به کار مي­رود و Horiz. آجري که به صورت افقي به کار مي­رود.