علم سرامیک

آجر :

آجر اولین نوع از مصالح ساختمانی است که به دست بشر ساخته شده است . آجر به اندازه ای کوچک است که در دست شما جای میگیرد . و صدها ، هزاران و ملیون ها آجر در کنار یکدیگر قرار میگیرند . این بلوک های کوچک میتوانند ابتکار را در دست بگیرند و به ما کمک کنند تا آینده خود را بسازیم . اما چگونگی متصل شدن این ماده ساده میتواند تفاوت بین موفقیت و مصیبت را مشخص کنند . از نوآوری های مهندسی در برخی از دستاورد های معماری تا معماری دنیای مدرن همگی از خاک بوجود آمده اند و با آتش مستحکم شده اند . امروزه تکنولوژی جدیدی در حال وفق دادن آجر است تا بتواند با چالش های تمدن ما روبه رو شود . حالا به دنیای آجر وارد شوید . آجر در ابتدا با توده ساده ای از خاک رس شروع شد . هنگامی که این توده در آتش قرار میگرفت به سختی سنگ می شد . این تغییر آجر را بعنوان یکی از ارکان اصلی معماری برای بیش از 9000 سال قرار داده است . آجر در واقع در همه جا وجود دارد . هیچ یک از مصالح ساختمانی به اندازه آجر در تاریخ ما مهم نبوده است . آجر باعث پدید آمدن برخی از معروف ترین سازه ها ی کهن است . برخی از این سازه ها هنوز هم در برابر زمان مقابله میکنند . آجر یک جنبه قابل احترام دارد . چون قبول کردن این مسئله که چیزی آنقدر دوام بیاورد سخت است . ما به آجر فکر می کنیم و به این مسئله توجه میکنیم که چطور آنها در ساختمان های جدید استفاده کنیم . آجر به صورت اتوماتیک به تاریخ معماری و تاریخ شهر سازی مربوط میشود . امروزه آجر همچنان برای بر طرف کردن نیاز های مهم معماری استفاده می شود . از محکم بودن ساختمان ها ، خیابان ها ، دود کش ها ، خانه ها تا نمای بیرونی استادیوم ها و آسمان خراش ها . 9000 سال بعد از اختراع آن ، آجر همچنان یک از مهم ترین مصالح در ساختمان سازی محصوب میشود . آجر یکی از اجزای اصلی ساختمان ها می باشد و یکی از مصالحی است که مجذوب کننده است . محکم ، مقاوم در برابر بسیاری از عناصر ، ضد آتش و بینظیر . آجر برای ویژگیهایش ارزشمند است . بخصوص که این هنر در حال حاضر با تلاش متخصصین گروه بین المللی کار خانجات آجر نسوز آذرخش با استفاده از تکنولوژی روز دنیا توانسته است آجری ایجاد کند ( آجر نسوز نما ) که خصوصیات آن را تا حد بسیار زیادی در مقایسه با متریالهای دیگر ساختمان با لا برده است اما ساختمان سازی با آجرهایی که هم بعنوان پایه باربر و هم نما استفاده می شوند یک ضعف اساسی نیز دارد . ( آجر نسوز نما آذرخش ) www.azarakhsh.ir

ملات :

دیوار های آجری به ماده ای نیازمندند تا بلوک ها را به یکدیگر متصل کند . بدون ملات دیوار چیزی بیش از مجموعه چند آجر نیست که با نظم روی یکدیگر چیده شده اند . آجر و ملات مانند نان و پنیر به هم مرتبط هستند . ما به ملات نیاز داریم تا آجر ها را به یکدیگر متصل کنیم . آجر به خودی خود توانایی چسبیدن به یکدیگر را ندارد . پس ما از ملات که مخلوطی از شن و سیمان یا شن و آهک است استفاده میکنیم تا آجر ها را به هم چسبیده نگه داریم . ملات چسبی است که آجر ها را به هم میچسباند . اما این ماده بزرگترین ضعف سازه های آجری نیز محسوب میشود . وقتی سازه های آجری با نیروی بزرگی که به صورت افقی وارد میشود مواجه میشوند ، ملات تحت فشار ترک بر میدارد و نوار اتصال بین آجر ها شکسته میشود . این ضعف در هیچ موردی به اندازه زلزله مشروح نیست . نوسان زمین باعث شکسته شدن اتصالات ملات میشود . نتیجه وحشتناک خواهد بود . تعداد زیادی از ساختمان های آجری که در امریکا وجود دارند برای مقابله با نوسانات زلزله طراحی نشده اند . این ساختمان ها در برابر جابجایی و تکان های شدید مقاوم نیستند . این مشکل مهمی برای اینگونه ساختمان ها محسوب میشود . بیشتر مهندسان و معماران با این نظر موافقند که اگر شدت زلزله زیاد باشد بعضی از ساختمان ها در برخی مناطق خراب خواهند شد . ضعف ملات بین آجر ها بیشتر در آجر های که بدنه اصلی دیوار را تشکیل می دهد حاکم است که امروزه می توان دیوار های مستحکم از بتن مسلح ساخت و نمای آن را از آجر ها استفاده نمود در این حالت ظاهر دیوار به صورت آجر چین با آجر های نما شکل گرفته و استحکام دیوار با بتن اصلی مستحکم خواهد بود با وجود این نیاز به این ماده کهن در حال افزایش است . هر ساله 10.000.000.000 آجر تنها در ایالات متحده امریکا تولید میشود . برای برطرف کردن نیاز های ساختمان سازی بیشتر آجرها در کارخانه های مکانیزه تولید میشوند. و این تکنولوژری روز به روز در حال توسعه و نوآوری بوده و در کشور ایران این تکنولوژی را در شرکت آجر نسوز نما آذرخش به طور چشم گیری خواهید دید . ( آجر نسوز نما آذرخش قم ) www.azarakhsh.ir

مواد معدنی :

خاک رس خاکی نرم و مرطوب است که معمولا در زیر اولین لایه بیرونی خاک قرار دارد . خاک رس تقریبا در تمامی مناطق روی زمین وجود دارد . خاک رس همان ماده ای است که در سفال گری نیز استفاده میشود . اما این به این معنا نیست که تمامی آجر ها شبیه به هم هستند . خاک رس های متفاوت که مواد معدنی متفاوت دارند را انتخاب کنید و با این کار آجر هایی با رنگ های مختلف خواهید داشت . قدرت انتخاب زیادی میتوانید داشته باشید .

به دنبال ماده ای هستید که در کوره پایدار باشد و مناسب نما باشد ؟

مواد معدنی که دارای اکسید آهن و سیلیکات باشد بیشترین مقاوت را در برابر گرما دارد . (مواد معدنی نسوز )

به مصالح مقاوی برای کف یک کارخانه صنعتی یا محوطه سازی نیاز دارید ؟

مواد معدنی را انتخاب کنید که دارای آلومینی سیلیکات باشد . این ماده مقاوت فشاری بسیاری دارد .

انتخاب کردن مواد معدنی مناسب نقش بسیار مهمی در ساختن آجر دارد . هنگامی که مواد معدنی از زمین استخراج میشود ، ابتدا بایستی شکل داده شود . برای قرن ها ، انسان ها با دقت زیاد آجرها را با دست میساختند . امروزه دستگاه هایی استفاده میشوند که آجر را قالب ریزی میکنند و همچنین منفذ های کوچکی در آجر بوجود می آورند . این منفذ ها کارایی بسیار بالایی دارند . ایجاد کردن این سوراخ های کوچک در آجر باعث میشود که رطوبت و هوای داخل آن از بین رود . بنابراین آجر محکم تر و در برابر آب مقاوم تر خواهد شد . برای تبدیل خاک رس به آجر نیازمند آتش هستیم . گرما یکی از مهمترین عواملی است که آجر را مانند سنگ ، سخت خواهد کرد . داخل این کوره های مدرن حدود 900 تا 1300 درجه سانتیگراد گرما دارد . در این دما تغییراتی اتفاق میافتد . رطوبت داخل بلوک ها ی آجر بخار میشوند . ذرات مواد معدنی در سطح ملکولی شروع به ذوب شدن میکنند . این ذوب شدن و متصل شدن ذرات به یکدیگر را شیشه شدگی (زینترینگ ) میگویند . این فرایند خاک نرم را به ماده ای سخت تبدیل میکند که ما آن را آجر مینامیم . آجر خیلی جالب است . این تکه ها در واکنش مکانیکی با گرمای زیادبه یکدیگر متصل میشوند و میتوان گفت که آجر را تشکیل میدهند که بسیار دارای اهمیت است . این فرایند به گونه ای جادویی عمل میکند . گرما دادن آجر ها نیاز مند دقت زیاد است . گرمای بیش از حد و برای مدت زیاد باعث میشود که مواد معدنی ذوب شود . گرمای کم یا زمان کم نیز باعث میشود که آجر شود . تکنولوژی جدید هر متغییری را نصبت به دما بررسی میکند . این توجه به کیفیت محصول باعث میشود که آجر محکم ، با دوام و با ظاهر مناسب باشد . اما در آغاز تنها یک منبع گرما وجود داشته است . خورشید . 7000 سال قبل از میلاد مسیح در این صحرای خشک تاریخ بشر تغییر کرد . دستان انسان به گل شکل میدهند و آن را در معرض نور آفتاب قرار میدهند تا خشک شوند . گل به اندازه ای محکم میشود که بتواند وزن را تحمل کند . دنیای کهن برای ساختن اولین ساختمان هایش بر خشت های گلی تکیه میکند . بیشتر مردم تصور میکنند که معماری با سنگ آغاز شده است . اما حقیقت آن است که اولین ماده ای که از آن ساختمان های دائمی میساختند آجر بوده است . بشر ساختمان سازی را تنها با خشت های گلی شروع کرد . مردم ما آجر های را در کنار یکدیگر قرار میدادند و آنها را در معرض نور خورشید قرار میدادند . بقایای یکی از بلندترین ساختمان های بشر هنوز وجود دارد . این ویرانه ها روزگاری دیواری را تشکیل میدادند که طول آن 4000 مایل بود این دیوار بزرگترین سازه ساخته شده به دست انسان روی زمین بود . بیشتر استحکام آن بدلیل وجود میلیارد ها خشت خامی بود که برای ساختن آن استفاده شده بود . این دیوار اولین دیوار بزرگ چین است . دیوار چین یک دستاورد خارق العاده مهندسی است . مهمترین دلیل این امر طول آن میباشد . سازندگان آن یک سازه مهندسی به طول هزاران مایل را بنا کرده اند که این امر در تاریخ بشر بی همتا است . این دیوار فقط برای یک دلیل ساده ساخته شده است . حفاظت . 221 سال قبل از میلاد مسیح چین تخت حملات مداوم قبایل شمالی است . امپراتور شیواندی مجبور است که از کشور محافظت کند . کشاورزان چینی اسب نداشتند و از در برابر حمله دشمنان آسیب پذیر بودند . تنها را جلوگیری از حمله دشمنان استفاده از مانع بود . امپراتور نقشه ای را برای ساختن زنجیره ای از دیوار طراحی کرد که مرز شمالی چین را پوشش میداد . در مناطق شهری مانند پکن امروزی برای ساختن دیوار از سنگ های محکم استفاده میشد . اما چگونه میتوان دیواری ساخت که هزاران مایل در مناطق کوهستانی ، بیابانی و زمینهای خالی از سکنه ادامه داشته باشد ؟ بردن مصالح سنگینی مانند سنگ به این نواحی تقریبا غیر ممکن بود . مهندسان چینی راه حلی برای حل این مشکل پیدا کردند . ساختن دیوار از مصالحی که در تمام امپراتوری چین قابل دسترس باشد . تنها یک ماده است که تقریبا در همه جا وجود دارد . گل . مهندسان نقشه بی نظیری را طراحی کردند . در مناطق دور افتاده چین آنها زنجیره ای از موانع متصل به هم را ساختند . هسته درونی از سنگ ، ماسه و خاک ساخته خواهد شد . سپس دو ردیف خشت خام به طرفین هسته مرکزی اضافه خواهد شد و پایداری آن را بیشتر خواهد کرد . در واقع خشت های گلی نقش دیوار محافظ را داشتند و مانع اصلی را در جای خود نگه میداشتند و از آن در برابر باران و عوامل دیگر محافظت میکردند . حدودا 7000 نفر برای ساختن این دیوار کار کردند . پس از تلاشی 10 ساله زنجیره ای از دیوار های متصل به هم در سرتاسر چین ساخته شد . اما امنیت در چین مدت زیادی وجود نداشت . این دیوار دوام زیادی نداشت . باران ، باد و درف به درون آن نفوذ کردند . به دلیل اینکه این خشت ها در آتش پخته نمیشدند ، اجزای داخلی آن به یکدیگر متصل نمیشدند . رطوبت به داخل گل نفوذ میکرد و خشت ها شکسته میشد . خشت های خامی که در آتش قرار نگرفته اند بوسیله باران و آب از بین میروند . بسیاری از قسمت های بزرگترین سازه جهان ویران شدند . برای بازسازی دیوار چین باید آجر جدیدی ساخته میشد تا از آنها محافظت کند .

دیوار بزرگ چین :

این دیوار تقریبا 4000 مایل طول دارد و از میانه قلب یک ملت عبور میکند . استحکام این دیوار به دلیل وجود 3000 میلیارد خشتی است که در ساخت آن بکار رفته است . اما این مانع رزمی دوام زیادی نداشت . قرن ها پس از اولین ساخت آن دیوار شروع به ریزش میکند . خشت های خامی که به دیوار استحکام بخشیده بودند در برابر باران و برف مقاومت ندارند . گوشه های آجر به تدریج میریزند و تمام آجر دوباره به گل تبدیل میشود و به خاکی که از آن گرفته شده است باز میگردد . برای ساختن دیواری جدید چین نیازمند آجری محکمتر بود . مهندسان چینی روبه ماده جدیدی آوردند . خاک رس . خاک رس نسبت به گل منافذ کمتری دارد . بنابراین آجرهایی که از خاک رس درست میشدند مقاومت بیشتری در برابر رطوبت داشتند . اما خاک رسی که در آفتاب خشک شود به اندازه کافی محکم نخواهد بود . مهندسان به عنصری مهم روی آورند . آتش . حداقل برای 3000 سال چینی ها سفال را با گرما دادن بوسیله آتش در کوره میساختند . آنها تصمیم گرفتند که تکنولوژی مشابهی را برای ساختن آجر استفاده کنند . با حرارت دادن خاک رس در کوره آنها میتوانستند خاک رس را تا 2000 درجه حرارت دهند . این حرارت به ملکول ها این امکان را میدهد تا گداخته شوند . نتیجه آجری محکم است که در برابر باران و برف و باد مقاوم است . مردم نیاز داشتند که ماده ای مقاوم تر در برابر باد و باران پیدا کنند . آنها نیازمند ماده ای با طول عمر بیشتر بودند . زمان زیادی طول کشید تا مردم بفهمند که حرارت دادن آجر در کوره بجای قرار دادن آن در آفتاب میتواند مشکل آن را حل کند . برای استحکام بیشتر دیوار چینی ها به این مسئله نیز توجه داشتند که چگونه آجر ها را به یکدیگر متصل کنند . انتخاب یک ملات محکم و قابل اطمینان بسیار مهم است . برای دیوار بزرگ چین مهندسان مخلوطی از آهک حرارت داده شده و برنج کوبیده استفاده کردند . این دو ماده ماده مانند سیمان عمل میکردند و آجر ها را به یکدیگر متصل مینمودند . بومیان چین این ملات را ملاتی میخواندند که 10000 سال دوام می آورد . آنها آجر به آجر بزرگترین سازه ساخته شده توسط بشر بر روی زمین را بازسازی کردند . دیواری که امروزه ما میشناسیم تقریبا در سال 1640 کامل شد . بیشتر از 3000 سال پس از ساختن دیوار چین هنوز آجر های آن در برابر باران و برف مقاومت دارند . تمامی مهرهایی که توسط سازندگان آن بر روی آنها حک شده است هنوز هم قابل رویت هستند . دیوار بزرگ چین از آجر ساخته شده و هنوز هم پابرجاست . چین از آجر برای حفاظت استفاده کرد . در گوشه دیگری از جهان امپراتوری دیگری آجر را بعنوان جزئی از زندگی روزمره استفاده کرد . رومیان از آجر برای ساختن استادیوم ، معبد و حتی حمام استفاده میکردند . آجر در روم به صورت فضاینده استفاده میشد تا بتوان طاق حلالی شکل ساخت . رومیان اولین کسانی بودند که روش را استفاده کردند . آنها اولین کسانی بودند که معماری را بعنوان هنری برتر در نظر گرفتند . آنها به این نکته پی بردند که چگونه میتوان از مواد ساده ای مانند آجر و ملات ساختمان هایی با نماهای هنری ساخت . امروزه این ساختمان بعنوان نشانه ای از هنر آجر سازان رومی باقی مانده است .

بازار ترابار ها :

این ساختمان حدودا 110 سال بعد از میلاد مسیح کامل شد . این ساختمان تنها به یک دلیل ساده توانسته است گذر زمان را تحمل کند . توانایی رومیان در استفاده از مقاومت آجر و از بین بردن ضعف های آن . میتوان گفت که صنعت ساخت آجر در روم در شکوفا ترین حالت خود در آن زمان قرار داشت . طراحی این ساختمان به گونه ای بود که مجموعه ای چند طبقه را نشان میداد . این به این معمنا بود که پایین ترین طبقه باید وزن زیادی را تحمل میکرد . در زمان قدیم آجر بهترین مادی ای بود که میتوانست چنین وزنی را تحمل کند . استحکام آجر با باور نکردنی است . شما میتوانید از آجر به ارتفاع 200 متر ساختمان بسازید و آجر وزن خودش را تحمل خواهد کرد . شما میتوانید 6 تا 8 ماشین را بر روی یک آجر قرار دهید ولی آجر نخواهد شکت . آجر رومی معمولی میتوانست تقریبا 5000 پوند فشار را بر روی هر اینچ مربع تحمل کند . این فشار به اندازه فشاری است که یک کرگدن بر هر اینچ آجر وارد میکند . حتی بتنی که ما امروزه استفاده میکنیم تنها میتواند 2000 تا 4000 فشار را بر روی هر اینچ مربع تحمل کند . برای افزایش توانایی آجر و تحمل وزن رومیان نوآوری دیگری در معماری خلق کردند .

طاق :

وقتی ما به رومیان فکر میکنیم و میبینیم که آنها چطور توانستند در ساختمان های آجری تحول ایجاد کنند ، اولین چیزی که به ذهن ما میرسد طاق است . طاق در واقع یک جزء کاهش دهنده فشار است . استفاده از طاق راهی برای مجبور کردن آجر به تحمل فشار بیشتر میباشد . برای ساختن این طاق ها آجر ها مانند گوه بریده میشوند و با دست شکل داده میشوند و سپس سمباده زده میشوند تا به اندازه مناسب برای جایگری دقیق در آیند . پس از گذشتن 2000 سال به سختی میتوان یک کارت را بین آجرها فرو کرد . اما مهمترین خلاقیت در بازار ترابایها رازی در داخل دیوار هاست . آجرهای رومی مانند آجرهایی نیستند که توسط چینی ها استفاده میشد . آجر چینی ها مربع شکل بود و مانند کاشی ضخیم بود . با برین این آجر ها مانند پیتزا به 4 یا 8 تکته رومیان فرمولی را برای دیوارهایی با مقاومت بسیار بالا ساختند . نمای بیرونی این دیوار ها صاف است . اما این فقط ظاهر دیوار است . در پشت این ظاهر ماده ای وجود دارد که به این دیوار ها استحکام بیشتری میبخشد . بتن . رومیان از طاق و آجر های بریده شده استفاده میکردند و داخل این دیوارها را با بتن پر میکردند . گوشه های تیز آجرهای مثلثی شکل کاملا در بتن فرو میرفت و محکم میشد . استفاده از این آجر ها و بتن باعث میشد که مقاومتی فیزیکی در دیوار به وجود آید و این یک مهندسی عالی است . اساس این مقاومت در آن است که این دیوارهای ساخته ترکیبی از آجر و بتن است . مقاومت آجر در برابر فشار و استفاده از بتن باعث شده است که بازار ترابایها یک نماد کهن شود . در روم آجر ثابت کرد که میتواند در برابر زمان مقاومت کند . بیشتر از 1000 سال بعد این ماده کمک میکند که مرکز جدید اروپا ساخته شود و ویژگی ارزشمندی را به جهان نشان دهد . حالا دوباره با دانش ساختن آجر توجه کنید . لندن – انگلستان . این شرح افسانه ای برای غلبه بر یکی از یزرگترین فاجعه ها در تاریخش روی به آجر آورد . در فرایند ساختن آجر لندن چگونگی ساختن و استفاده از آجر را دوباره بررسی میکند . دوم سپتامبر 1666 شعله های آتش در لندن . در طول سه روز تلفات همچنان ادامه دارند . 13000 خانه ، 87 کلیسا و مغازه های بیشمار . شهر در ساخکستر فرو رفته است . هنگامی که مردم شهر در حال پاک سازی شهر هستند متوجه مسئله بسیار جالبی میشوند . شعله هایی که در تمام شهر زبانه میکشیدند درست در همین نقطه متوقف شده بودند . این قسمتی از دیوار قدیمی شهر است که از آجر ساخته شده است و کاملا از شعله های آتش در امان ماده است . در واقع به نظر میرسد که هر بار که آتش به دیوار آجری رسیده است متوقف شده است . دلیل این امر این است که آجر زد آتش است . هنگامی که خاک رس در کوره حرارت داده میشود اجزای داخلی گداخته میشوند و ساختمان ملکولی جدیدی را بوجود می آورند . نتیجه این تغییر ماده ای به سختی سنگ است که تا 2000 درجه حرارت را تحمل میکند و ذوب نمیشود . در واقع آجر در برابر آتش و حرارت معمولی مقاوم است . آجر روزها در کوره حرارت میبیند ، بعد برای استفاده آماده میشود . در واقع ویژگی های آن با انرژی حرارتی که به آن میرسد تغییر میکند . بنابراین در برابر حرارت هایی مثل آتش سوزی که قابل مقایسه با حرارت کوره نیست کاملا دوام می آورد و مقاومت مینماید . پس از آتش سوزی لندن کیریستوفر رند مدیر معماران پادشاه قوانین جدیدی را برای ساختمان سازی وزن کرد . تمامی ساختمان های جدید باید از مواد مقاوم در برابر آتش ساخته شوند . لندن به آجر روی آورد . مردم میخواستند از موادی استفاده کنند که در برابر آتش مقاوم هستند و در برابر هر فاجعه ای دوام بیاورند. مردم نیاز داشتند که ساختمان ها را نیز با سرعت بسازند . ساختن آجر بسیار وقت گیر است . از اولین ساختمان های ساخته شده در تاریخ بشر تا ساختمان های مدرن ، همگی آنها روندی مشابه را طی کردند . آجر به آجر . هرکدام از این آجرها با زحمت زیاد و با دست کار گذاشته میشوند . استفاده از آجرهای مربع ای شکل روند کار را کندتر میکرد . زیبایی بینظیری در شکل آجر وجود دارد که ناشی از مهندسی برتر است . برخی از آجر های اولیه مربع ای شکل بودند . اما شکل مربع برای نیاز های جدید پاسخگو نبود . لندن شکل متفاوتی از آجر را بوجود می آورد . مستطیل . این آجرهای مستطیلی شکل که به راحتی در دست جای میگرفتند به معماران این توانایی را میداد که ساختمان ها را با سرعت بیشتری بسازند . این شکل فایده دیگری نیز داشت . استحکام . شکل مستطیلی آجرها باعث میشد یک آجر در بالای دو آجر که در زیر قرار داشتند و در جهت دیگری بود جای بگیرد . این روش چیدمان باعث میشد که وزن در سطح بیشتری پخش شود و مقاومت جانبی و فشار دیوار را بیشتر کند . استفاده از آجر در کلیسا و بیمارستان تا خانه های مردم باعث شد که لندن به یکی از بهترین پایتخت های جهان تبدیل شود . تقریبا 200 سال بعد انگلستان دوباره از آجر برای چالش بزرگ تری استفاده کرد . متصل کردن کشور . در سال 1800 اختراع موتور بخار جهان را متحول کرد . مهندسان در انگلستان کشوری را تصور میکردند که با شبکه ای از ریل به یکدیگر متصل است . اما یک مشکل وجود دارد . ریل های قطار باید در مسیری هموار قرار گیرند . روستاهای انگلستان پر از تپه و دره است . تنها راه حل ساختن پل بر روی دره ها برای عبور قطار است . اما روستاهای انگلستان 50000 مایل مربع وسعت دارند . بنابراین 20000 مایل ریل و 30 پل دره ای برای پوشش این مناطق مورد نیاز است . از آن جایی که حمل آهن به مناطق دور افتاده غیر ممکن بود ، آجر بهترین راه حل محسوب میشد . اما آیا آجر قادر بود که هزاران تن فشار را که با رد شدن هر قاطار به پل وارد میشد را تحمل کند ؟ آجر در آن زمان به گونه ای استفاده شد که قبلا مورد استفاده قرار نگرفته بود . خطوط راه آهن یکی از بزرکترین مصرف کنندگان آجر بودند . و این بدلیل پروژه ای مهندسی عظیم در دست ساخت بود . آجر فندانسیون پل های بزرگ دره ای و دیگر پل ها را تشکیل میداد . یکی از مهمنرین دستاورد های بزرگ خطوط راه آهن انگلستان هنوز هم پابرجاست . پل دره ای دیکزبل . ارتفاع این پل تقریبا 100 فوت و طول آن یک سوم مایل است . و هنوز پس از گذشت 150 سال از ساخت آن عبور بیش از 200 قطار را روزانه تحمل میکند . استحکام این پل بدلیل استفاده از 13000000 آجر در ساخت آن است . انگلستان اواسط دهه 1840 . مهندس مشهور ویلیام کیوبیت قصد داشت که ریلی را از لندن به ادینبورک احداث کند . در میانه راه این ریل مانع بزرگی وجود دارد . دره میمرم . کیوبیت برای الحام گرفتن از یک شاهکار مهندسی کمک گرفت . او میخواست 40 طاق بزرگ مانند طاق های رومیان بسازد . استفاده از طاق کمک میکرد که پل فشار بیشتری را تحمل کند و همچنین آجرهای کمتری در ساخت پل بکار رود . ساختن این پل دره ای دوسال بطول انجامید و در سال 1850 به بهره برداری رسید . و به سرعت استفاده زیادی از این پل شد و قطار های زیادی از آن عبور میکردند . با استفاده بیشتر از آجر در شهرهای بزرگ برای پروژه هایی مانند پل های دره ای و پل های معمولی مهندسان دریافتند که آجر ضعف هایی دارد . آجر در برابر لرزش و تکان های شدید مقاومت بالایی ندارد . عبور هر قطار مانند زلزله ای کوچک آجر را به صورت افقی تکان میدهد و باعث میشود که آنها ترک بردارند . مهندسان به راه حل جدیدی نیاز داشتند . جواب در ساختن گونه متفاوتی از آجر بود . آجر مهندسی یا فشرده . تمامی آجرها دارای منافذ ریزی هستند که در برابر فشار باعث ترک خوردن آجر میشود . آجر فشرده آجری است که به صورت مکانیکی فشرده میشود تا منفذ کمتری داشته باشد . آجر فشرده برای استفاده در خطوط آهن استفاده میشد . مهندسان به آجری نیاز داشتند که مقاومت آن در برابر فشار بالا باشد . در سال 1930 از آجر فشرده برای نمای پل دره ای استفاده شد . پس از 150 سال از ساخت آن این پل همچنان خط آهن لندن را به ادینبرگ وصل میکند . آجر ظاهر انگلستان را عوض کرد و لندن را شهری از خاکستر تبدیل شده بود دوباره بازسازی کرد و شهر های مختلف انگلستان را به یکدیگر متصل ساخت . اما ماده ای جدید ضعف آجر را بیشتر نشان داد . ضعفی که تهدیدی برای تبدیل آن به یک اثر باستانی بود . این ساختمان طولی برابر با نیمی از یک خیابان را دارد و ارتفاع آن تقریبا 200 فوت است و از 600000 آجر تشکیل شده است . ساختمان مناتناک در شیکاگو در تاریخ معماری امریکا نقطه تحولی است . زمانی که در سال 1892 ساختمان مناتناک بازگشایی شد از آن بعنوان شاهکاری در مهندسی یاد میکردند . امروزه این ساختمان نمادی خاص در تاریخ آجر محسوب میشود . مناتناک آخرین ساختمان بلند آجری در جهان است . در اواسط 1800 اختراعی جدید انقلابی در جهان پدید آورد . آسانسور . مردم میتوانستند به راحتی بالا و پایین روند . معماران به شیوه ای جدید فکر میکردند و آن به صورت عمودی بود . شیکاگو استفاده از این شیوه را در دست گرفت . پس از آتش سوزی مخربی که در سال 1891 اتفاق افتاد بیشتر ساختمان های شیکاگو با آجرهای حرارت دیده بازسازی شدند . قابلیت آجر برای تحمل وزن زیاد آن را گزینهن مناسبی برای ساختن ساختمان های بلند قرار میداد . آجر این قابلیت را دارد که وزن زیادی را تحمل کند . در واقع آجر میتواند 11000 پوند فشار را بر روی هر اینچ مربع تحمل کند . که واقعا میتوان گفت مقدار خیلی زیادی است . در سال 1889 دانیل برنهام و جان ولبون روت تصمیم گرفتند که بلندترین ساختمان آجری را در جهان بسازند . ساختمان مناتناک 16 طبقه دارد . برای ساختن ساختمانی با این بلندی مهندسان باید بر مشکلی بزرک غلبه کنند . این مشکل مقاومت کم آجر در برابر فشار جانبی است . هنگامی که دیوار آجری فشاری را به صورت جانبی تحمل میکند ملاتی که آجر ها را به یکدیگر متصل کرده است ترک میخورد . برخی از مهندسان آن زمان بر این عقیده بودند که هر ساختمان آجری بلند تر از 100 طبقه بر اثر وزش باد شدید واژگون خواهد شد . اما مناتناک چگونه خواهد توانست با 16 طبقه بادهای طوفانی شیکاگو را تحمل کند . جواب به نظر ساده است . دیوار ها را با ضخامت بیشتر باید ساخت . دیوارها در یک ساختمان معمولی ، معمولا بین 1 تا 2 فوت ضخامت دارد . برای ساختن مناتناک مهندسان این ضخامت را برای طبقه های پایین به 6 فوت رساندند . امام این راه حل مشکل دیگری را بوجود آورد . پیشبینی مشد که ساختمان 50000 تن وزن داشته باشد . بنابراین ساختمان به قدری سنگین خواهد بود که در زمین فرو خواهد رفت . مناتناک برای نشان دادن قابلیت آجر برای استفاده در ساختمان های بلند ساخته شد . اما در واقع محدودیت های آجر را برای ساختن چنین ساختمان هایی نشان داد . دو سال بعد از بازگشایی مناتناک ساختمان بزرگ دیگری نیز به آن اضافه شد که بسیار شبه به ساختمان او بود . اما در زیر لایه های آجر این ساختمان رازی وجود داشت . اسکلتی فولادین . در قرن 19 تولید انبوه فولاد آغاز شد و ساختمان سازی را متحول کرد . وزن کم ، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر فشار های جانبی . فولاد در واقع همان چیزی است که آجر نیست . استفاده از فولاد باعث شد که دیوار های سختمان جدید سبک تر و مقاوم تر از ساختمان اصلی باشند . ساختن دومین ساختمان مناتناک فصل جدیدی را در ساختمان سازی با آجر شروع کرد . ساختمان های ترکیبی . فولاد این امکان را به معماران داد تا ساختمان های بلند تر و محکمتر و در مدت زمان کمتری بسازند . با بلندتر شدن روزبه روز ساختمان ها استفاده از آجر هدف جدیدی یافت . زیبایی ظاهری . رنگی که برای مدت طولانی دوام آورد باید ضخامت زیادی داشته باشد . به دلیل ظاهر قدیمی آجر بسیاری از مردم آن را برای نمای ساختمان ترجیح میدهند . استفاده از آجر به عنوان اصلی ترین ماده ساختمان سازی کم شده ، اما همچنان استفاده از آجر برای استفاده در نمای ساختمان ها بسیار رواج دارد . امروزه از آجر بیشتر برای نمای ساختمان ها استفاده میکنیم . در واقع آجر لایه بیرونی است که زیر آن اسکلتی از فولاد یا بتن وجود دارد . که بیشتر وزن را تحمل میکند . تنها چند خیابان پایین تر از ساختمان مناتناک ، ساختمان ترکیبی جدیدی در حال ساخته شدن است . با 50 طبقه ساختمان کلومبیایی بلندترین ساختمان آجری شیکاگو خواهد بود . اسکلت آن با استفاده از 3000 تن فولاد و بیش از 50 تن بتن ساخته شده است . نمای بیرونی این ساختمان با 450 هزار آجر ساخته خواهد شد . در اواخر قرن 19 هنگامی که مهندسان در حال ساخت ساختمان مناتناک و دیگر ساختمان های شبیه به آن بودند تمام ذهن شان درگیر آن بود که تا چه ارتفاعی میتوانند ساختمان را بالا ببرند . در حال حاظر ما ساختمان کلومبیایی را با 50 طبقه داریم که نمای بیرونی آن از آجر است . با اینکه تکنولوژی های جدید کمک زیادی به ساختمان سازی کرده اند اما هنوز آجر جایگاه خودش را دارد . استفاده از مصالح جدید مانند فولاد و بتن موجب میشود که مهندسان با سرعت بیشتری این ساختمان ها را بسازند . ساختمان های ترکیبی جدید چالش هایی را نیز به همراه دارد . در ساختمان های ترکیبی رطوبت میتواند مابین فولاد و بتن و همچنین آجر قرار بگیرند . نتیجه این رطوبت زنگ زدن پایه های ساختمان خواهد بود . پس از بین بردن این رطوبت امری ضروری است . ما برای ای دیوار ها نیاز به سیستمی داریم که رطوبت را جذب نماید . این مشکل در شهر هایی که آب و هوای متغییر و باران زیاد و رطوبت دارد حائز اهمیت تر است . در ساختمان کلومبیایی راه حا استفاده از دیوار دو جداره ای به ضخامت 2 اینچ است که رطوبت را از طریق زه کش میگیرد . تکنیکی که معماران برای گرفتن رطوبت استفاده میکنند تکنیکی پیچیده است . قبل از چیدن یک ردیف آجر معمار ورقه ای فولادین را زیر آجر میگذارد که با لایه ای از لاستیک ضد آب پوشانده شده است . سپس تکه ای طناب در ملات بین آجر ها قرار میدهد . این طناب بعنوان زه کش برای خروج آب داخلی عمل میکند . به این صورت آب کاملا به خارج از دیوار انتقال میابد و هیچ آسیبی به دیوار نمیرساند . ساختمان های ترکیبی این امکان را فراهم آورده اند تا آجر در ساختمان های بلند استفاده شوند . در دنیای مدرن ساخت و ساز این زیبایی آجر است که باعث شده هنوز هم از آن استفاده شود . محکم ، با دوام و مقاوم در برابر آتش . آجر یکی از اصلی ترین مصالح ساختمانی برای بیش از 10000 سال بوده است . اما هنگامی که ساختمان سازی با آجر با مشکلی روبه رو شود نتیجه بدی خواهد داشت . با بیشتر شدن عمر ساختمان های آجری ، ملاتی که در آنها استفاده شده است به تدریج از بین میرود . بدون نگهداری مناسب دیوار های آجری میتواند مرگبار باشد . در هیچ کجا به اندازه نیویورک ساختمان سازی اهمیت ندارد . نیویورک 600000 ساختمان آجری دارد که بسیاری از آنها در برابر زلزله مقاوم سازی نشده اند . این مرکز وقایع غیر منتظره ساختمانی نیویورک است . این مرکز همچنین مرکز مسئولان امنیت ساختمان است . واحدی در این مرکز وجود دارد که برای رسیدگی به ساختمان های در حال تخریب است . امروزه گروه متخصص این مرکز میخواهند به ساختمان های قدیمی خالی از سکنه در منطقه هارلن که در خطر ریزش هستند بروند . هارلن یکی از مناطقی است که ساختمان های زیبایی دارند که قدمت بیشتر آنها بیش از 100 سال است . برخی از این ساختمان ها بخوبی نگهداری شده اند اما برخی از این ساختمان ها بخوبی نگهداری نشده اند .امروز گروه نگهداری برای بررسی شرایط ساختمان هایی که در دهه 1890 ساخته شده اند به آنجا میروند . ساکنان این ساختمان ها آنها را ترک کرده اند و این ساختمان ها در حال حاظر به سازمان ساختمان سازی تعلق دارد . این گروه باید بررسی کنند که این ساختمان های آجری قابلیت بازسازی را دارند یا باید تخریب شوند . بررسی طبقه های بالایی این ساختمان ها خطر خراب شدن سقف را در پی دارد . هر قدم اشتباهی میتواند مرگبار باشد . در حالی که دیوارهای چوبی داخلی خراب شده اند دیوارهای آجری ساختمان پابرجا ایستاده اند . ملات این دیوار ها از بین رفته است . برای اینکه این ساختمان دوباره قابل سکونت باشد این فضاهای خالی باید پر شوند . نتیجه بررسی این گروه این است که ساختمان ها خطرناک هستند اما اسکلت آنها هنوز سالم است . تصمیم نهایی اینکه ساختمان ها ویران شود یا باقی بمانند با مقامات شهر است . من معتقدم این ساختمان ها به راحتی بازسازی خواهند شد . البته راهی طولانی در پیش داریم . ما ساختمان های اصلی را هم اکنون داریم که خالی از سکنه هستند و میتوانیم از همین ساختمان ها برای بازسازی کاملا الحام بگیریم . از اولین ساختمان های ساخت بشر تا جدید ترین ساختمان های امروز همه آنها با یک دشمن مرگبار روبه رو بوده اند . زلزله . هنگامی که زمین شروع به لرزیدن میکند آجرها قابلیت جابه جا شدن با زمین را ندارند و همین موضوع باعث میشود که آجرها و ساختمان ها ویران شوند . هنگامی که زمین می لرزد و ساختمان میخواهد با تکان های زمین حرکت کند برخی از قسمت های ساختمان به صورت افقی و برخی نیز به صورت عمودی حرکت میکنند . قسمت هایی که به صورت افقی حرکت میکنند نمیتوانند فشار را تحمل کنند و ویران میشوند . از سانفرانسیسکو تا لسانجلس ، ایران و فیلیپین این واقع تکرار میشود . معمولا پس از زلزله ساختمان های آجری به شهری از خاک تبدیل میشوند . بیشترین تلفات زلزله برای ساختمان های آجری قدیمی است . بدون هیچ فولاد یا بتنی اسکلت آنها با تکان های زلزله به سرعت ویران میشوند . دهه هاست که مهندسان در تلاش برای برطرف کردن ضعف ملات ساختمان های آجری هستند . در حال حاظر تکنولوژی جدیدی در ساختمان های نوساز استفاده میشوند . این ساختمان 6 طبقه هنگامی که کامل شوند خوابگاه دانشجویان دانشگاه واشنگتن خواهد بود . اسکلت این ساختمان از فولاد و بتن درست شده است و نمای آن را 10000 آجر تشکیل میدهند . برای محکم کردن این آجر ها با ساختمان مهندسان از اختراع جدیدی استفاده میکنند . بست های زلزله . این بست ها که از فولاد ساخته شده اند در واقع دیوار آجری را به اسکلت ساختمان متصل میکنند . بست هایی که ما استفاده می کنیم فولادی هستند و به این صورت دیوار را به اسکلت متصل میکند . این بست ها تا این اندازه بالا و پایین میروند و به ساختمان اجازه میدهند که در هنگام زلزله تکان بخورند . بدون اینکه دیوار آجری بریزد . به اسن شکل که میبینید . این کاملا محکم شده است . این بست ها باعث میشوند که در هنگام زلزله دیواره آجری براحتی حرکت کند . بدون اینکه آجر ها از یکدیگر جدا شوند . بنابراین آجر و ملات با یکدیگر حرکت میکنند و فشاری به آنها وارد نمی شود که منجر به شکستن دیوار شود . متصل کردن آجر به اسکلت این ساختمان امری بسیار مهم است . محدوده ای که ساختمان در آن ساخته میشود درست برروی گسل قرار دارد . 28 فوریه 2001 ساعت 10:54 صبح : سیاتل زلزله ای را به بزرگی 6.8 ریشتر تجربه میکند . بسیاری از ساختمان های سیاتل به شدت تخریب میشوند . هنگام وقوع زلزله جیم رینولز در حال کار کردن در کارگاه ساختمانی بود . ساختمانی که مشغول کار بر روی آن بودیم در حین زلزله تخریب نشد و این بدلیل بست هایی است که ما برای مقاوم ساختن این ساختمان استفاده کرده بودیم . بست های جدید برای ساختمان هایی که رد حال ساخت هستند و یا در آینده ساخته خواهند شد بسیار مفید است . اما با ساختمان های قدیمی چه میتوان کرد ؟ در تمامی امریکا ساختمان ها ی آجری بیشماری وجود دارد که در مناطق زلزله خیز واقع شده اند .اما اگر این ساختمان ها در برابر زلزله مقاوم سازی نشوند ویران خواهند شد . در بسیاری از این ساختمان ها اضافه کردن فولاد یا بست های زلزله پرهزینه و یا غیر ممکن است . اما تکنولوژی جدید میتواند آجر را از خارج در برابر زلزله مقاوم کند . این نو آوری پارچه فایبرگلاس است که استحکام آن 5 برابر بیشتر از فولاد است . این پارچه میتواند به آجر متصل شود . این پارچه برای مقاوم سازی دیوار های آجری در برابر نیروی زلزله طراحی شده است . ما میتوانیم از جنبه های مثبت تحمل فشار آجر استفاده کنیم که بسیار مفید است . ساختمان هایی که به صورت استاندارد مقاوم سازی شده باشند در هنگام زلزله خراب نمیشوند . این پارچه باعث می شود تا آجر های دیوار مقاومت بیشتری در برابر تکان های جانبی داشته باشند . در این آزمایش نیروی وارد شده توسط این ضربات با نیرویی که به یک دیوار آجری در زمان زلزله وارد میشود برابر است . هنگامی که به طرفی از دیوار که با پارچه پوشانده نشده است ضربه میزنیم دیوار شکسته میشود . با هر ضربه ای ملات و آجر از یکدیگر جدا میشوند و آجر به آجر دیوار خراب میشود . در سمت دیگر دیوار که با پارچه مخصوص پوشانده شده است نتایج کاملا متفاوت هستند . با هر ضربه پارچه نیرو را میگیرد . و آن را پخش میکند . آجر ها و ملات همواره بین آنها در جای خود قرار دارند . این پارچه میتواند امنیت را برای بسیاری از ساختمان های مقاوم سازی نشده در سراسر جهان به ارمغان بیاورد . تقریبا 10000 سال است که آجر به دنیای ما شکل داده است . از خشت های گلی ساده تا ساختمان های ترکیبی با تکنولوژی های جدید . نبوغ انسان به نوآوری های بیشتر در زمینه آجر کمک میکند و این اختراع کهن را در دنیای امروز قابل استفاده نگه میدارد . ویژگی های خاص این ماده میتواند رابط ما با آن باشد . آجر ویژگی های بینظیری دارد و یکی از پایه های تاریخی مهم بشر محسوب میشود . آجر ماده است که به ما احساس خشایند میدهد و ما خیلی خوشحالیم از این امر . آجر هم از لحاظ ظاهری زیباست و هم اینکه سالیان سال بعنوان اصلی ترین ماده باری ساختمان سازی استفاده میگردید . مردم با آن احساس راحتی میکنند . آجر از خاک درست میشود و نهایتا نیز به خاک تبدیل میشود و یکی از موادی است که واقعا احساس میشود . آجر هرچه که باشد مادی است که با شرایط مختلف سازگار میشود و امروزه به چالش های بزرگ دنیا ما پاسخ میدهد و به پایه ریزی آینده ما کمک میکند .

( آجر نسوز نما – آجر نما نسوز – آذرخش ) WWW.azarakhsh.ir

آجر سبک :

چكيده :

آجر يكي از پرمصرف ترين مصالح بنايي در ايران است . از آنجا كه آجر معمولي وزن زيادي دارد باعث سنگين شدن ساختمان و در نتيجه آسيب پذيري آن در برابر نيروهاي زلزله مي شود . سعي بر اين است كه با كاهش چگالي آجر علاوه بر سبك كردن ، خصوصيات عايق حرارتي آن نيز بهبود يابد . يكي از موادي كه به عنوان افزودني تخلخل زا به مواد اوليه آجر اضافه مي شود فوم پلي استايرن است.

براي آنكه مقاومت فشاري و جذب آب آجر سبك در حد قابل قبول براي آجرنما باقي بماند ، مقدار افزودني فوم پلي استايرن بايد حدود 1 درصد باشد . با افزودن 5/1 درصد وزني فوم پلي استايرن به خاك آجرپزي ، چگالي بدنه به 98/0 گرم بر سانتيمتر مكعب و مقاومت فشاري به 98 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع و جذب آب به 25 درصد وزني رسيد . چنين‌آجري به عنوان آجر معمولي باربر قابل استفاده است. با افزودن 2 درصد وزني فوم پلي استايرن به خاك ، چگالي بدنه به حدود 9/0 گرم بر سانتيمتر مكعب كاهش يافت ، در حالي كه مقاومت فشاري به حدود 69 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع رسيد . اين نوع‌آجر را مي توان به عنوان‌آجر معمولي غيرباربر استفاده نمود . هدايت حرارتي آجرهاي سبك ساخته شده به 5/1 درصد وزني فوم پلي استايرن ، 36/0 وات بر متر بر درجه سانتيگراد به دست آمد كه در مقايسه با‌آجرهاي معمولي به ميزان يك سوم كاهش يافته است .

تحقيقات انجام شده در ساير كشورها

هوادار كردن با پلاستيك ها يكي از روش هاي سبك سازي آجر و بلوك هاي سفالي دركشورهاي صنعتي است. روش سبك سازي با فوم پلي استايرن داراي حق امتيازي به نام پروتون است كه درآن از فوم پلي استايرن براي ايجاد تخلخل درشت استفاده مي شود.

برخي از كارخانه هاي توليد آجر از فوم پلي استايرن پيش ساخته استفاده مي كنند ولي براي انبوه، دارا بودن سيستم توليد فوم، اساسي است.

تهيه و نگهداري فوم پلي استايرن مشمول برخي اندازه گيري هاي مطمئن است كه دستورالعمل آن به وسيله مراجع مشاور، كمپاني هاي بيمه و اداره هاي آتش نشاني تهيه شده است. چنين ملاك هايي بايد هنگام طراحي درنظر گرفته شود. ماده خام، چگالي انبوهي تقريباً kg/m3 700 دارد و در بشكه هاي 125 كيلو گرمي يا كارتن مقوايي يك تني عرضه مي شود. استايروپور 500 P يك نام تجارتي نمونه وار است. بشكه ها و كارتن ها را مي توان به ترتيب تقريباً 6 ماه و 4 هفته نگهداري كرد، بدون آنكه از مواد افزودني هواساز چيزي را از دست بدهند.

پلي استايرن منبسط شده در 100 تا 700 درجه سلسيوس تجزيه حرارتي مي شود، بدون آنكه خاكستري بر جاي گذارد. گازهاي استايرن و بنزن كه در فرآيند آزاد مي شوند.

1-1 مواد خام و افزودني

در تحقيقي كه هاك و جانگ انجام دادند، مواد خام و افزودني هاي به كار رفته به شرح زير است :

خاك آجرپزي B ، خاكي با مقدار كمي كربنات و مواد رسي شامل قسمتهاي مساوي كاني هاي رس ايليتي و كائولينيتي است. آجر پخته شده با اين خاك داراي رنگ قرمز است.

خاك آجرپزي J ، خاك رس مارني با مقدار زياد كلسيت كه در آن ماده رسي عمدتاً از نوع ايليت است. آجر پخته شده با اين خاك رنگ زرد دارد.

خاك آجرپزي L ، شبيه خاك رس مارني J است با اين تفاوت كه داراي مقدارزيادي مونت موريلونيت در بخش رسي مي باشد. رنگ پخت آن صورتي مايل به زرد است.

فوم پلي استايرن ، با قطر تقريبي 1 تا 2 ميليمتر

لجن كاغذ سازي ، مواد زايدي است كه در فاضلاب توليد كاغذ وجود دارد و به صورت كيك هاي فيلتري كه بخشي از آب آن گرفته شده در دسترس است. ميزان آب ممكن است بين50 تا80 درصد وزني باشد. معمولاً ماده جامد به طور عمده از الياف كاغذ و باقي مانده اي كه اصطلاحاً فيلر گفته مي شود، مانند كائولن، آهك يا چاك تشكيل مي گردد.

خاكستر بادي، مورد استفاده در آزمايش حاوي مقدار كمي كربنات كلسيم و تقريباً 9 درصد وزني كربن سوختني است. مشخصه شايان ذكر ديگر، مقدار نسبتاً زياد (حدود 5 درصد وزني) قليايي هاي K2O و Na2O است كه به صورت گدازآور عمل مي كنند.

چاك پودر شده ، با هدف به دست آوردن بافت متخلخل ريز بدنه سراميكي استفاده شد كه نرمي بسيار زياد و به همان نسبت سطح واكنش بزرگ دارد.

ماسه كوارتزي، به عنوان ماده باز كننده استفاده شد كه تا حدود 95 درصد آن را دانه هايي با قطرهاي 2/0 تا 6/0 ميليمتر تشكيل مي داد.

اطلاعات ارائه شده در مورد تركيب اجزاي بدنه رسي برحسب درصدهاي مواد خشك است. بلوك ها و آجرهاي رسي سبك آزمايشگاهي با سوراخ هاي قائم در دو قالب ساخته شدند :

اندازه كوچك : ابعاد 70 × 40 × 80 ميليمتر، حجم سوراخ ها حدود 40 درصد، ضخامت جدار 6 ميليمتر.

اندازه بزرگ : ابعاد 90 ×90 ×180 ميليمتر، حجم سوراخ ها حدود 5/44 درصد، ضخامت جدار 5، 7 و 9 ميليمتر.

شكل دهي با يك اكسترودر آزمايشگاهي مجهز به خلاء انجام شد. خشك كردن ابتدا به آرامي در دماي اتاق و سپس در محفظه خشك كن در دماي 5- يا +105 درجه سلسيوس انجام گرفت. از كوره هاي الكتريكي براي پخت استفاده شد. برنامه هاي پيش گرمكن براي هر پيمانه خاك رس مربوط تنظيم شد. به منظور ارزيابي رفتار شكل دهي و قابليت اكسترود كردن در اكسترودر مارپيچي با استفاده از يك قالب اكسترودر، آجر سوراخدار با ضخامت جدار كم مورد آزمايش قرار گرفت.

1-2 شكل دهي

فوم پلي استايرن فقط بايد قبل از اكسترودر به گل افزوده شود، زيرا چنانچه در مراحل آماده سازي قبلي اضافه شود، جدايش نامطلوب يا كاهش اندازه اتفاق خواهد افتاد. اين بدان معني است كه عمل آوري اوليه براي توزيع يكنواخت دانه هاي پلي استايرن در گل در مقايسه با مواد تخلخل زاي نسبتاً جامد كه مي توانند بدون مشكل سرتاسر فرآيند آماده سازي را طي كنند، چندان مناسب نيست. عامل ديگر اين است كه بدنه هاي رسي داراي مواد افزودني پلي استايرن نياز به اكسترود شدن در يك حالت نسبتاً خميري دارند، زيرا در غير اين صورت اثر تخلخل زايي مورد نياز به طور معكوس تحت تاثير تراكم پذيري دانه هاي پلي استايرن قرار مي گيرد. به عبارت ديگر، پايداري خشت به طور طبيعي در يك محدوده بسيار كوچك كاهش مي يابد.

در مورد فوم پلي استايرن نظر بر اين است كه حجم زياد ذرات فوم، حالت رواني بدنه رسي را طي شكل دهي در اكسترودر بهبود مي بخشد. اين الياف مشابه لجن كاغذ سازي ساختار خشت را تثبيت نموده و بنابراين پايداري آن را افزايش مي دهند.

1-3 خشك كردن

مواد افزودني فوم پلي استايرن جمع شدگي خشك شدن را تنها به مقدار ناچيزي كاهش مي دهد، چون دانه هاي پلي استايرن بنابر تراكم پذيري زياد، به مقدار كمي مانع از فرآيند جمع شدگي مي شوند.همچنين يراي مقادير مواد افزودني از 5/0 تا 5/1 درصد وزني، در مقدار آب مورد نياز براي اختلاط هيچ تغيير محسوسي به وجود نمي آيد.

مواد ضايعاتي سوختني كه با 20 درصد وزني مورد آزمايش قرار گرفت، جمع شدگي خشك كردن را بطور متوسط 2/1 درصد كاهش داد. با وجود اين، مقدار آب مورد نياز براي اختلاط به حدود 12 درصد وزني افزايش يافت كه به طور مشابه از نظر انرژي خشك كردن، عيب محسوب مي شود.

خاكستر بادي كه در مقادير تا 30 درصد وزني مورد آزمايش قرار گرفت، جمع شدگي خشك شدن را به حداكثر 3/1 درصد كاهش و نياز به آب اختلاط را به حدود 8 درصد وزني افزايش داد .

1-4 خواص محصول

قبلاً اشاره شد كه مواد افزودني آزمايش شده عمدتاً به منظور عمل به عنوان مواد تخلخل زا در بدنه سراميكي، به هدف كاهش چگالي بدنه و درنتيجه ضريب هدايت حرارتي استفاده شد. بنابراين بايد چگونگي بهينه سازي بدنه رسي مشخص مي شد تا با كاهش چگالي بدنه، افت مقاومت نسبتاً كمي ايجاد شود. بدين ترتيب، آجرهاي سبك مورد استفاده در بنايي، نه تنها عايق حرارتي بهتري مي شوند بلكه همچنان وظيفه باربري را انجام مي دهند.

اگر افزودني هاي محتمل براي تخلخل زايي بدنه سراميكي از اين ديدگاه مورد بررسي قرار گيرد، آنگاه مي توان دريافت كه اين مواد به 3 گروه تقسيم مي شود :

گروه اول ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌، شامل مواد سوختني مانند فوم پلي استايرن

گروه دوم، محصولات فرعي صنعتي حاوي مواد سوختني و مواد معدني، براي مثال : لجن كاغذ سازي

گروه سوم ، مواد معدني مانند سنگ آهك يا خاكسترها

به طور كلي انتظار مي رود كه هنگام استفاده از مواد سوختني، مقدار كاهش در مقاومت به طور اساسي تحت تاثير شكل واندازه ذرات است و بنابراين تعيين و كنترل آن نسبتاً ساده مي باشد. برخلاف آن، شرايط به دست آمده با افزودني هاي معدني يا مواد حاوي اجزاي معدني پيچيده تر است، چون وجود آنها ممكن است به طور قابل ملاحظه اي دوره واكنش سينتر شدن را طي پخت تغيير دهد و نوع متفاوتي از خميره بدنه سراميكي به وجود آيد. از طرف ديگر، اين مواد امكان تاثير مثبت بر مقاومت ساختار بدنه سراميكي را فراهم مي سازد و بنابراين ممكن است به مقاومت بيشتري براي چگالي يكسان بدنه هاي سراميكي دست يافت.

1- ساختار فوم پلي استايرن و روش هاي توليد آن

پلي استايرن يك پليمر آلي است كه از پليمر كردن ملكول استايرن با سازوكارهاي مختلف پليمريزاسيون به دست مي آيد. اين پليمر علاوه بر شكل معمولي با چگالي زياد، با انجام شدن فرآيندهاي نسبتاً ساده روي آن، قابل تبديل به مواد اسفنجي با چگالي هاي بسيار كم است. پلي استايرن اسفنجي كاربردهاي بيشماري در صنايع مختلف، مانند بسته بندي، ظروف يكبار مصرف و مصالح ساختماني پيدا كرده است.

2-1 استايرن و روش هاي سنتز آن

استايرن به نام هاي وينيل بنزن، فنيل اتيلن و سينامن نيز شناخته شده و داراي فرمول شيميايي C6H5CH:CH2 است. استايرن مايعي روغني، معطر و بيرنگ است. نقطه جوش آن 2/145 درجه سانتيگراد و وزن مخصوص آن در 25 درجه سانتيگراد 9045/0 گرم بر سانتيمتر مكعب مي باشد]5[.اين ماده در زمره پر مصرف ترين مواد شيميايي است به نحوي كه در 1996، توليد سالانه جهاني آن 18700 هزار تن بوده است. اين تركيب عمدتاُ از هيدروژن گيري از اتيل بنزن در 650- 550 سلسيوس به دست مي آيد.

در واقع استايرن نخستين بار از صمغ برخي درختان جداسازي و پس از آن مشاهده شد كه اين مولكول خودبخود به يك جامد صمغي شكل تبديل مي شود. در آن زمان، يعني سال 1840 كسي توجيه مناسبي براي اين مشاهدات نداشت خصوصاً آن كه تركيب درصدهاي شيميايي آن پس از جامد شدن تغييري نمي كرد. پس از كشف پديده پليمر شدن توسط هرمان اشتاودينگر درحدود يك قرن بعد، اين ماده پلي استايرن ناميده شد.

2-2 فوم پلي استايرن

پلي استايرن انبساطي در واقع قبل از تبديل به شكل نهايي خود، داراي دو شكل است:

الف:ذرات و قطعات پلي استايرن يا تركيبات پلي استايرني حاوي چند درصد از يك عامل منبسط كننده مانند حلال هاي سبك آلي كه به نحوي به آن افزوده شده است (EPS).

ب: دانه هاي پلي استايرن توسط بخار به فوم تبديل مي شوند، درحاليكه در مورد دوم لازم است پليمر اكسترود يا تزريق شود. در اينجا روش هاي تهيه ذرات قابل تبديل به فوم و روش ها و دستگاه هاي تبديل اين ذرات به فوم تشريح شده است.

2-3 ساختار فوم پلي استايرن

ساختار فوم پلي استايرن شامل سه جزء پليمر، عامل انبساط و مواد افزودني به شرح زير است :

پليمر : پلي استايرن علي رغم سادگي ساختمان شيميايي اش داراي شكل هاي متفاوت است وقابل كوپليمر شدن بامنومرهاي ديگر نيزهست. پلي استايرن به كار رفته در دانه هاي منبسط شونده معمولاً داراي وزن مولكولي بين 180 تا 270 هزار مي باشد. پلي استايرن خالص به سه حالت مي تواند باشد :

- پلي استايرن آمورف يا آتاكتيك :اين نوع پليمرعمدتاً ازروش راديكالي بدست مي آيد و درآن ترتيب قرارگيري فضايي حلقه هاي فنيل روي زنجير نامنظم واتفاقي مي باشد.

- پلي استايرن ايزوتاكتيك: اين نوع پلي استايرن از روش هاي پليمريزاسيون فضاويژه به دست مي آيد و در آن موقعيت فضايي تمامي حلقه هاي فنيل يكسان است.

- پلي استايرن سينديوتاكتيك: اين پليمر نيز از روش هاي پليمريزاسيون فضاويژه به دست مي آيد و آرايس و جايگيري حلقه هاي فنيل روي زنجيره پليمر به صورت يك در ميان مي باشد. به دلايل متفاوت اقتصادي و فني، اين پليمردر توليد فوم به كار برده نشده است.

- پلي استايرن اشعه ديده : شبكه اي كردن پلي استايرن انبساطي با تشعشع هاي يونيزه كننده، دماي مجاز بهره برداري فوم را به وقدار زيادي افزايش مي دهد. براي مثال، فوم هاي پايدار تا 166 درجه سيلسيوس از اين طريق ساخته شده اند .

- آميزه هاي پلي استايرن : اگر پلي استايرن با درصد كمي از پليمرهاي ديگر مخلوط شود، فوم حاصل مي تواند داراي خواص جالب توجهي باشد. براي مثال، اختلاط 5% پلي اتيلن با 95% پلي استايرن انبساطي و اكسترود كردن مخلوط و فرو نشاندن ذرات اكسترود شده و قالبگيري، توليد فومي مي كند كه مقاومت زيادي در برابر حلال ها و عبور بخار آب دارد. در واقع يك پوشش پلي اتيلني روي فوم تشكيل مي شود.

- كوپليمرهاي استايرني : كوپليمرهاي استفاده شده به سه دسته تقسيم مي شوند : معمولي ( شبكه اي نشده )، شبكه اي شده و پس واكنش شده.

دسته اول : جايگزين كردن 20 تا 30% از منومراستايرن با اكريلونيتريل مقاومت خيلي زيادي در برابر بنزين و روغن هاي روان كنند، به فوم به دست آمده مي دهد.

دسته دوم : پلي استايرن اندكي شبكه اي شده توسط 01/0 تا 25/0% دي وينيل بنزن و منبسط شده با دي اكسيد كربن يا گازهاي ديگر، قابليت انبساط فوم را بالا برده و آن را در برابر فروپاشي در دماهاي زياد مقاوم مي سازد.

دسته سوم : دماي سرويس دهي پلي استايرن از طريق هيدروژنه كردن آن، قبل از تشكيل فوم به مقدار زياد افزايش مي يابد. آلكيله كردن پلي استايرن در حضور كاتاليزور مناسب آن را غيرقابل ذوب مي سازد. از اين طريق فوم به دست آمده در دماهاي زياد بسيار پايدار خواهد بود.

2- جمع بندي تحقيقات انجام شده و ارزيابي اقتصادي

چنانچه افزودني هاي قابل سوختن به مواد اوليه آجرپزي اضافه شود، حجم فضاهاي خالي را مي توان به طريق كنترل شده اي افزايش داد. با افزايش حجم فضاهاي خالي، وزن آجر كم مي شود.كاهش وزن آجر باعث كم شدن وزن ديوار و سقف مي گردد و درنتيجه از جرم ساختمان كاسته مي شود. با كاهش جرم ساختمان مقاومت آن در برابر زلزله زياد مي گردد. با رشد سريع و فزاينده شهرها كم كردن جرم ساختمانها اهميت بيشتري يافته است. زيرا بايد ساختمانهاي بلندتر بنا شود و لازم است كه از وزن ساختمان ها بويژه در طبقات بالاتر كاسته شود. علاوه بر اين، سبك سازي آجر خواص مشخصي ازجمله كاهش ضريب هدايت حرارتي و در نهايت صرفه جويي در مصرف انرژي پديد مي آورد. مزيت ديگر آجرهاي سبك كاهش وزن جابجايي و بنابراين هزينه هاي كمتر حمل و نقل است.

يكي از موادي كه مي توان به عنوان افزودني تخلخل زا در آجرپزي مصرف نمود، فوم پلي استايرن است. فوم پلي استايرن را بايد درست در دهانه ورودي دستگاه اكسترودر به گل افزود، زيرا چنانچه در مراحل آماده سازي قبلي اضافه شود، جدايش نامطلوب يا كاهش اندازه دانه هاي فوم اتفاق خواهد افتاد. اين بدان معني است كه عمل آوري اوليه براي توزيع يكنواخت دانه هاي پلي استايرن در گل در مقايسه با مواد تخلخل زاي نسبتاً صلب كه مي توانند بدون مشكل سرتاسر فرآيند آماده سازي را طي كنند كمتر ميسر است. از طرف ديگر، بدنه هاي رسي داراي مواد افزودني پلي استايرن نياز به اكسترود شدن در يك حالت نسبتا خميري دارند، زيرا در غير اين صورت اثر تخلخل زايي مورد نياز به طور معكوس تحت تاثير تراكم پذيري دانه هاي پلي استايرن قرار مي گيرد.

4- نتيجه گيري

يكي از موادي كه مي توان به عنوان افزودني تخلخل زا در آجرپزي مصرف نمود، فوم پلي استايرن است. اين ماده براي تخلخل زايي درشت مورد استفاده قرار مي گيرد. فوم پلي استايرن را بايد درست در دهانه ورودي دستگاه اكسترودر به گل افزود، زيرا چنانچه در مراحل آماده سازي قبلي اضافه شود، جدايش نامطلوب يا كاهش اندازه دانه هاي فوم اتفاق خواهد افتاد. براي توليد انبوه آجر بهتر است از سيستم ايجاد فوم در كارخانه آجر استفاده شود. خاك رس هاي پرمايه داراي ماسه نسبتا كم براي مخلوط كردن با پلي استايرن مناسب ترين خاك است، زيرا پلي استايرن يك ماده غير چسبنده بسيار موثر است. مشخص شده است كه مواد به كار رفته براي ايجاد تخلخل عموماً داراي تاثير مطلوبي در رفتار خشك شدن بدنه هاي رسي است. فوم پلي استايرن، ساختار خشت را تثبيت نموده و بنابراين پايداري آن را افزايش مي دهد. براي توليد آجر سبك با استفاده ازفوم پلي استايرن ازهمان خشك كن ها وكوره هاي ساخت آجرهاي بنايي استاندارد استفاده ميشود. زمان خشك شدن با افزودن پلي استايرن معمولاً كوتاه مي گردد. فرآيند واقعي پخت تحت تاثير مقدار كم محتويات قابل احتراق قرار نمي گيرد، بنابراين اقدامات كنترلي خاصي نبايد انجام شود.

با افزودن فوم پلي استايرن، كاهش مقاومت فشاري بايد به حدي باشد كه از حدود مجاز استاندارد كمتر نشود. اگر منظور توليد آجر نماست از نظر مقاومت نمي توان بيش از 5/1 درصد فوم پلي استايرن به خاك رس افزود، زيرا مقاومت از 100 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع ( حداقل مجاز مقاومت فشاري براي آجرنما ) كمتر مي شود. افزودن حتي 2 درصد پليمر، مقاومت را در حدي نگاه داشته كه همچنان قابل مصرف به عنوان آجر معمولي مورد استفاده در ديوار باربر است، زيرا حداقل مجاز مقاومت براي آجر معمولي مصرفي در ديوار باربر 60 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع است.

سبك سازي آجر با 5/1 درصد فوم پلي استايرن، ضريب هدايت حرارتي را به يك سوم آجر معمولي رسانده است. بدين ترتيب كه ضريب هدايت حرارتي آجر سبك با 5/1 درصد فوم پلي استايرن 36/0وات بر متر بركلوين به دست آمد، در حالي كه هدايت حرارتي آجر معمولي حدود 1 وات بر متر بر كلوين مي باشد.