آجر سفالی از شکل دادن (اکسترود کردن) رس و سپس خشک کردن و پختن آن در دمایی معمولا در محدوده ۹۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سلسیوس ساخته میشود. در طی فرآیند پخت، تغییرات شیمیایی پیچیده ای پدید می آید. رس و سایر اجزایی که آجر را تشکیل می دهند با سیتر شدن (ذوب جزیی و ایجاد شیشه) به هم متصل می شوند. در طی فرآیند خشک شدن و پخت، آجر ها معمولا چند درصد نسبت به اندازه قالب اولیه جمع شدگی پیدا میکنند.
با بزرگتر شدن اندازه آجر سفال ها و کاهش چگالی آنها بر اثر کاهش چگالی بدنه و افزایش حجم سوراخهای کاهش مشخص مقاومت فشاری اجتناب ناپذیر است. آجر های تولید داخل از نظر شکل ظاهری به ۳ نوع زیر تقسیم می شوند:
الف- آجر های با هر دو نمای شیاردار برای گچ کاری و اندود کاری ب- آجر های با هر دو نمای صاف برای مصرف بدون گچ کاری و اندود کاری بر روی سطح آنها
ب – آجر سفال های با یک نمای شیاردار و یک نمای صاف در ایران، بخش اعظم دیوارهای ساخته شده با آجر سفالی از نوع الف و با حفره های افقی هستند.
سبک سازی بدنه و بهبود مشخصات حرارتی آجر یکی از اهداف بهینه سازی بلوک های سفالی سبک سوراخ دار، رسیدن به ضریب هدایت حرارتی ۳۰/۰ [W/ m. K] و ظرفیت باربری خوب در بنایی است. برای رسیدن به این هدف، ضروری است که چگالی بدنه با استفاده از مواد افزودنی به حدود ۲ / ۱ گرم بر سانتیمتر مکعب کاهش یابد و کاهش مقاومت با بهینه سازی بدنه رسی جبران گردد، به ترتیبی که مقاومت فشاری از ۴۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع کمتر نشود.
از مواد افزودنی جهت سبک سازی بدنه آجر سفالی می توان استفاده کرد. گروه اول شامل مواد آلی قابل احتراق) مانند خاک اره، فوم پلی استایرن، گرد ذغال سنگ است. سوختن و خارج شدن مواد آلی، ساختار باز تر و چگالی کمتری به جای می گذارند. مثال اصلی این نوع محصولات، پروتن است، که با اضافه کردن دانه های پلی استایرن به رس ساخته میشود. خاک اره و پودر ذغال سنگ را نیز برای دستیابی به چنین اثری در بعضی محصولات میتوان مورد استفاده قرار داد. وقتی پخت آجر کامل شد، این مواد در جای خود حفراتی به جای می گذارند که با افزایش خاصیت عایق حرارتی در ارتباط است.
گروه دوم افزودنیها،
از مصالح معدنی مانند پودر سنگ آهک تشکیل شده است. پودر سنگ آهک در هنگام پخت تجزیه شده، با خروج دی اکسید کربن آن وزن آجر کاهش می یابد. افزودنیهای پودر سنگ آهک،به علت خروج دی اکسید کربن در مرحله پخت، کاهش جمع شدگی پخت و تشکیل تخلخل ریز، چگالی بدنه سرامیکی را کاهش می دهد. مزیت اصلی آنها، اثر مثبت بر کسب مقاومت بدنه سرامیکی است که عمدتا در ارتباط با تشکیل مقدار زیادی سیلیکاتهای کلسیم می باشد.
هدف از بهینه سازی، تولید آجر سفالی سبک با سوراخ های قائم آن است که چگالی بدنه سرامیکی به زیر ۱ / ۴ گرم بر سانتیمتر مکعب برسد، تا خواص عایق حرارتی بهتری حاصل شود. از طرف دیگر با کاهش چگالی آجرهای مورد استفاده در دیوارها، جرم ساختمانها، و در نتیجه نیروهای جانبی ناشی از زمین لرزه کم میشود. مشکل اصلی این است که چگونه می توان افت در مقاومت آجر سفالی، که با تخلخل بیشتر در بدنه سرامیکی همراه است را به حداقل رساند، به طوری که از ظرفیت باربری کافی آجرها و آجر سفال ها اطمینان حاصل شود. چگالی بدنه آجر های تولید شده با خاک مناطق مختلف کشور در محدوده ۱/ ۶۰ تا ۱ / ۸۰ گرم بر سانتیمتر مکعب قرار دارد.
با افزودنیهای سبک کننده وزن، می توان چگالی بدنه را به کمتر از ۱/ ۲۰ گرم بر سانتیمتر مکعب رساند. به این ترتیب، آجر سفال سبک با خواص بهتر عایق حرارتی تولید کرد. ساختن بلوکهای سبک عایق حرارتی، با اضافه کردن مواد افزودنی آلى قابل احتراق (مواد تخلخل زا) در مقادیر و اندازه های مناسب به خاک امکان پذیر است.
بررسی و آزمایشات
آزمایش های انجام شده در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن نشان داد که با استفاده از مواد تخلخل زا میتوان به هدف کاهش چگالی بدنه آجر رسید. در تولید این آجر سفال، سیستم های خشک کن و کورههای معمولی و متداول به کار می رود. از آنجا که افزودن خا کاره باعث افزایش مقدار آب می شود، انرژی خشک کردن نیز با افزایش مشابهی همراه خواهد بود.
برای تولید آجر سفالی، از همان خشک کن ها و کوره های ساخت آجرهای بنایی استاندارد استفاده میشود. زمان خشک شدن با افزودن پلی استایرن معمولأ کوتاه می شود. بدیهی است در فرآیند واقعی پخت، کاهش جرم آجر سفالی و همچنین احتراق پلی استایرن منبسط باعث می شود میزان انرژی مورد نیاز برای پخت در مقایسه با آجر سفالی معمولی کمتر باشد، و در نتیجه، توان مورد نیاز در دماهای مختلف نیز تحت الشعاع قرار گیرد. کاهش در چگالی بدنه به حدود ۱ / ۲۰ گرم بر سانتیمتر مکعب با افزودنی های کاهش دهنده وزن، دامنه تولید آجرهای عایق حرارت را به طور قابل ملاحظه ای وسعت می دهد. سبک سازی آجر، افزایش مقاومت حرارتی آن را نیز به دنبال دارد.
هرچند این امر پدیدهای مثبت تلقی می گردد، ولی به دلیل افت مقاومت فشاری آجر و آجر سفالی ، لازم است روند تحول این دو پارامتر، به صورت همزمان بررسی شده و تعیین گردد تا چه میزان میتوان وزن حجمی آجر، و در نتیجه ضریب هدایت حرارت آن را کاست، بدون اینکه مقاومت فشاری آجر از حدود قابل قبول کمتر نشود.
در برخی استانداردهای معتبر، آجرهای سبک، آجرهایی دانسته شده است که چگالی ظاهری آنها از ۸. گرم بر سانتیمتر مکعب بیشتر نباشد. به عنوان یک اصل کلی، چنین چگالیهای کمی تنها با ایجاد فضای خالی زیاد (بیش از ۹۰ درصد) و از طریق هوادار کردن بدنه امکان پذیر است
اصولا عوامل مهمی که ناشی از مواد خام و روش تولید است و تأثیر قاطعی بر خواص محصول آجر سفالی دارد عبارتند از:
– تشکیل دهنده های معدنی (نوع و مقدار)؛
– مواد بازکننده (نوع و مقدار)؛
– مواد تخلخل زا (نوع و مقدار)؛
– ترکیب اندازه دانه ها (میزان آماده سازی
– تشکیل بدنه سرامیکی (ترکیبات فازی معدنی)؛
– ساختار فضاهای خالی (نوع و توزیع)،
– تراز دمای پخت و زمان قرارگیری در دمای مورد نظر.
اصولا جنبه های اقتصادی آجرها و بآجر های سفالی با سوراخهای قائم و با خواص مناسب عایق کاری حرارتی، به مشخصات فنی ذخایر مواد خام موجود و فاصله حمل آنها به کارخانه بستگی دارد. خاصیت مقاومت فشاری محصول، به مواد خام بستگی دارد. رسیدن به چگالی مورد نیاز آجر یا بدنه سرامیکی، تنها در ارتباط با تراز تخلخل ایجاد شده است
سالهاست که از انواع مختلف افزودنیهای سوختنی نظیر پلی استایرن، خاک اره، غبار زغال سنگ، لجن فاضلاب، باقیمانده سلولزی و غیره در تولید آجر و آجر سفالی سبک به طور موفقیت آمیزی استفاده شده است اکثرأ، حد فناوری برای چگالی های بدنه، نزدیک ۴ / ۱ گرم بر سانتیمتر مکعب گزارش شده است. تنها در بعضی موارد به حد ۲ / ۱ گرم بر سانتیمتر مکعب رسیده اند. این امر عمدتا به نوع و اندازه دانه های مواد تخلخل زا، آماده سازی و فرآوری آن و به شرایط بسیار متفاوت فرآیند شکل دهی، خشک کردن و پخت بستگی دارد.
بررسی مقاومت
گزارش شده است که مقاومت بدنه سرامیکی را میتوان با افزودنیهای معدنی مختلف نظیر سنگ آهک پودر شده، رسهای با نمای سنتر شدن کم و بعضی محصولات فرعی صنعتی افزایش داد. بنابراین،در آجر سفالی دورنمایی برای کاهش حد فناوری به ۲ / ۱ گرم بر سانتیمتر مکعب وجود دارد، مشروط بر آن که با استفاده از اقدامات اضافی آماده سازی و افزودن مواد تخلخل زای ریز، بتوان فرمول بدنه رسی را به خوبی تنظیم کرد تا از کاهش مقاومت به حدی کمتر از ۴۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع جلوگیری به عمل آید
در آجر سفالی مواد تخلخل زا به درجات مختلف، أثر بازکنندگی در بدنه سرامیکی دارند. بنابراین خاک رس های مورد استفاده در آجر ها و أجرهای بزرگ سبک عایق حرارتی باید حالت خمیری را به حد مناسبی حفظ کند. افزودنی های باز کننده بر خواص چسبندگی اثر می گذارد، یعنی پایداری خشت خام را بلافاصله پس از اکسترود کردن کم میکنند و معمولا لازم است بدنه های رسمی در طی شکل دهی هواگیری شوند.
البته نتایج تحقیقات متعدد نشان داده است، برای بهینه سازی بانه رسی، نمیتوان مقاومت فشاری قابل دستیابی برای یک چگالی بدنه سرامیکی مشخص را تنها از روی خواص مواد اولیه تخمین زد.
