تحقیق آجر و بلوك های بتنی

مقدمه و تاریخچه

آجر از قدیمی‌ترین مصالح ساختمانی است كه قدمت آن بنا به عقیده برخی باستان‌شناسان به ده هزار سال پیش می‌رسد ولی این امر هنوز به اثبات نرسیده است. در ایران بقایا كوره‌های سفال‌پزی و آجر‌پزی در شوش و سیلك كاشان كه تاریخ آنها به هزاره چهارم پیش از میلاد می‌رسد پیدا شده است و نیز نشانه‌هایی از تولید و مصرف آجر در هندوستان به دست آمده كه حاكی از سابقه شش هزار ساله آنست. ساختمان برج بابل كه از اجر بنا شده مربوط به 5000 سال قبل بوده و امروزه بقایای آن موجود است. از آجرهای ویرانه‌های یكی از شهرهای بابل در برخی ساختمان‌های شهرهای بغداد و تیسفون استفاده شده كه مربوط به 600 سال قبل از میلاد می‌باشد.

واژه آجر ( معرب آگور فارسی ) بابلی است و نام خشت‌هایی بوده كه بر روی آنها منشورها (فرمان‌ها)، قوانین (دادها) و نظایر آنرا می‌نوشته‌اند. گمان می‌رود نخستین بار از پخته شدن خاك دیواره‌ها و كف اجاق‌ها به پختن آجر پی‌برده باشند. كوره‌های آجر  پزی ابتدائی نیز بی گمان از مكان هایی تشكیل می شده است كه در آن لایه های هیزم و خشت متناوباً روی هم چیده می شده است( شكل 2-1) در ایران باستان ساختمان های بزرگ و زیبایی بنا شده اند كه پاره ای از آنها هنوز پا برجا هستند، نظیر طاق كسری در غرب ایران قدیم، عراق فعلی بعدها نیز ساختمان هایی مانند آرامگاه شاه اسماعیل سامانی، گنبد كاووس و مسجد جامع اصفهان را با آجر ساختند. پل ها و سدهای قدیمی را نیز با آجر بنا می كرده اند كه از آنها می توان پل های دختر، سد كبار در قم و غیره را نام برد.

فن استفاده از آجر از آسیای غربی به سوی غرب به مصر و سپس به روم و به سمت شرق هندوستان و چین رفته است. در سده چهارم میلادی اروپاییان شروع به استفاده از آجر كردند ولی پس از مدتی از رونق افتاده و رواج مجدد آن از سده 12 میلادی بوده كه ابتدا از ایتالیا شروع شده و بعد فرانسه و سپس آلمان و آخر سر كشورهای دیگر از آن در بناهای خود بهره برده اند.

در ایران هر جا سنگ كم بوده و خاك خوب هم در دسترس بوده است آجرپزی و مصرف آجر معمول شده است. اندازه آجر زمان ایلامی (مربوط به چغازنبیل) حدود 10*38*38 سانتیمتر بود. پختن و مصرف آجر در زمان ساسانیان گسترش یافته و در ساختمان های بزرگ مانند آتشكده ها به كار رفته است،‌ اندازه آجر این دوره حدود 44*44*7 تا 8 سانتی متر بود. بعدها اندازه آجر به 20*20*3 تا 4 سانتی متر كاهش یافت و مدت زمان مدیدی این آجرها تهیه و در دیوارها و سقف ها مصرف می شدند ولی برای فرش كف آجرهای بزرگ تری به نام ختائی به ابعاد حدود 5*25*25 سانتی متر و باز هم بزرگ تر به نام نظامی به اندازه های حدود 5*40*40 سانتی متر تولید می شد، آجر بزرگ را به فارسی تاوه می گویند.

پیش از جنگ جهانی اول روس ها در ساختن قزاق خانه ها آجرهایی به ابعاد حدود 5×10×20 سانتی متر مصرف می كردند و از این رو آنرا آجر قزاقی نام گذاری كردند كه به روش سنتی تهیه می شد. پس از جنگ جهانی دوم روش تولید آجر در ایران دگرگون   گردید و روش های صنعتی كم كم جانشین روش هاس سنتی  شدند و كارخانه های زیادی احداث شدند  كه امروزه قادر به تولید انواع آجرها توپر،‌سوراخ دار،‌بلوك های دیواری و سقفی توخالی و اشكال هندسی مختلف هستند وگر چه امروزه كیفیت آجر به علت پیشرفت تكنولوژی پخت و تولید در  صد ساله اخیر بهبود یافته ولی در اساس كار تغییر چندانی رخ نداده است. شناخت كامل تر مواد اولیه و ویژگی آنها ،‌كوره های بهتر و با بازدهی بیشتر،‌و كنترل پخت و ماشین آلات بهتر كمك شایان توجهی به توسعه و پیشرفت صنعت تولید آجرنموده است.

مواد اولیه

آجر نوعی سنگ مصنوعی است كه از پختن خشت خام و دگرگونی آن بر اثر گرما به دست می آید. خشت خام را از خاك نمناك یا گل تهیه می كنند كه مخلوطی از خاك و كمی آب است. خاك آجر مخلوطی است از خاك رس،‌ماسه، فلد سپات ها، سنگ آهك، سولفات ها،‌سولفورها،‌فسفات ها،‌كانی های آهن،‌منگنز، میزیم، سدیم،‌پتاسیم،  مواد آلی گیاهی و غیره.

خاك رس

ماده اصلی تشكیل دهنده خاك آجر،‌خاك رس است كه فرمول شیمیایی آن هیدروسیلیكات آلومینیوم  بوده و  از پوسیدن و تجزیه فلد سپات ها یا فلد سپارها و

میكاها تحت تأثیر اسید كربنیك موجود در آب باران به وجود آمده است، فرمول شیمیایی این فلدسپات‌ها و میكاها به شرح زیر است:

سیلیكات آلومینیوم سنگ‌های آذری تحت تأثیر عوامل شیمیایی به صورت خاك رس پولكی و كوارتز آنها به واسطه تغییرات فیزیكی به شكل لای و ماسه در آمده‌اند.

خاك رس به دو صورت آبرفته یا سطحی، و معدنی یا عمقی وجود دارد. علاوه بر آن انواع سنگ رسی نیز از دگرگون شدن خاك رس تحت فشار به وجود می‌آید كه به نام شیست و شیل نامیده می‌شوند. این سه شكل اصلی خاك رس از نظر شیمیایی مشابه یكدیگرند، ولی به لحاظ فیزیكی ویژگی‌های متفاوتی دارند. خاك رس‌های آبرفتی بسته به جنس بستر و طول مسیری كه جابه‌جا شده‌اند دارای جنس‌های                                      گوناگون بوده و ویژگی‌های فیزیكی و شیمیایی آنها متفاوت است و به صورت‌های خاك آجر، خاك سرامیك، خاك نسوز، و غیره ته‌نشین شده‌اند.

خاك رس معدنی خالص‌تر و از لحاظ فیزیكی و شیمیایی همگن‌تر است. از مهم‌ترین ویژگی‌های آن پایداری در برابر دماهای زیاد است.

خاك رس خالص، بی‌رنگ است ولی خاك نباتی یا FeO آنرا كبود،‌ Fe₂O₃ آنرا سرخ، هیدروكسید آهن آن را زرد، گرد زغال سنگ بسته به نوع زغال آنرا از قهوه‌ای تا سیاه می‌كند. خاك رس‌ها موادی با تركیب شیمیایی پیچیده هستند ولی مبنای آنها تركیبی از سیلیس و آلومین با مقادیر متغیری از اكسید‌های فلزی و سایر مواد می‌باشند. آنها را می‌توان برحسب تركیب شیمیایی به دو گروه خاك رس‌های آهكی و غیر‌آهكی تقسیم‌بندی نمود. خاك رس های آهكی دارای حدود 15 درصد كربنات كلسیم بوده و پس از پختن به رنگ بهی در می‌آیند. خاك رس های غیرآهكی مركب از سیلیكات آلومینیوم و فلد سپات و اكسید آهن هستند. مقدار اكسید آهن متفاوت بوده و از 2 تا 10 درصد تغییر می‌كند. این دسته از خاك رس‌ها پس از پختن به رنگ‌های نخودی، قرمز، یا عنابی روشن در می‌آیند كه بیشتر مربوط به مقدار اكسید آهن است.

معمول‌ترین كانی‌های خاك رس‌ عبارتند از مونت مورینولیت، ایلیت و كائولینیت. بنتونیت دارای مقدار زیادی مونت مورینولیت و كمی بیدلیت است و از این رو چسبندگی، شكل‌پذیری و آماسیدن آن زیاد است. ضخامت پولك‌های مونت مورینولیت (Al₂O₃, 4S_iO₂, H₂O +n H_­2O ) یك هزارم میكرون و طول آنها 100 تا 200 هزارم میكرون می‌باشد، دارای دو لایه Si در دو طرف یك لایه Al است و از این رو خاصیت جذب آب آن بیش از كائولینیت بوده و دو برابر آن یون می‌سازد. بنتونیت پتاسیمی 2 تا 3 برابر و بنتونیت سدیمی 6 تا 7 برابر وزنش آب می‌مكد.

بنتونیت در صنایع سرامیك سازی، ریخته‌گری، پالایش نفت، آب‌بندی‌ سدها، صاف كردن و بی‌رنگ مواد غذایی و دارویی و آشامیدنی، كاغذ سازی، صابون سازی، تصفیه آب، رنگ‌سازی،  ساختن آجر‌نسوز، گل حفاری، امولسیون‌ها، حشره‌كش‌ها و  كرم‌های آرایشی و مركب داخل‌ قلم‌های خودكار و نظایر آن مصرف می‌شود.

ایلیت نام خاصی برای كانی‌های رس نیست ولی اصطلاحی عمومی برای كانی‌های خاك رس میكائی است كه معمولاً در مورد هر نوع كانی رسی كه آماس كردنی نباشد به كار می‌رود. ایلیت در ساخت محصولات رسی پخته ساختمانی نظیر كاشی و آجر به كار می‌رود، برخی ایلیت‌ها كه خاصیت خمیری دارند برای چسباندن ماسه ریخته‌گری به كار گرفته می‌شوند.

كائولینیت با فرمول شیمیایی Al₂O₃, 2SiO₂ , 2H₂O  است كه ضخامت پولك‌های آن 20 هزارم میكرون و طول آنها 100 تا 250 هزارم میكرون بوده و به اندازه وزنش آب می‌مكد. دمای ذوب آن 1750 درجه سیلسیوس است. در گرمای 800 درجه چسبناكی خود را از دست داده و به Al₂O₃ , 2SiO_­2 تبدیل می‌شود كه می‌توان برای جداسازی Al₂O₃  آن، آن را در اسید كلریدریك حل كرد.

كائولین Al₂o₃, 2SiO₂ nH₂O كه به خاك. چینی معروف است، چون آن را از تپه‌ای به اسم Kao –ling به معنای «تپه بلند» در شرق فولیانگ Fou – liang استخارج كرده و در چینی‌سازی مصرف می‌كرده اند به این نام شهرت یافته است (صادرات خاك چینی به اروپا نیز در اوایل از این منطقه بوده است). كائولین مشتمل است بر كانی‌های كائوولینیت، نكریت، دیكیت، آنوكست، با یك بلوردو لایه‌ای كه در آن صفحات سیلیس و هیدرواكسید آلومینیوم به طور متناوب قرار گرفته‌اند. خاك رس آب می‌مكد و پس از گل شدن آماس می‌كند و فضاهای خالی آن پر می‌شود، از این رو تا موقعی كه به صورت‌ تر باقی بماند می‌توان آنرا برای آب‌بندی مصرف كرد. خاك رس خشك چسبندگی ندارد ولی پس از مكیدن آب، چسبنده می‌شود، اما پس از آنكه كاملاً سیراب شد چسبندگی خود را از دست می‌دهد، بنابراین برای پاك كردن گل رس از اشیاء یا باید آنرا خشك كرد و تكان داد یا به اندازه‌ای خیس كرد كه كاملاً سیراب شده و از آنها جدا شود.

چسبندگی گل رس به خاطر كشش مولكولی است و كشش مولكولی بین پولك‌های خاك رس و لعابی از آب كه به ضخامت 6 تا 8 هزارم میكرون دور تا دور پولك‌ها را اندود كرده است حدود 200 N/mm² می‌باشد. این لعاب سطح پولك‌ها را لیز می‌كند، به قسمی كه كوچك‌ترین نیرو سبب لغزش آنها روی یكدیگر می‌شود و شكل‌پذیری گل رس به خاطر این مطلب است.