آجر (2)

مراحل ساخت آجر

1) کندن و استخراج مواد خام
2) آماده سازی مواد اولیه
3) قالب گیری
4) خشک کردن
5) پخت آجر

کندن و استخراج مواد خام

ماده اولیه آجر را عمدتا خاک رس تشکیل می دهد همانگونه که می دانید , انواع مختلفی ازخاک رس وجود دارد , ولی بیشتر ازخاک رس آبرفتی برای تهیه استفاده می شود .
در مناطق مختلفی از ایران منابع مطلوب از مواد اولیه وجود دارد که کارگاه های تولید آجر چه به صورت سنتی یا مدرن در کنار این معادن احداث می گردد. البته برخی از کارگاه های تولیدی معدن مواد اولیه ندارند و مواد اولیه ی مورد نیاز خودرا از سایر معادن خریداری می کنند و در محل کارگاه دپو می کنند.
در زیر مواد مورد نیاز برای تولید آجر آورده شده است:

خاک رس آبرفتی :

همانطوری که از نامش پیداست در نزدیکی سطح زمین یافت می شود و بیشتر آجر های رسی باکمک آن تولید می شوند . میزان خاک رس در گل آجر بسیار اهمیت دارد . خاک رس زیاد گل آجر را توپر می کند ولی موجب ترک خوردن خشت در هنگام خشک شدن می شود .

ماسه :

که از تاثیر عمل فرسایش هوازدگی بر سنگ های سیلیسی حاصل می شود درحقیقت استخوان بندی آجر می باشد . در صورت افزایش مقدارآن آجر ترد وپوک می شود وضمنا دانه های درشت ماسه درگل آجر درهنگام پختن منبسط وموجب ایجاد ترک های ریز درآجر میشوند .

آهک :

درخاک رس و گل آهک وجود دارد , درصورتیکه به صورت دانه ریز , یکنواخت وهمگن باشد وموجب روشن شدن رنگ آجر می شود وافزایش مقدارآن نقش گدازآوردارد.وجوددانه ها ی درشت آهک درگل آجر پس از پختن آهک زنده تولید میکند . آهک زنده درهنگام استفاده از آجر ,‌آب ملات رابه خود می کشد وتولید هیدرواکسید آهک یا آهک شکفته می کند ,‌که بسته به خلوص سنگ آهک 25/1 تا 5/3 برابر حجم اولیه را به دست می آوردو موجب ترکیدن آجر می شود به این پدیده آلوئک آجر می گویند .

ترکیبات سولفاتی :

به مقدار کم بی ضرر است و درصورت افزایش , تولیدیون اسیدی می نمایند و به آجر و ملات آسیب می رسانند .

ترکیبات آهن دار :

نقش گداز آور دارند و رنگ محصول را به قرمز نزدیک می کنند .

نباتات و ریشه گیاهان :

ممکن است در گل آجر ریشه گیاهان وجود داشته باشند که در حرارت کوره می سوزاند وآجر پوک میشودو پس از تهیه ماده اولیه آن را الک و خوب آسیاب می کنند تا نرم ویکنواخت شود .(معمولا باانتخاب منبع خوب برای خاک رس این مشکل راتاحدی حل می کنند )

آماده سازی مواد اولیه

عملیات های مورد نیاز جهت آماده سازی مواد اولیه به نحوه ی پروسه ی تولید بستگی دارد.
برای تهیه خشت آجر رسی سه روش متفاوت وجود دارد که درهر روش میزان رطوبت خاک و نوع گل متفاوت است .

1) گل خشک

که با اضافه نمودن آب به میزان حدود 8 تا 12 درصدوزن ماده اولیه تهیه میشود و باکمک پرس خشت شکل می گیرد . بسیاری از آجرهای صنعتی ووکلیه سفال های ساختمانی با روش گل خشک ساخته می شوند .

2) گل سفت

که با اضافه نمودن آب به میزان حدود 20 تا25 درصد وزن ماده اولیه تهیه می شود و با روش ماشینی خشک می زنند . در این روش از ماشین های خشت زنی هیدرولیکی استفاده میکنند خشت U به صورت منشوری با قاعده مربع یا مستطیل شکل از دستگاه خارج می شود وسپس آن را به کمک دستگاه برش به قطعات مساوی تقسیم می کنند .

3) گل خمیری

بااضافه نمودن آن به میزان تاحد 60 درصد وزن به خاک تهیه می شودتا حالت خمیری پیداکنند وبتوان با دست به آن شکل داد . دراین روش گل را درون قالبهای چوبی می ریزند و بادست شکل می دهند و خشت می زنند .

خشک کردن

زمانی که قطعات ازماشین های شکل دهی خارج می شوند مقدار قابل توجهی رطوبت به همراه دارند . خشک کردن خشت خام قبل از پختن آن به علت جلوگیری از تغییر شکل زیاد وترک در سطح خشت می باشد وهمچنین از صرف هزینه سوخت بیشتر درکوره اصلی و امکان دوده گرفتن کوره به سبب رطوبت اولیه زیاد وسوخت ناقص جلوگیری می کند . درکارخانه به روش سنتی 1ـ 2 هفته ودرکارخانه به روش صنعتی 36 ساعت .
خشک کردن موجب بروز انقباض می شود و این انقباض درحدی مجاز است که محصول نهایی دارای اندازه مناسب و دلخواه باشد .
جمع شدگی در خشت خشک شده حدودا ده درصد در هر بعد است . درجه حرارت کوره خشک کن درهر بعد است .درجه حرارت کوره خشک کن از 40 تا 200 درجه سانتیگراد و زمان خشک کردن از 24 تا 48 ساعت متغیر است که بستگی به نوع رس دارد . حرارت لازم معمولا به کمک گرمای تلف شده از کوره های اصلی فراهم میشود . درکلیه مراحل , حرارت ورطوبت کاملا تنظیم می گردند تا از انقباض سریع که موجب به وجود آوردن ترک های زیاد میشود , اجتناب گردد .
درمناطق گرم و خشک ازگرمای هوا به منظور خشک نمودن خشت استفاده می کنند دراین روش نحوه چیدن خشت ها ازاهمیت فراوان برخور دار است . به ترتیبی که جریان هوا یک جانبه نباشدچون باعث ایجادانحنا و تغییر شکل آجر در اثر خشک شدن یک جانبه می شود .
خشت خشکی که برای پختن آجر آماده شده است رطوبتی بین 8 تا 12 درصد به همراه دارد .

پخت آجر

گداختن یکی ازمهمترین قدم ها درساختن آجر می باشد .زمان موردنیاز باتوجه به نوع کوره ,‌ نوع رس و سایر متغیرها از 40 تا 150 ساعت تغییر می کند درحال حاضر کوره های تونلی و کوره های متناوب انواع جدیدی ازکوره ها میباشند که مورد استفاده قرارمی گیرند . درکوره تونلی آجرهای خشک شده که برروی واگون ها ی مخصوص چیده شده انداز داخل تونل گذر می کنند و از کانون حرارتی عبورمی نمایند واز سوی دیگرخارج می شوند .( آجر بعد از پخته شدن یک مر تبه از کوره خارج نمی شود چون ترک میخورد و طی زمان 6 ساعت به صورت یکنواخت ازکوره خارج میشود )
درکوره های دیگر , حرارت به طور متناوب تغییر می کند دراین روش خشت ها ثابت وکانون حرارتی متغیر است . سوخت این کوره هاگاز طبیعی ,نفت یاز غال سنگ می باشد .
کنترل زمان پخت درکوره ازاهمیت فراوانی برخوردار است خشت خام فاقد مقاومتهای مکانیکی مورد نظر است وچنانچه آجر بیش از حد حرارت ببیند تغییر چنانچه آجر بیش از حد حرارت ببیندن تغییر شکل می دهدو قابل استفاده نمی باشد .
به منظور اجتناب ازبروز ترک حرارت تا دمای 100 تا 120 درجه سانتیگراد به کندی افزایش می یابد دراین دما آب آزاد خشتها تبخیر وخشک می شود . بعد ازخشک شدن خشت ها حرارت به سرعت 5 تا 700 الی 800 درجه سانتی گراد افزایش می یابد و در این دما آب تبلور کائولن تبخیر ( دی هیدراته ) می شود وخشت ها نهایت تخلخل خود را پیدا می کنند دردمای 800 تا 850 درجه سانتیگراد مواد زود گداز همراه با رس گداخته میشوند واجزای دیرگداز را احاطه می نمایندوبعد طولی رس ها نقصان می یابد و خشت حرارت دیده به مصالح یکپارچه ای تبدیل میشود .
مصالح تشکیل شده از رس زودگذر دردرجه حرارت بین 900 و 1100 درجه سانتیگراد کاملاگداخته می شوند و مصالح ساختار سنگی پیدا می کند این مصالح به خوبی در برابر نفود آب مقاوم است ومقاومت مکانیکی بالا, مقاومت دربرابر یخبندان و سایر کیفیات یک مصالح ارزشمند را پیدا می کند .
دربعضی ازروشهای نوین به منظور جلا یافتن سطح آجردرمرحله نهایی با تزریق گاز طبیعی سطح آجر می سوزد و تغییر رنگ می دهد و جلا پیدا می کند .
برای جلوگیری ازترک‌, آجر ها را به عنوان آهستگی سردمی نمایند و بعد از آن کنترل نهایی انجام می گیرد و در صورت نیاز به منظور یکنواختی ماشین کاری وسپس آجر های مرغوب بسته بندی ,‌انبار یا بارگیری میشوند .

انواع کوره های آجر پزی

پس از خشک شدن خشت , انرا درکوره میچینند بطوریکه که به همدیگر نچسبند , تا هوا ‌شعله وگا ز از لای آجرها بگذرند . کوره های آجرپزی سه نوع اند :
1- کوره با آتش ثابت و آجر ثابت
2- کوره با آتش رونده و آجر ثابت
3- کوره با آجر روند وآتش ثابت

1) کوره با آتش ثابت و آجر ثابت یا کوره تنوره ایی

این کوره کارش پیوسته نیست کوره تنوره کوتاه وگشادیست که خشت را درآن می پیچنند و تون آنرا می تابند ( آتش می کنند ) شعله , هوای داغل و دود ازلا به لای خشت های چیده شده درکوره بالا می روند و گرمای خود را به خشت ها پس می دهند وخشت ها می پزند .
کار کوره تنوره ایی پیوسته نیست و در آن گرمای زیاد ی هدر میرود زیرا پس از آنکه خشت پخته شد و آجرشد , سر کوره را باز می کنند ومی گذارند تا آجر درون کوره سردشود وگرمایش را به هوابدهد .
جنس آجر ی که درکوره تنوره یی پخته شود یک جور نیست . از پایین به بالاجوش , آجرجوش ,‌آجر سبز , آجر بهی , آجر سفید , آجر ابلق , آجر قرمز و آجر نیم پخته بدست می آید . اگربالای کوره های تنوره یی به شکل قارچ ساخته شده و سر کوره پوسیده شود , جوری که گاز کوره از بالای آن بیرون نرفته از سوراخ های نزدیک کف کوره به دو دکش یاهواکش مکیده شود گاز داغ ,‌گرمایش رابه خشت های چیده شده در کوره پس می دهدو با این کار ,‌گرمای گاز کوره هدر نمی رود و جنس آجرها هم همجور می شود .

2) کوره با آتش رونده و آجر ثابت

کار این کوره پیوسته است و گرمای آن خیلی کم هدر می رود این کوره را نخست یک بنای اهل برلن به نام Friedrich Hoffmann ساخت که به نام او نامیده می شود . چون حلقه ایی ساخته میشد آنرا کوره حلقه ایی هوفمان نامیدند .
نخستین کوره ها به شکل دایره ساخته میشدند ,‌اکنون آنرا به شکل حلقه دراز یا اره ایی و مانند اینها می سازند در این کوره ازهدر رفتن گرما به اندازه زیاد جلوگیری می شود .

3) کوره تونلی

در آن سفالهای ممتاز هم می پزند . کارش مانند تونل خشت خشک کنی ست از سر تونل واگونک با بار خشت به تونل می رودو از ته تونل آجرسرد شده بیرون می آید کانون آتش در دیوار درونی تونل جا دارد همین که واگونک با بار خشت به درون تونل رانده شد ,‌به کندی به سوی کانون آتش پیش می رود خشت کم کم گرم و نیم پز شده از برابر کانون آتش گذشته می پزد .
هنگامیکه واکونگ آجر پخته به سوی ته تونل می رود ,به آن هوای سرد می دمند تا گرمای آجر را بگیرد و آنرا سرد کند هوایی که از روی آجر گذشت و داغ می شود و هواکش پهلوی کانون آتش آنرامکیده و به کانون آتش می دمد . کارکوره تونلی پیوسته است و گرمای آن خیلی کم هدرمی رود اما ساختن تونل ریل گذاری , ارزش واگونک ها وجزاینها گرانست . جایی که برق ارزان باشد ,‌می شود کوره تونلی را برقی ساخت وکوره را با برق آتش کرد .
برای آنکه کوره تونلی دراز نشود , آنرا در دوتکه پهلوی هم می سازند دریک تکه خشت میسازند وروی واگونک می چینند وبه گرمخانه می برند تا درآنجا خشتهای روی واکونگ ها خشک ,‌گرم و داغ شوند , سپس واکونگ های بابار خشت داغ را به درون تکه دوم میرانند درتکه دوم که کوره درآن ساخته شده , خشت های داغ شده از برابر کانون آتش گذشته میپزند روی آجر داغ هوا می دمند و گرمای آنرامی گیرند . هوای داغ شده را به گرمخانه و به کانون آتش می دمند .

نتیجه گیری

در صنعت آجر حدود 7000 کارخانه فعال در ایران موجود است که میزان تولید اسمی سالیانه آنها بیش از 50 میلیون تن می‌باشد. محصولات اکثر ‌این کارخانجات، شامل آجر سنتی، آجر ماشینی و بلوک تماما با فن‌آوری قدیمی ‌تولید می‌شوند که علاوه بر انرژی‌بری بسیار بالا در تولید (بیش از 2 برابر انرژی‌بری تولید آجر با فن‌آوری جدید)، از بسیاری از مزایای نهفته در استفاده از آجرهای جدید بی‌بهره می‌باشند. سهم 45 درصدی هزینه‌های انرژی در تولید آجر از دیدگاه اقتصاد ملی، خود بیانگر شدت انرژی مصرفی بسیار بالا در این صنعت و لزوم توجه به آن می‌باشد.
راهکارهای بهینه‌سازی مصرف انرژی
1) راهکارهای کوتاه مدت و کم هزینه.
2) راهکارهای بلندمدت و پرهزینه.
اجرای راهکارهای کوتاه‌مدت و کم‌هزینه در مقایسه با راهکارهای بلند‌مدت و پر‌هزینه از نظر اجرا، عملی‌تر و برای صاحبان واحدهای تولیدی نیز قابل قبول‌تر می‌باشد. با توجه به اینکه در کشور نزدیک به 7000 کوره آجرپزی وجود دارد, بهترین راهکارهای کم‌هزینه استفاده از مشعل‌های با راندمان بالا در کوره‌های هوفمن موجود و بازیافت حرارت از این کوره‌ها است.
راهکارهای کم هزینه و کوتاه مدت
1) استفاده از سوخت‌پاش‌های راندمان بالا در کوره‌های هوفمن با حدود 20 درصد صرفه‌جویی.
2) بازیافت حرارت در کوره‌ها.
3) آموزش پرسنل.
4) استفاده از مشعل‌های با راندمان بالا.
5) بازیافت حرارت از کوره‌های هوفمن جهت استفاده در قسمت خشک کن.
راهکارهای پرهزینه و بلند مدت
1) جایگزینی ماشین‌آلات مدرن در خط تولید شامل تجهیزات، سنگ‌شکن، میکسر، اکسترودر.
2) نصب خشک‌کن با راندمان بالاتر و کاهش ضایعات و مصرف انرژی کمتر.
3) جایگزینی کوره تونلی بجای کوره هوفمن که دو تا سه برابر شدت مصرف انرژی را کاهش می‌دهد.
4) استفاده از سیستم بسته‌بندی مدرن بمنظور کاهش ضایعات.

تنوع تولید آجر در کشور

همانگونه که در نمودار 1 مشاهده می شود، بیشترین سهم تولید آجر کشور مربوط به آجرهای فشاری می باشد که این خود گویایی پایین بودن کیفیت آجرهای تولیدی و همچنین بالا بودن میزان مصرف سوخت در این صنعت می باشد.

در نمودار 2 سهم استان های مختلف کشور از مصرف مجموع حامل های سوخت در گروه صنعتی آجر، کاشی، سرامیک و چینی نشان داده می شود.
مقایسه مصرف انرژی حرارتی در تولید آجر ماشینی در ایران و برخی کشورهای اروپایی در نمودار 3 دیده می شود.

لازم به ذکر است که دستورالعمل معیار مصرف سوخت برای واحدهای تولیدی آجر که دارای خشک کن هستند، 80 لیتر معادل نفت کوره بر تن آجر تولیدی (معادل 3.45 مگاژول بر تن) و برای واحدهای تولید کننده آجر که خشک کن ندارند، 55 لیتر معادل نفت کوره بر تن تولیدی می باشد.
باتوجه به ساختار کارخانجات سنتی در کشور عزیزمان ایران این مسئله ضروری به نظر می رسد که باید توجه خاصی به مسئله ی بهینه سازی سوخت در صنعت آجر گردد واین مهم انجام نمی شود مگر با برنامه ریزی منسجم و منظم که در آن باید به دو مقوله ی راهکارهای کوتاه مدت و دراز مدت توجه خاص گردد. در این میان هر کدام از افراد شاغل در این زمینه باید آموزش داده شود . در واقع مسئله ی بهینه سازی مصرف انرژی جز با فرهنگ سازی در میان خیل وسیع تولید کنندگان آجر امکان پذیر نمی باشد.
بسیاری از تولیدکنندگان آجر تلاش دارند تا مصرف انرژی را در کارگاه یا کارخانه ی خود پایین آورند اما نحوه ی آن را نمی دانند. پس در مرحله ی اول باید افراد شاغل در زمینه ی تولید آجر آموزش و آگاه سازی شوند.
در مرحله ی دوم باید امتیازات تشویقی همچون وام های با بهره ی مناسب و وام های بلا عوض برای نوسازی و بهینه سازی سایت های تولید آجر به تولید کنندگان داده شود تا عاملی در جهت بهینه سازی درازمدت در انرژی باشد.