تحقیق مقاله آجر سبک

چکیده :

آجر یکی از پرمصرف ترین مصالح بنایی در ایران است . از آنجا که آجر معمولی وزن زیادی دارد باعث سنگین شدن ساختمان و در نتیجه آسیب پذیری آن در برابر نیروهای زلزله می شود . سعی بر این است که با کاهش چگالی آجر علاوه بر سبک کردن ، خصوصیات عایق حرارتی آن نیز بهبود یابد . یکی از موادی که به عنوان افزودنی تخلخل زا به مواد اولیه آجر اضافه می شود فوم پلی استایرن است.

برای آنکه مقاومت فشاری و جذب آب آجر سبک در حد قابل قبول برای آجرنما باقی بماند ، مقدار افزودنی فوم پلی استایرن باید حدود 1 درصد باشد . با افزودن 5/1 درصد وزنی فوم پلی استایرن به خاک آجرپزی ، چگالی بدنه به 98/0 گرم بر سانتیمتر مکعب و مقاومت فشاری به 98 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع و جذب آب به 25 درصد وزنی رسید . چنین‌آجری به عنوان آجر معمولی باربر قابل استفاده است. با افزودن 2 درصد وزنی فوم پلی استایرن به خاک ، چگالی بدنه به حدود 9/0 گرم بر سانتیمتر مکعب کاهش یافت ، در حالی که مقاومت فشاری به حدود 69 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع رسید . این نوع‌آجر را می توان به عنوان‌آجر معمولی غیرباربر استفاده نمود . هدایت حرارتی آجرهای سبک ساخته شده به 5/1 درصد وزنی فوم پلی استایرن ، 36/0 وات بر متر بر درجه سانتیگراد به دست آمد که در مقایسه با‌آجرهای معمولی به میزان یک سوم کاهش یافته است .

تحقیقات انجام شده در سایر کشورها

     هوادار کردن با پلاستیک ها یکی از روش های سبک سازی آجر و بلوک های سفالی درکشورهای صنعتی است. روش سبک سازی با فوم پلی استایرن دارای حق امتیازی به نام پروتون است که درآن از فوم پلی استایرن برای ایجاد تخلخل درشت استفاده می شود]2[.

     برخی از کارخانه های تولید آجر از فوم پلی استایرن پیش ساخته استفاده می کنند ولی برای انبوه، دارا بودن سیستم تولید فوم، اساسی است.(شکل 1)

    تهیه و نگهداری فوم پلی استایرن مشمول برخی اندازه گیری های مطمئن است که دستورالعمل آن به وسیله مراجع مشاور، کمپانی های بیمه و اداره های آتش نشانی تهیه شده است. چنین ملاک هایی باید هنگام طراحی درنظر گرفته شود. ماده خام، چگالی انبوهی تقریباً kg/m3 700 دارد و در بشکه های 125 کیلو گرمی یا کارتن مقوایی یک تنی عرضه می شود. استایروپور 500  P یک نام تجارتی نمونه وار است. بشکه ها و کارتن ها را می توان به ترتیب تقریباً 6 ماه و 4 هفته نگهداری کرد، بدون آنکه از مواد افزودنی هواساز چیزی را از دست بدهند]2[.

     پلی استایرن منبسط شده در 100 تا 700 درجه سلسیوس تجزیه حرارتی می شود، بدون آنکه خاکستری بر جای گذارد. گازهای استایرن و بنزن که در فرآیند آزاد می شوند.

1-1        مواد خام و افزودنی

     در تحقیقی که هاک و جانگ انجام دادند، مواد خام و افزودنی های به کار رفته به شرح زیر است :

خاک آجرپزی B ، خاکی با مقدار کمی کربنات و مواد رسی شامل قسمتهای مساوی کانی های رس ایلیتی و کائولینیتی است. آجر پخته شده با این خاک دارای رنگ قرمز است.

خاک آجرپزی J ، خاک رس مارنی با مقدار زیاد کلسیت که در آن ماده رسی عمدتاً از نوع ایلیت است. آجر پخته شده با این خاک رنگ زرد دارد.

خاک آجرپزی L ، شبیه خاک رس مارنی J است با این تفاوت که دارای مقدارزیادی مونت موریلونیت در بخش رسی می باشد. رنگ پخت آن صورتی مایل به زرد است.

فوم پلی استایرن ، با قطر تقریبی 1 تا 2 میلیمتر

لجن کاغذ سازی ، مواد زایدی است که در فاضلاب تولید کاغذ وجود دارد و به صورت کیک های فیلتری که بخشی از آب آن گرفته شده در دسترس است. میزان آب ممکن است بین50 تا80 درصد وزنی باشد. معمولاً ماده جامد به طور عمده از الیاف کاغذ و باقی مانده ای که اصطلاحاً فیلر گفته می شود، مانند کائولن، آهک یا چاک تشکیل می گردد.

خاکستر بادی، مورد استفاده در آزمایش حاوی مقدار کمی کربنات کلسیم و تقریباً 9 درصد وزنی کربن سوختنی است. مشخصه شایان ذکر دیگر، مقدار نسبتاً زیاد (حدود 5 درصد وزنی) قلیایی های K2O و Na2O است  که به صورت گدازآور عمل می کنند.

چاک پودر شده ، با هدف به دست آوردن بافت متخلخل ریز بدنه سرامیکی استفاده شد که نرمی بسیار زیاد و به همان نسبت سطح واکنش بزرگ دارد.

ماسه کوارتزی، به عنوان ماده باز کننده استفاده شد که تا حدود 95 درصد آن را دانه هایی با قطرهای 2/0 تا 6/0 میلیمتر تشکیل می داد.

     اطلاعات ارائه شده در مورد ترکیب اجزای بدنه رسی برحسب درصدهای مواد خشک است. بلوک ها و آجرهای رسی سبک آزمایشگاهی با سوراخ های قائم در دو قالب ساخته شدند :

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

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

     شکل دهی با یک اکسترودر آزمایشگاهی مجهز به خلاء انجام شد. خشک کردن ابتدا به آرامی در دمای اتاق و سپس در محفظه خشک کن در دمای 5- یا +105 درجه سلسیوس انجام گرفت. از کوره های الکتریکی برای پخت استفاده شد. برنامه های پیش گرمکن برای هر پیمانه خاک رس مربوط تنظیم شد. به منظور ارزیابی رفتار شکل دهی و قابلیت اکسترود کردن در اکسترودر مارپیچی با استفاده از یک قالب اکسترودر، آجر سوراخدار با ضخامت جدار کم مورد آزمایش قرار گرفت.

1-2        شکل دهی

     فوم پلی استایرن فقط باید قبل از اکسترودر به گل افزوده شود، زیرا چنانچه در مراحل آماده سازی قبلی اضافه شود، جدایش نامطلوب یا کاهش اندازه اتفاق خواهد افتاد. این بدان معنی است که عمل آوری اولیه برای توزیع یکنواخت دانه های پلی استایرن در گل در مقایسه با مواد تخلخل زای نسبتاً جامد که می توانند بدون مشکل سرتاسر فرآیند آماده سازی را طی کنند، چندان مناسب نیست. عامل دیگر این است که بدنه های رسی دارای مواد افزودنی پلی استایرن نیاز به اکسترود شدن در یک حالت نسبتاً خمیری دارند، زیرا در غیر این صورت اثر تخلخل زایی مورد نیاز به طور معکوس تحت تاثیر تراکم پذیری دانه های پلی استایرن قرار می گیرد. به عبارت دیگر، پایداری خشت به طور طبیعی در یک محدوده بسیار کوچک کاهش می یابد.

     در مورد فوم پلی استایرن نظر بر این است که حجم زیاد ذرات فوم، حالت روانی بدنه رسی را طی شکل دهی در اکسترودر بهبود می بخشد. این الیاف مشابه لجن کاغذ سازی ساختار خشت را تثبیت نموده و بنابراین پایداری آن را افزایش می دهند.

1-3        خشک کردن

     مواد افزودنی فوم پلی استایرن جمع شدگی خشک شدن را تنها به مقدار ناچیزی کاهش می دهد، چون دانه های پلی استایرن بنابر تراکم پذیری زیاد، به مقدار کمی مانع از فرآیند جمع شدگی می شوند.همچنین یرای مقادیر مواد افزودنی از 5/0 تا 5/1 درصد وزنی، در مقدار آب مورد نیاز برای اختلاط هیچ تغییر محسوسی به وجود نمی آید.

     مواد ضایعاتی سوختنی که با 20 درصد وزنی مورد آزمایش قرار گرفت، جمع شدگی خشک کردن را بطور متوسط 2/1 درصد کاهش داد. با وجود این، مقدار آب مورد نیاز برای اختلاط به حدود 12 درصد وزنی افزایش یافت که به طور مشابه از نظر انرژی خشک کردن، عیب محسوب می شود.

     خاکستر بادی که در مقادیر تا 30 درصد وزنی مورد آزمایش قرار گرفت، جمع شدگی خشک شدن را به حداکثر 3/1 درصد کاهش و نیاز به آب اختلاط را به حدود 8 درصد وزنی افزایش داد .