مواد اوليه
آجر نوعي سنگ مصنوعي است كه از پختن خشت خام و دگرگوني آن بر اثر گرما به دست مي آيد. خشت خام را از خاك نمناك يا گل تهيه مي كنند كه مخلوطي از خاك و كمي آب است. خاك آجر مخلوطي است از خاك رس،ماسه، فلد سپات ها، سنگ آهك، سولفات ها،سولفورها،فسفات ها،كاني هاي آهن،منگنز، ميزيم، سديم،پتاسيم، مواد آلي گياهي و غيره.
خاك رس
ماده اصلي تشكيل دهنده خاك آجر،خاك رس است كه فرمول شيميايي آن هيدروسيليكات آلومينيوم بوده و از پوسيدن و تجزيه فلد سپات ها يا فلد سپارها و
ميكاها تحت تأثير اسيد كربنيك موجود در آب باران به وجود آمده است، فرمول شيميايي اين فلدسپات‌ها و ميكاها به شرح زير است:
| فلد سپات پتاسيمي | K2,Al2,SiO6,O16 | (اورتوكلاس) |
| فلد سپات سديمي | Na2,Al2,Si6,O16 | (پلاژيوكلاس) |
| فلد سپات كلسيمي | CaO,2SiO,Al2O3 | (آنورتايت) |
| ميكاي پتاسيمي | K2O,2SiO2,Al2O3,H2O | |
| ميكاي سديمي | Na2O,2SiO2,Al2O3,H2O |
سيليكات آلومينيوم سنگ‌هاي آذري تحت تأثير عوامل شيميايي به صورت خاك رس پولكي و كوارتز آنها به واسطه تغييرات فيزيكي به شكل لاي و ماسه در آمده‌اند.
خاك رس به دو صورت آبرفته يا سطحي، و معدني يا عمقي وجود دارد. علاوه بر آن انواع سنگ رسي نيز از دگرگون شدن خاك رس تحت فشار به وجود مي‌آيد كه به نام شيست و شيل ناميده مي‌شوند. اين سه شكل اصلي خاك رس از نظر شيميايي مشابه يكديگرند، ولي به لحاظ فيزيكي ويژگي‌هاي متفاوتي دارند. خاك رس‌هاي آبرفتي بسته به جنس بستر و طول مسيري كه جابه‌جا شده‌اند داراي جنس‌هاي گوناگون بوده و ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي آنها متفاوت است و به صورت‌هاي خاك آجر، خاك سراميك، خاك نسوز، و غيره ته‌نشين شده‌اند.
خاك رس معدني خالص‌تر و از لحاظ فيزيكي و شيميايي همگن‌تر است. از مهم‌ترين ويژگي‌هاي آن پايداري در برابر دماهاي زياد است.
خاك رس خالص، بي‌رنگ است ولي خاك نباتي يا FeO آنرا كبود، Fe2O3 آنرا سرخ، هيدروكسيد آهن آن را زرد، گرد زغال سنگ بسته به نوع زغال آنرا از قهوه‌اي تا سياه مي‌كند. خاك رس‌ها موادي با تركيب شيميايي پيچيده هستند ولي مبناي آنها تركيبي از سيليس و آلومين با مقادير متغيري از اكسيدهاي فلزي و ساير مواد مي‌باشند. آنها را مي‌توان برحسب تركيب شيميايي به دو گروه خاك رس‌هاي آهكي و غيرآهكي تقسيم‌بندي نمود. خاك رس هاي آهكي داراي حدود 15 درصد كربنات كلسيم بوده و پس از پختن به رنگ بهي در مي‌آيند. خاك رس هاي غيرآهكي مركب از سيليكات آلومينيوم و فلد سپات و اكسيد آهن هستند. مقدار اكسيد آهن متفاوت بوده و از 2 تا 10 درصد تغيير مي‌كند. اين دسته از خاك رس‌ها پس از پختن به رنگ‌هاي نخودي، قرمز، يا عنابي روشن در مي‌آيند كه بيشتر مربوط به مقدار اكسيد آهن است.
معمول‌ترين كاني‌هاي خاك رس عبارتند از مونت مورينوليت، ايليت و كائولينيت. بنتونيت داراي مقدار زيادي مونت مورينوليت و كمي بيدليت است و از اين رو چسبندگي، شكل‌پذيري و آماسيدن آن زياد است. ضخامت پولك‌هاي مونت مورينوليت (Al2O3, 4SiO2, H2O +n H2O ) يك هزارم ميكرون و طول آنها 100 تا 200 هزارم ميكرون مي‌باشد، داراي دو لايه Si در دو طرف يك لايه Al است و از اين رو خاصيت جذب آب آن بيش از كائولينيت بوده و دو برابر آن يون مي‌سازد. بنتونيت پتاسيمي 2 تا 3 برابر و بنتونيت سديمي 6 تا 7 برابر وزنش آب مي‌مكد.
بنتونيت در صنايع سراميك سازي، ريخته‌گري، پالايش نفت، آب‌بندي سدها، صاف كردن و بي‌رنگ مواد غذايي و دارويي و آشاميدني، كاغذ سازي، صابون سازي، تصفيه آب، رنگ‌سازي، ساختن آجر‌نسوز، گل حفاري، امولسيون‌ها، حشره‌كش‌ها و كرم‌هاي آرايشي و مركب داخل قلم‌هاي خودكار و نظاير آن مصرف مي‌شود.
ايليت نام خاصي براي كاني‌هاي رس نيست ولي اصطلاحي عمومي براي كاني‌هاي خاك رس ميكائي است كه معمولاً در مورد هر نوع كاني رسي كه آماس كردني نباشد به كار مي‌رود. ايليت در ساخت محصولات رسي پخته ساختماني نظير كاشي و آجر به كار مي‌رود، برخي ايليت‌ها كه خاصيت خميري دارند براي چسباندن ماسه ريخته‌گري به كار گرفته مي‌شوند.
كائولينيت با فرمول شيميايي Al2O3, 2SiO2 , 2H2O است كه ضخامت پولك‌هاي آن 20 هزارم ميكرون و طول آنها 100 تا 250 هزارم ميكرون بوده و به اندازه وزنش آب مي‌مكد. دماي ذوب آن 1750 درجه سيلسيوس است. در گرماي 800 درجه چسبناكي خود را از دست داده و به Al2O3 , 2SiO2 تبديل مي‌شود كه مي‌توان براي جداسازي Al2O3 آن، آن را در اسيد كلريدريك حل كرد.
كائولين Al2o3, 2SiO2 nH2O كه به خاك. چيني معروف است، چون آن را از تپه‌اي به اسم Kao –ling به معناي «تپه بلند» در شرق فوليانگ Fou – liang استخارج كرده و در چيني‌سازي مصرف مي‌كرده اند به اين نام شهرت يافته است (صادرات خاك چيني به اروپا نيز در اوايل از اين منطقه بوده است). كائولين مشتمل است بر كاني‌هاي كائوولينيت، نكريت، ديكيت، آنوكست، با يك بلوردو لايه‌اي كه در آن صفحات سيليس و هيدرواكسيد آلومينيوم به طور متناوب قرار گرفته‌اند. خاك رس آب مي‌مكد و پس از گل شدن آماس مي‌كند و فضاهاي خالي آن پر مي‌شود، از اين رو تا موقعي كه به صورت تر باقي بماند مي‌توان آنرا براي آب‌بندي مصرف كرد. خاك رس خشك چسبندگي ندارد ولي پس از مكيدن آب، چسبنده مي‌شود، اما پس از آنكه كاملاً سيراب شد چسبندگي خود را از دست مي‌دهد، بنابراين براي پاك كردن گل رس از اشياء يا بايد آنرا خشك كرد و تكان داد يا به اندازه‌اي خيس كرد كه كاملاً سيراب شده و از آنها جدا شود.
چسبندگي گل رس به خاطر كشش مولكولي است و كشش مولكولي بين پولك‌هاي خاك رس و لعابي از آب كه به ضخامت 6 تا 8 هزارم ميكرون دور تا دور پولك‌ها را اندود كرده است حدود 200 N/mm2 مي‌باشد. اين لعاب سطح پولك‌ها را ليز مي‌كند، به قسمي كه كوچك‌ترين نيرو سبب لغزش آنها روي يكديگر مي‌شود و شكل‌پذيري گل رس به خاطر اين مطلب است.
خاك نسوز
خاك نسوز را به انگليسي Fire clay يا Chamotte ناميده‌اند و نام ديگر آن گل آتشخوار است. خاكي است كه در دماي 1580 درجه سلسيوس ذوب نمي‌شود. كم‌ترين دماي ذوب مخلوط‌هاي سليس و رس 1580 درجه سلسيوس است كه از 94 درصد گرد سيليس SiO2 و 6 درصد گرد آلومين Al2O3 تشكيل شده و در صورت تغيير نسبت اين دو ماده دماي ذوب افزايش مي‌يابد. به اين جهت دماي 1580 درجه از مرز بين خاك‌هاي نسوز و غير نسوز قرار داده‌اند.
خاك رس‌‌هايي كه هيدروسيليكات آلومينيوم آنها زياد باشد نسوز هستند.
ماسه
يكي ديگر از موادي كه در خاك آجر يافت مي‌شود ماسه است. كوارتز سنگ‌هاي آذري پس از پوسيدن تبديل به ماسه و لاي مي‌گردد، بنابراين در همه خاك‌ها و كم‌وبيش ماسه و لاس يافت مي‌شود. كوارتز خالص يا در كوهي بي‌رنگ و شفاف است. توپاز كوارتز قهوه‌اي است كه قير دارد، منگنز، كوارتز را به رنگ زرد ليموئي يا بنفش در مي‌آورد، سيليكات آبدار نيكل آنرا به رنگ سبز در مي‌آورد عقيق كوارتز بي‌شكل و غير بلوري است كه به رنگ‌هاي سرخ، سياه و سبز پيدا مي‌شود. سنگ آتش زنه چخماق يا Opal هيدروكسيد سيليسيوم است. سنگ فلزات، اكسيد آلومينيوم خالص Al2O3 است كه وجود كروم در آن رنگش را سرخ كرده است.
ماسه، استخوان‌بندي خشت است، اگر مقدار آن در خاك آجر زياد باشد مقدار خاك رس كم شده و در نتيجه جري كه از اين خاك پخته شود ترد و پوك و كم مقاومت مي‌شود. اگر ماسه سيليسي يا سيليكاتي درشت در خشت باشد، حجم آن هنگام افزايش دما زياد مي‌شود، از طرفي خشت به هنگام پختن جمع شده و چون اين دو پديده در خلاف جهت و مغاير يكديگرند در اطراف دانه سنگ در آجر ترك‌هاي موئي پيدا مي‌شود، از اين رو خاك آجر را بايد آسياب كرده و سنگ‌هاي درشت آنرا با سرند كردن خارج كرد.
فلداسپات
فلداسپات در خاك آجر به صورت عامل گداز آور عمل مي‌كند و گرماي خميري شدن آجر را تا 1100 الي 1150 درجه سيلسيوس پايين مي‌آورد، از اين رو پختن سراميك يا خاك فلداسپات دار، ارزان‌تر تمام مي‌شود.
سنگ آهك
اگر مقدار سنگ آهك در خاك آجر كم، و به شكل گرد باشد آجر را سفيد رنگ مي‌كند و به آن صدمه‌اي نمي‌زند، ولي اگر مقدار آن زياد باشد دماي خميري شدن خاك را پايين مي‌آورد و آجر در گرماي كوره، خميري و جوش مي‌شود، بنابراين مقدار آن در خاك خشت به 30% محدود شده است. اگر سنگ آهك به صورت دانه درشت در خاك آجر موجود باشد پس از پختن خشت سنگ نيز پخته شده و به صورت CaO در مي‌آيد كه اين CaO پس از مكيدن آب ملات يا آب‌هاي نشت‌كننده مي‌شكفد و آجر را مي‌تركاند. از اين رو در خاك آجر نبايد سنگ آهكي درشت وجود داشته باشد.
سولفات‌ها
سولفات‌ها به صورت سولفات‌هاي كلسيم، منيزيم، پتاسيم، سديم، به شكل دانه درشت و گرد، كم و بيش در خاك آجر يافت مي‌شوند. سولفات‌ها در موقع آسياب كردن خاك به شكل گرد در مي‌آيند و پس از مصرف شدن، آب ملات يا آب‌هاي نشت‌كننده ديگر را مكيده و به صورت سفيدك يا شوره در نماي ساختمان‌ها رو مي‌زنند.
قسمتي از سولفات‌ها در گرماي زياد كوره به SO3 و اكسيد فلزي تجزيه شده و SO3 آنها به همراه گازها و بخارهاي كوره از آن خارج مي‌شود، ولي آنچه باقي مي‌ماند پس از مصرف آجر، آب مي‌مكد و به صورت H2SO4 در مي‌آيد كه به آجر آسيب مي‌رساند.
سولفات‌هاي محلول به همراه آب‌هاي نشت‌كننده در ملات آجر كاري نفوذ كرده و با تري كلسيم آلومينات موجود در سيمان‌هاي پرتلند معمولي تركيب شده و كلسيم سولفوآلومينات يا اترينجيت ايجاد مي‌شود كه با انبساط همراه است و سبب خرد شدن ملات آجر كاري مي‌شود. گاهي اوقات ورقه ورقه شدن سطح آجرها با پيشرفت حمله سولفات همراه است كه معمولاً يك اثر ثانويه به دليل انتقال بار اضافي بر روي رديف خارجي آجر كاري است كه به نوبت بر روي سطوح خارجي آجرها يعني جائي كه بندها بيشترين انبساط را پيدا كرده‌اند متمركز مي‌شود. ورقه ورقه شدن سطح آجرهاي پوك و نيم پخته به دليل تبلور سولفات‌ها در پشت رويه مي‌باشد.
املاح آهني
سولفور آهن FeS2 در كوره تجزيه و به SO3 و اكسيد آهن تبديل مي‌گردد. اگر SO3 با اكسيدهاي فلزي همانند MgO، CaO، K2O، Na2O تركيب شود سولفات به وجود مي‌آيد كه نقش آن در آجر ذكر شد. اكسيد آهن در آجر، كارگداز آور را انجام مي‌دهد، اگر Fe2O3 در خاك آجر به 5 درصد وزن آن برسد، دماي ذوب را كاهش مي‌دهد و رنگ آجر نيز سرخ مي‌شود و به اين سبب در آجر نسوز مقدار آن محدود شده است. اين نوع خاك براي ساختن لوله سفالي يا تنبوشه كه نم نمي‌كشد و آب از آن نفوذ نمي‌كند مناسب است. در گرماي كم كوره، اكسيد آهن به صورت FeO است كه رنگ آن كبود چرك است و از اين رو آجرهايي كه در گرماي كم پخته شده باشند و به اصطلاح نيم پخته باشند به اين رنگ در مي‌آيند. وجود املاح آهن سبب كم شدن نفوذ‌پذيري آجر و دوام آن مي‌شود.
منيزيم نيز در رنگ آجر تأثير مي‌گذارد.
مواد گياهي
مواد گياهي موجود در خاك آجر در كوره مي‌سوزند و جاي آنها خالي مي‌ماند و آجر پوك مي‌شود.
قليائي‌ها
قليائي‌ها به عنوان گدازآور عمل مي‌كنند و همچنين سبب شوره‌زدگي آجر مي‌شوند.