مواد اولیه
آجر نوعی سنگ مصنوعی است که از پختن خشت خام و دگرگونی آن بر اثر گرما به دست می آید. خشت خام را از خاک نمناک یا گل تهیه می کنند که مخلوطی از خاک و کمی آب است. خاک آجر مخلوطی است از خاک رس،ماسه، فلد سپات ها، سنگ آهک، سولفات ها،سولفورها،فسفات ها،کانی های آهن،منگنز، میزیم، سدیم،پتاسیم، مواد آلی گیاهی و غیره.
خاک رس
ماده اصلی تشکیل دهنده خاک آجر،خاک رس است که فرمول شیمیایی آن هیدروسیلیکات آلومینیوم بوده و از پوسیدن و تجزیه فلد سپات ها یا فلد سپارها و
میکاها تحت تأثیر اسید کربنیک موجود در آب باران به وجود آمده است، فرمول شیمیایی این فلدسپات‌ها و میکاها به شرح زیر است:
| فلد سپات پتاسیمی | K2,Al2,SiO6,O16 | (اورتوکلاس) |
| فلد سپات سدیمی | Na2,Al2,Si6,O16 | (پلاژیوکلاس) |
| فلد سپات کلسیمی | CaO,2SiO,Al2O3 | (آنورتایت) |
| میکای پتاسیمی | K2O,2SiO2,Al2O3,H2O | |
| میکای سدیمی | Na2O,2SiO2,Al2O3,H2O |
سیلیکات آلومینیوم سنگ‌های آذری تحت تأثیر عوامل شیمیایی به صورت خاک رس پولکی و کوارتز آنها به واسطه تغییرات فیزیکی به شکل لای و ماسه در آمده‌اند.
خاک رس به دو صورت آبرفته یا سطحی، و معدنی یا عمقی وجود دارد. علاوه بر آن انواع سنگ رسی نیز از دگرگون شدن خاک رس تحت فشار به وجود می‌آید که به نام شیست و شیل نامیده می‌شوند. این سه شکل اصلی خاک رس از نظر شیمیایی مشابه یکدیگرند، ولی به لحاظ فیزیکی ویژگی‌های متفاوتی دارند. خاک رس‌های آبرفتی بسته به جنس بستر و طول مسیری که جابه‌جا شده‌اند دارای جنس‌های گوناگون بوده و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آنها متفاوت است و به صورت‌های خاک آجر، خاک سرامیک، خاک نسوز، و غیره ته‌نشین شده‌اند.
خاک رس معدنی خالص‌تر و از لحاظ فیزیکی و شیمیایی همگن‌تر است. از مهم‌ترین ویژگی‌های آن پایداری در برابر دماهای زیاد است.
خاک رس خالص، بی‌رنگ است ولی خاک نباتی یا FeO آنرا کبود، Fe2O3 آنرا سرخ، هیدروکسید آهن آن را زرد، گرد زغال سنگ بسته به نوع زغال آنرا از قهوه‌ای تا سیاه می‌کند. خاک رس‌ها موادی با ترکیب شیمیایی پیچیده هستند ولی مبنای آنها ترکیبی از سیلیس و آلومین با مقادیر متغیری از اکسیدهای فلزی و سایر مواد می‌باشند. آنها را می‌توان برحسب ترکیب شیمیایی به دو گروه خاک رس‌های آهکی و غیرآهکی تقسیم‌بندی نمود. خاک رس های آهکی دارای حدود ۱۵ درصد کربنات کلسیم بوده و پس از پختن به رنگ بهی در می‌آیند. خاک رس های غیرآهکی مرکب از سیلیکات آلومینیوم و فلد سپات و اکسید آهن هستند. مقدار اکسید آهن متفاوت بوده و از ۲ تا ۱۰ درصد تغییر می‌کند. این دسته از خاک رس‌ها پس از پختن به رنگ‌های نخودی، قرمز، یا عنابی روشن در می‌آیند که بیشتر مربوط به مقدار اکسید آهن است.
معمول‌ترین کانی‌های خاک رس عبارتند از مونت مورینولیت، ایلیت و کائولینیت. بنتونیت دارای مقدار زیادی مونت مورینولیت و کمی بیدلیت است و از این رو چسبندگی، شکل‌پذیری و آماسیدن آن زیاد است. ضخامت پولک‌های مونت مورینولیت (Al2O3, 4SiO2, H2O +n H۲O ) یک هزارم میکرون و طول آنها ۱۰۰ تا ۲۰۰ هزارم میکرون می‌باشد، دارای دو لایه Si در دو طرف یک لایه Al است و از این رو خاصیت جذب آب آن بیش از کائولینیت بوده و دو برابر آن یون می‌سازد. بنتونیت پتاسیمی ۲ تا ۳ برابر و بنتونیت سدیمی ۶ تا ۷ برابر وزنش آب می‌مکد.
بنتونیت در صنایع سرامیک سازی، ریخته‌گری، پالایش نفت، آب‌بندی سدها، صاف کردن و بی‌رنگ مواد غذایی و دارویی و آشامیدنی، کاغذ سازی، صابون سازی، تصفیه آب، رنگ‌سازی، ساختن آجر‌نسوز، گل حفاری، امولسیون‌ها، حشره‌کش‌ها و کرم‌های آرایشی و مرکب داخل قلم‌های خودکار و نظایر آن مصرف می‌شود.
ایلیت نام خاصی برای کانی‌های رس نیست ولی اصطلاحی عمومی برای کانی‌های خاک رس میکائی است که معمولاً در مورد هر نوع کانی رسی که آماس کردنی نباشد به کار می‌رود. ایلیت در ساخت محصولات رسی پخته ساختمانی نظیر کاشی و آجر به کار می‌رود، برخی ایلیت‌ها که خاصیت خمیری دارند برای چسباندن ماسه ریخته‌گری به کار گرفته می‌شوند.
کائولینیت با فرمول شیمیایی Al2O3, 2SiO2 , 2H2O است که ضخامت پولک‌های آن ۲۰ هزارم میکرون و طول آنها ۱۰۰ تا ۲۵۰ هزارم میکرون بوده و به اندازه وزنش آب می‌مکد. دمای ذوب آن ۱۷۵۰ درجه سیلسیوس است. در گرمای ۸۰۰ درجه چسبناکی خود را از دست داده و به Al2O3 , 2SiO۲ تبدیل می‌شود که می‌توان برای جداسازی Al2O3 آن، آن را در اسید کلریدریک حل کرد.
کائولین Al2o3, 2SiO2 nH2O که به خاک. چینی معروف است، چون آن را از تپه‌ای به اسم Kao –ling به معنای «تپه بلند» در شرق فولیانگ Fou – liang استخارج کرده و در چینی‌سازی مصرف می‌کرده اند به این نام شهرت یافته است (صادرات خاک چینی به اروپا نیز در اوایل از این منطقه بوده است). کائولین مشتمل است بر کانی‌های کائوولینیت، نکریت، دیکیت، آنوکست، با یک بلوردو لایه‌ای که در آن صفحات سیلیس و هیدرواکسید آلومینیوم به طور متناوب قرار گرفته‌اند. خاک رس آب می‌مکد و پس از گل شدن آماس می‌کند و فضاهای خالی آن پر می‌شود، از این رو تا موقعی که به صورت تر باقی بماند می‌توان آنرا برای آب‌بندی مصرف کرد. خاک رس خشک چسبندگی ندارد ولی پس از مکیدن آب، چسبنده می‌شود، اما پس از آنکه کاملاً سیراب شد چسبندگی خود را از دست می‌دهد، بنابراین برای پاک کردن گل رس از اشیاء یا باید آنرا خشک کرد و تکان داد یا به اندازه‌ای خیس کرد که کاملاً سیراب شده و از آنها جدا شود.
چسبندگی گل رس به خاطر کشش مولکولی است و کشش مولکولی بین پولک‌های خاک رس و لعابی از آب که به ضخامت ۶ تا ۸ هزارم میکرون دور تا دور پولک‌ها را اندود کرده است حدود ۲۰۰ N/mm2 می‌باشد. این لعاب سطح پولک‌ها را لیز می‌کند، به قسمی که کوچک‌ترین نیرو سبب لغزش آنها روی یکدیگر می‌شود و شکل‌پذیری گل رس به خاطر این مطلب است.
خاک نسوز
خاک نسوز را به انگلیسی Fire clay یا Chamotte نامیده‌اند و نام دیگر آن گل آتشخوار است. خاکی است که در دمای ۱۵۸۰ درجه سلسیوس ذوب نمی‌شود. کم‌ترین دمای ذوب مخلوط‌های سلیس و رس ۱۵۸۰ درجه سلسیوس است که از ۹۴ درصد گرد سیلیس SiO2 و ۶ درصد گرد آلومین Al2O3 تشکیل شده و در صورت تغییر نسبت این دو ماده دمای ذوب افزایش می‌یابد. به این جهت دمای ۱۵۸۰ درجه از مرز بین خاک‌های نسوز و غیر نسوز قرار داده‌اند.
خاک رس‌‌هایی که هیدروسیلیکات آلومینیوم آنها زیاد باشد نسوز هستند.
ماسه
یکی دیگر از موادی که در خاک آجر یافت می‌شود ماسه است. کوارتز سنگ‌های آذری پس از پوسیدن تبدیل به ماسه و لای می‌گردد، بنابراین در همه خاک‌ها و کم‌وبیش ماسه و لاس یافت می‌شود. کوارتز خالص یا در کوهی بی‌رنگ و شفاف است. توپاز کوارتز قهوه‌ای است که قیر دارد، منگنز، کوارتز را به رنگ زرد لیموئی یا بنفش در می‌آورد، سیلیکات آبدار نیکل آنرا به رنگ سبز در می‌آورد عقیق کوارتز بی‌شکل و غیر بلوری است که به رنگ‌های سرخ، سیاه و سبز پیدا می‌شود. سنگ آتش زنه چخماق یا Opal هیدروکسید سیلیسیوم است. سنگ فلزات، اکسید آلومینیوم خالص Al2O3 است که وجود کروم در آن رنگش را سرخ کرده است.
ماسه، استخوان‌بندی خشت است، اگر مقدار آن در خاک آجر زیاد باشد مقدار خاک رس کم شده و در نتیجه جری که از این خاک پخته شود ترد و پوک و کم مقاومت می‌شود. اگر ماسه سیلیسی یا سیلیکاتی درشت در خشت باشد، حجم آن هنگام افزایش دما زیاد می‌شود، از طرفی خشت به هنگام پختن جمع شده و چون این دو پدیده در خلاف جهت و مغایر یکدیگرند در اطراف دانه سنگ در آجر ترک‌های موئی پیدا می‌شود، از این رو خاک آجر را باید آسیاب کرده و سنگ‌های درشت آنرا با سرند کردن خارج کرد.
فلداسپات
فلداسپات در خاک آجر به صورت عامل گداز آور عمل می‌کند و گرمای خمیری شدن آجر را تا ۱۱۰۰ الی ۱۱۵۰ درجه سیلسیوس پایین می‌آورد، از این رو پختن سرامیک یا خاک فلداسپات دار، ارزان‌تر تمام می‌شود.
سنگ آهک
اگر مقدار سنگ آهک در خاک آجر کم، و به شکل گرد باشد آجر را سفید رنگ می‌کند و به آن صدمه‌ای نمی‌زند، ولی اگر مقدار آن زیاد باشد دمای خمیری شدن خاک را پایین می‌آورد و آجر در گرمای کوره، خمیری و جوش می‌شود، بنابراین مقدار آن در خاک خشت به ۳۰% محدود شده است. اگر سنگ آهک به صورت دانه درشت در خاک آجر موجود باشد پس از پختن خشت سنگ نیز پخته شده و به صورت CaO در می‌آید که این CaO پس از مکیدن آب ملات یا آب‌های نشت‌کننده می‌شکفد و آجر را می‌ترکاند. از این رو در خاک آجر نباید سنگ آهکی درشت وجود داشته باشد.
سولفات‌ها
سولفات‌ها به صورت سولفات‌های کلسیم، منیزیم، پتاسیم، سدیم، به شکل دانه درشت و گرد، کم و بیش در خاک آجر یافت می‌شوند. سولفات‌ها در موقع آسیاب کردن خاک به شکل گرد در می‌آیند و پس از مصرف شدن، آب ملات یا آب‌های نشت‌کننده دیگر را مکیده و به صورت سفیدک یا شوره در نمای ساختمان‌ها رو می‌زنند.
قسمتی از سولفات‌ها در گرمای زیاد کوره به SO3 و اکسید فلزی تجزیه شده و SO3 آنها به همراه گازها و بخارهای کوره از آن خارج می‌شود، ولی آنچه باقی می‌ماند پس از مصرف آجر، آب می‌مکد و به صورت H2SO4 در می‌آید که به آجر آسیب می‌رساند.
سولفات‌های محلول به همراه آب‌های نشت‌کننده در ملات آجر کاری نفوذ کرده و با تری کلسیم آلومینات موجود در سیمان‌های پرتلند معمولی ترکیب شده و کلسیم سولفوآلومینات یا اترینجیت ایجاد می‌شود که با انبساط همراه است و سبب خرد شدن ملات آجر کاری می‌شود. گاهی اوقات ورقه ورقه شدن سطح آجرها با پیشرفت حمله سولفات همراه است که معمولاً یک اثر ثانویه به دلیل انتقال بار اضافی بر روی ردیف خارجی آجر کاری است که به نوبت بر روی سطوح خارجی آجرها یعنی جائی که بندها بیشترین انبساط را پیدا کرده‌اند متمرکز می‌شود. ورقه ورقه شدن سطح آجرهای پوک و نیم پخته به دلیل تبلور سولفات‌ها در پشت رویه می‌باشد.
املاح آهنی
سولفور آهن FeS2 در کوره تجزیه و به SO3 و اکسید آهن تبدیل می‌گردد. اگر SO3 با اکسیدهای فلزی همانند MgO، CaO، K2O، Na2O ترکیب شود سولفات به وجود می‌آید که نقش آن در آجر ذکر شد. اکسید آهن در آجر، کارگداز آور را انجام می‌دهد، اگر Fe2O3 در خاک آجر به ۵ درصد وزن آن برسد، دمای ذوب را کاهش می‌دهد و رنگ آجر نیز سرخ می‌شود و به این سبب در آجر نسوز مقدار آن محدود شده است. این نوع خاک برای ساختن لوله سفالی یا تنبوشه که نم نمی‌کشد و آب از آن نفوذ نمی‌کند مناسب است. در گرمای کم کوره، اکسید آهن به صورت FeO است که رنگ آن کبود چرک است و از این رو آجرهایی که در گرمای کم پخته شده باشند و به اصطلاح نیم پخته باشند به این رنگ در می‌آیند. وجود املاح آهن سبب کم شدن نفوذ‌پذیری آجر و دوام آن می‌شود.
منیزیم نیز در رنگ آجر تأثیر می‌گذارد.
مواد گیاهی
مواد گیاهی موجود در خاک آجر در کوره می‌سوزند و جای آنها خالی می‌ماند و آجر پوک می‌شود.
قلیائی‌ها
قلیائی‌ها به عنوان گدازآور عمل می‌کنند و همچنین سبب شوره‌زدگی آجر می‌شوند.