خشت خام از مخلوط کردن خاک رس، آب و کاه و خشک شدن در هوای آزاد تهیه میشود، در حالی که آجر علاوه بر این مراحل، در کورههای مخصوص با دمای ۹۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد پخته میشود؛ از نظر استحکام سازهای، خانههای آجری مقاومت فشاری و لرزهای بسیار بالاتری نسبت به خانههای خشتی دارند.
تنوع مصالح ساختمانی در طول تاریخ، ریشه در اقلیم و دسترسی انسان به منابع طبیعی دارد. خشت و آجر به عنوان دو عضو از یک خانواده، نماد معماری سنتی و مدرن ایران هستند. شناخت طرز تهیه خشت و آجر و درک عمیق رفتار مکانیکی آنها، نقشی کلیدی در مرمت بناهای باستانی و همچنین ساخت سازههای ایمن در مناطق روستایی دارد. در این مقاله به بررسی جامع فیزیکی، شیمیایی و سازهای این دو ماده میپردازیم.
فرآیند گامبهگام تولید خشت سنتی (آجر خام)
تولید خشت بومآورد بر پایه روشهای سنتی و بدون نیاز به انرژیهای فسیلی انجام میشود. این فرآیند بر پایه تکیه بر ویژگیهای طبیعی خاک رس استوار است:
- آمادهسازی و الک کردن خاک رس: به منظور جداسازی سنگریزهها، ریشههای گیاهی و مواد زائد، اولین قدم در تولید خشت الک کردن دقیق خاک است.
- مخلوط کردن و افزودن کاه: خاک رس با آب مخلوط میشود و حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد حجمی آن، کاه یا الیاف گیاهی اضافه میکنند. این کار جهت جلوگیری از ترکخوردگی گل در مرحله خشک شدن بسیار حیاتی است.
- ورز دادن کامل مخلوط: فرآیند فرآوری گل تا به دست آمدن مخلوطی یکنواخت، متراکم و با پلاستیسیته مناسب ادامه پیدا میکند تا حبابهای هوا از آن خارج شوند.
- قالبگیری دستی: گل آمادهشده در قالبهای چوبی سنتی (معمولاً در ابعاد ۲۰ در ۲۰ در ۱۰ سانتیمتر) با فشار دست فشرده و تسطیح میشود.
- خشک کردن در هوای آزاد: خشتها به مدت ۷ تا ۱۴ روز در سایه و هوای آزاد قرار میگیرند تا تبخیر تدریجی آب فیزیکی انجام شود و از همکشیدگی ناگهانی جلوگیری به عمل آید.
فرآیند صنعتی و سنتی تولید آجر پخته
تبدیل گل رس به یک قطعه سخت و مقاوم به نام آجر، نیازمند تغییر فازهای شیمیایی در اثر حرارت بالا است. فرآیند تولید آجر شامل مراحل زیر است:
- آسیاب و فرآوری خاک: خاک رس حاوی ترکیبات بهینه سیلیس و آلومینا به همراه مقدار مشخصی آب آسیاب میشود تا خمیر اولیه شکل گیرد.
- قالبگیری مکانیزه یا دستی: قالبگیری مخلوط به کمک دستگاههای پرس مکانیکی در روش صنعتی (آجر سوراخدار و مهندسی) یا قالبهای مخصوص در روش سنتی صورت میگیرد.
- پیشخشک کردن: قالبها به مدت ۲۴ تا ۴۸ ساعت در گرمخانه یا هوای آزاد میمانند تا رطوبت سطحی آنها خارج شود. این مرحله برای جلوگیری از انفجار یا ترکخوردگی آجر در کوره الزامی است.
- چیدمان و پخت حرارتی: آجرها درون کورههای سنتی (چاهی) یا صنعتی (هوفمان و تونلی) چیده میشوند. پخت در دمای کنترلشده ۹۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۵ تا ۷ روز رخ میدهد که باعث ایجاد پیوندهای سرامیکی پایدار میشود.
- سرد کردن تدریجی: کوره در عرض ۲ تا ۳ روز به آرامی سرد میشود تا از ایجاد شوک حرارتی و شکستن آجرها جلوگیری شود.
تفاوتهای ساختاری مرحله خشک کردن خشت و پخت آجر
تفاوت بنیادین خشت و آجر در ماهیت تغییراتی است که در آنها رخ میدهد. در ساخت خشت، ما با یک پدیده کاملاً فیزیکی یعنی تبخیر آب آزاد گل روبهرو هستیم. ساختار مولکولی خاک رس در خشت دستنخورده باقی میماند و به همین دلیل، خشت خشکشده در صورت تماس مجدد با رطوبت و باران فوراً وا رفته و دوباره به گل تبدیل میشود.
در مقابل، پخت آجر یک فرآیند ترموشیمیایی محسوب میشود. در دمای بالای ۵۰۰ درجه سانتیگراد کوره، آب تبلور و ساختار مولکولی کانیهای رس خارج شده و در دماهای بالاتر پدیده زینترینگ (ذوب سطحی ذرات سیلیکاتی) رخ میدهد. این فرآیند ساختار آجر را دگرگون کرده و به آن پایداری همیشگی در برابر آب و عوامل جوی میبخشد. همچنین تغییر رنگ ظاهر از خاکستری خاکی به زرد یا سرخ، ناشی از اکسیدهای آهن موجود در خاک تحت حرارت شدید کوره است.
ارزیابی فنی و مقایسهای استحکام خانههای خشتی و آجری
مقاومت مکانیکی و لرزهای ساخت و سازهای خشتی و آجری تفاوتهای فاحشی با یکدیگر دارند که در طراحی و مهندسی ساختمان باید به طور دقیق لحاظ شوند:
بسیار پایین و در حدود ۱۰ تا ۲۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است که پایداری سازه را در ساختمانهای چندطبقه غیرممکن میکند.
بین ۵۰ تا ۲۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع نوسان دارد که امکان ساخت بناهای باربر و مستحکمتر را فراهم میسازد.
سازههای خشتی به دلیل نبود مقاومت کششی و برشی و همچنین وزن بالای دیوارها، در برابر زلزله بسیار شکننده و خطرناک هستند. خانههای آجری در صورت اجرای کلافبندی، رفتار لرزهای به مراتب بهتری دارند.
یک بنای خشتی بدون نگهداری مداوم بین ۲۰ تا ۵۰ سال دوام میآورد، در حالی که سازههای آجری مهندسیشده بیش از ۵۰ تا ۱۰۰ سال طول عمر دارند.
راهکارهای مهندسی مقاومسازی و کلافبندی بناها
برای بالا بردن ایمنی ساختمانهای مصالح بنایی سنتی و مدرن، به خصوص بر اساس ضوابط مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان، اجرای راهکارهای زیر توصیه میشود:
جمعبندی و نتیجهگیری فنی
خلاصه راهبرد: خانههای خشتی اگرچه از نظر زیستمحیطی پایداری بالایی دارند و عایق حرارتی ممتازی هستند، اما بدون کلافبندی چوبی یا پلیمری در برابر زلزله و بارندگی دوام نمیآورند. در طرف مقابل، ساختمانهای آجری در صورت رعایت اصول مهندسی، مهار صلب دیوارها و اجرای شناژ بتنی، گزینهای بسیار مطمئنتر، با دوام مکانیکی بالاتر و طول عمر طولانی برای سکونت در فلات لرزهخیز ایران به شمار میروند.
نظرات