پختن سنگ آهك

جهت توليد آهك ، سنگ آنراحرارت مي‌دهند. فرآيند اين عمل چنين است:

در اين فرآيند ،‌سنگ آهك را بقدري حرارت مي‌دهند تا فشار داخل آن از فشار محيط بيشتر شده ، از داخل سنگ خارج شود. دماي لازم جهت پختن سنگ آهك ، بسته به نوع سنگ از  متغير است. اين بستگي دماي پخت به نوع سنگ ، مربوط است به ميزان ناخالصي موجود در سنگ. ناخالصيها بويژه باعث مي‌شوند كه آهك يا نشكفد يا دير شكفته شود . با توجه به اين نكته ضروري است كه پختن آهك ،‌يك عمل فيزيكي است كه صرفاً  را از سنگ خارج مي‌كنند . درجه حرارت پخت به عامل ديگري نيز وابسته است كه آن عامل دوم، فشار اتمسفر مي‌باشد. هر چه فشار اتمسفر بيشتر باشد ، دماي پخت بالاتري مي‌طلبد. سنگ آهك در فشار يك اتمسفر ، در دماي  تجزيه مي‌شود. از حرارت دادن kg10 سنگ آهك خالص ،kg56 آهك خالص يا آهك زنده (CaO) بدست مي‌آيد. توجه به اين نكته ضروري است كه از آنجا كه هنگام حرارت دادن سنگهاي آهك ، 10 تا20 درصد حجم اين سنگها كم مي‌شود، چيدن آنها در كوره دقت خاصي مي‌طلبد تا در هنگام پخت سنگها نريزند.

انواع آهك

در استاندارد، انواع مختلفي از آهك تعريف شده است. استاندارد شماره 27 ايران مشخصات و تعاريف انواع آهك را ارائه مي‌كند. در اين استاندارد ، انواع آهك بصورت زير مي‌باشد:

1ـ آهك زنده يا هوايي:آهكي است پرمايه كه 95 تا 100 درصد CaO دارد. اگر اين آهك در معرض آب قرار بگيرد، بسرعت آب جذب كرده ، مي‌شكفد و توليد حرارت زيادي مي‌كند. افزايش حجم اين آهك نيز زياد است . در هوا گيرش حاصل مي‌كند وبه همين دليل آهك هوايي نيز ناميده مي‌شود.

 2ـ آهك منيزي يا دولوميتي : آهكي است با بيش از 20% اكسيد منيزيم. اين آهك به آهستگي شكفته مي‌شود و ازدياد حجمش به نوع سنگ آهك بستگي دارد. در هوا گيرش حاصل كرده ، سخت مي‌شود .

3ـ آهك آبي : داراي 65تا75 درصد CaO است كه بقيه حجم آنرا خاك رس تشكيل مي‌دهد. آهسته شكفته مي‌شود و افزايش حجم كمي دارد. اين آهك در زير آب گيرش حاصل مي‌كند و سخت مي‌شود.

4ـ آهك نيمه آبي: داراي 75 تا 85 درصد CaO و مابقي، خاك رس است . شكفتن آن آهسته و افزايش حجمش اندك است. مانند آهك آبي در زير آب گيرش حاصل كرده ، سخت مي‌شود. مقاومت آن از مقاومت آهك آبي كمتر است. 5ـ آهك شكفته يا هيدراته: از تركيب آب با CaO مطابق واكنش ذيل بدست مي‌آيد:

اين آهك به آهك كشته نيز معروف است.

انواع كوره‌هاي پخت آهك

جهت حرارت دادن سنگ آهك و دستيابي به آهك ، كوره‌هاي مختلفي بكار مي‌رود كه چهار نوع از آنها متداولتر است :

1ـ تنوري يا چاهي (سنتي)  2ـ حلقه‌اي  2ـ حلقه‌اي   3ـ ايستاده   4ـ گردنده

در كوره‌هاي تنوري ، محل قرار گرفتن سنگ و آتش ثابت است و دماي آن يكسان نيست . در نتيجه جنس آهك توليد شده در آن متغير است. از كوره‌هاي حلقه‌اي جهت توليد زياد استفاده مي‌شود. نحوه عمل اين كوره‌ها، شبيه كوره‌هاي هوفمن است . بدين صورت كه سنگها در داخل كوره ثابتند و آتش از بالاي آنها حرارت مي‌كند. كوره‌هاي ايستاده بدين صورتند كه از بالا بارگيري مي‌شوند و براي توليد كمتر بكار مي‌روند. اين نوع از كوره‌ها داراي سوختهاي مختلف مي‌باشند. نكته قابل ذكر آنست كه از اين كوره‌ها بيشتر جهت توليد آهك مورد نياز براي كارخانه‌هاي قند استفاده مي‌شود. كوره‌هاي گردنده كه براي توليد بيشتر و صنعتي بكار مي‌روند، ساختماني مشابه كوره‌هاي افقي صنعت سيمان دارند. در اين قبيل كوره‌ها ، سنگ آهك از يك طرف داخل شده ، در دمايي بين 1400 تا 1800 درجه حرارت مي‌بيند.

شكفتن آهك

مطابق فرمولي كه در بخش آهك شكفته بيان شد، آهك زنده در مجاورت آب ، توليد آهك هيدراته بعلاوه 275 گرما مي‌كند. از نظر تئوري ، جهت شكفتن آهك حدود 32% وزنش آب لازم است . ولي در عمل بين دو تا سه برابر اين مقدار آب مصرف مي‌شود كه اين ميزان متغير آب ، بستگي به نوع سنگ آهك و حرارت پخت آن دارد. دليل اين مسأله نيز تبخير قسمتي از آب مي‌باشد. مطلب ديگر آنكه هرچه اندازه دانه‌هاي آهك كوچكتر يا دماي پخت زيادتر باشد، آهك زودتر شكفته مي‌شود. براي تبديل CaO به آهك شكفته ، سه روش وجود دارد: تر، خشك و تحت فشار.

روش تر

در روش تر آهك را در ظرفهايي چوبي با ارتفاع نه چندان زياد قرار مي‌دهند و داخل آن آب مي‌ريزند تا شير آهك حاصل شود . سپس شير آهك را داخل گودالي با سطح مقطع 10 تا 12 متر مربع و عمقي اندك مي‌ريزند. در آنجا شير آهك بتدريج آب خود را از دست مي‌دهد و خمير آهك باقي مي‌ماند  كه مصارف ساختماني دارد. در كشورهاي هندوستان وچين از همين روش جهت تهيه آهك در كارگاه استفاده مي‌شود.

روش خشك

در ايران، بدست آوردن آهك در كارگاه از روش خشك استفاده مي‌كنند؛ ولي نه بصورت مطلوب. بلكه بگونه‌اي كه آهك بخوبي شكفته نمي‌شود. صحيحترين روش خشك چنين است. روي سطحي حدود 30 تا 40 سانتيمتر آهك ريخته، آنرا با مقدار مناسب آب مرطوب مي‌كنيم. مجدداً  30 سانتيمتر ديگر آهك ريخته، آنرا مرطوب مي‌كنيم و در نهايت براي مرتبه سوم ، حدود30 سانتيمتر ديگر آهك مي‌ريزيم و بعد مجموعه را با عايق مناسب مي‌پوشانيم . علت بكاربردن عايق آنست كه از هدر رفتن حرارت توليد شده جلوگيري كنيم و از آن در جهت بهتر شكفته شدن آهك استفاده نماييم . علت آنكه روش خشك در كارگاههاي داخلي بخوبي انجام نمي‌شود، عدم استفاده از عايق مناسب است. اين امر سبب مي‌شود كه درصد زيادي از آهك نشكفد و بصورت كلوخه باقي بماند . به اين كلوخه‌ها اصطلاحاً‌ً نخاله گويند. آهك شكفته را پس از دو روز سرند مي‌كنند و كلوخها را بجاي قلوه سنگ در زيرسازي كف حيات بكار مي‌برند؛ بدون توجه به اين نكته كه آهك در زير پوشش كف ، كم كم شكفته شده، موزائيكها را بلند مي‌كند. اين نحوه شكفتن آهك كه باعث ايجاد كلوخه و ساير معضلات مي‌شود، هزينه اجراي طرح را نيز افزايش مي‌دهد. در روش خشك جهت شكفتن هر لايه، مدتي در حدود سه تا چهار ساعت زمان لازم است و بطور كلي بهتر است لايه‌هاي آهك ريخته شده حداقل يك روز بحال خود بماند.

 روش تحت فشار

در كارخانه‌هاي صنعتي، جهت  توليد آهك از روش تحت فشار استفاده مي‌شود . بدينصورت كه آهك را در واگنهاي مخصوصي مي‌ريزند و واگنها داخل دستگاه Auto Clave مي‌شوند و داخل دستگاه از دو طرف مسدود مي‌شود. آهك در اين دستگاه تحت دماي زياد و فشار بالا در عرض دو تا سه ساعت مي‌شكفد.

ويژگيهاي فيزيكي آهك

آهك در هنگام شكفتن ، 275 گرما آزاد كرده، حجمش زياد مي‌شود. اين افزايش حجم ، به مقدار درصد CaO موجود در آن بستگي دارد. (هر چه مقدار CaO بيشتر باشد ، افزايش حجم نيز بيشتر است.) آهك پرمايه 2تا 5/3 برابر و آهكهاي با درصد كمتر ، 25/1 تا2 برابر افزايش حجم دارند. وزن مخصوص آهك شكفته ، 2/2 مي‌باشد.(جهت مقايسه يادآوري مي‌شود كه اين عدد براي سيمان 15/3 است.) وزن فضايي (وزن حجمي) خمير مرطوب ، 4/1 و براي خمير خشك ، حدود7/0 تن بر متر مكعب است. ريزي دانه هاي آهك بايد همواره كمتر از mm2/0 باشد و البته اين مقدار گاهي به mm002/0 نيز مي‌رسد.

سخت شدن آهك

جهت سخت شدن ،سه روش وجود دارد كه به شرايط سخت شدن بستگي دارد . در اينجا بشرح اين روشها مي‌پردازيم.

سخت شدن كربناتي

اولين روش ، سخت شدن كربناتي است . در اين نوع سخت شدن، دو واكنش بطور همزمان انجام مي‌شود. يكي آنكه آبي كه بصورت مكانيكي با CaO مخلوط شده تبخير مي‌شود و بلورهاي  باقي مي‌ماند . ديگر آنكه آهك هيدراته با جذب دي‌اكسيد كربن و آب ، كربنات كلسيم و آب توليد مي‌كند:

در اين واكنش ، ذرات كوچك به يكديگر چسبيده ، دور ذرات ماسه را مي‌گيرد و توليد كربنات كلسيم مي‌كند كه اين امر در مجاورت رطوبت تسريعد پيدا مي‌كند . يكي از معايب اين روش آنست كه هر چه پوسته  بيشتر به  تبديل شود ، نفوذ به قسمتهاي دروني بيشتر است و شكل گيري كامل مقاومت ذرات دروني چندين سال بطول مي‌انجامد.

سخت شدن هيدارتي

نوع دوم سخت شدن ، سخت شدن هيدارتي است . در اينجا در نتيجه يك تبديل تدريجي همزمان با واكنش با آب ، پودر آهك شكفته شده ، به جسمي سخت تبديل مي‌شود.

در مرحله ابتدايي، آهك نشكفته در آب حل مي‌شود تا محلول اشباه شده‌اي بوجود آيد. ذرات درشت آهك از محلول جدا مي‌شود و هيدروژل (ژل آبي: هيدروكسيد كلسيم) تشكيل مي‌دهد. اين امر سبب افزايش مقاومت مي‌گردد. هيدروژل توليد شده در مرحله سخت شدن ، مقدار زيادي آب در خود نگاه مي‌دارد وچسبندگي قابل توجهي ندارد. كربناته شدن بعدي ، باعث بهبود مقاومت مي‌شود.

تذكر :از اين دو نوع سخت شدن كمتر استفاده مي‌شود . امروزه بيشتر از سخت شدن نوع سوم استفاده مي‌كنند.

سخت شدن هيدروسيليكاتي

مهمترين كاربرد فعلي آهك ، تهيه فرآورده‌هاي ماسه آهكي است كه در اثر واكنشهاي هيدروسيليكاتي بوجود مي‌آيد. آب آهك در دماي عادي با سيليس تركيب نمي‌شود. ولي در مخلوط آب آهك و ماسه، در دماي زياد و تحت فشار، آهك و سيليس در اثر واكنشهاي هيدروسيليكاتي با يكديگر تركيب مي‌شوند و سيليكاتهاي كلسيم را توليد مي‌كنند كه همانند بتن ،‌بسيار سخت و محكم است. از اين روش در تهيه آجر در مناطقي كه خاك رس ، كم و آهك و سيليس بوفور يافت مي‌شود استفاده مي‌كنند: آجرهاي ماسه آهكي . رنگ اين آجرهاي رسي ، خاكستري و روشن است . اين آجرها جنسي توپر و سنگين دارند. روش توليد اينگونه محصولات چنين است كه 88 تا 95 درصد ماسه سيليسي با 5 تا 12 درصد گرد آهك زنده (آهك نشكفته) در دستگاه مخلوط كن ريخته مي‌شود و با افزودن حدود 7 تا 8 درصد آب، اين آهك مي‌شكفد. مخلوط حاصل را در قالبهاي فلزي مي‌ريزند و در دستگاه پرس، تحت فشاري بيش از at150 قرار مي‌دهند. اين قطعات تحت فشار شكل مي‌گيرند . در مرحله بعد ، برخلاف آجر معمولي، اين خشتها را خشك نمي‌كنند. (زيرا بيش از 7 الي 8 درصد آب ندارد.) بلكه خشتها روي واگن چيده شده ، وارد دستگاه Auto Clave مي‌گردد. Auto Clave شبيه تونلي است بقطر 2 الي 3 متر و طول 10 تا 20 متر . خشتها مدت 8 ساعت در دماي  و فشار at10 قرار مي‌گيرند. اين قطعات ،‌پس از خروج از Auto Clave ،350 مقاومت دارند.