فرایند ساخت و تولید کاشی و کاشی سنتی

آجر لعاب دار (آجر لعابدار)  که در فارسی اصطلاحا کاشی و سرامیک نیز نامیده می شود، نوعی آجر رسی (بعضا آجر سیمانی) با کیفیت و درجه پخت بالاست که روی آن لایه لعاب شفاف یا رنگی داده شده است. در سالهای اخیر با پیشرفت تکنولوژی، امکان ایجاد انواع رنگ، طرح و نقشه روی لعاب آجرها فراهم گردیده است ( در گذشته و در مجموعه خشت آذین تمامی نقوش اسلیمی کاشی ها و کاشی های تزیینی گل و مرغ و کاشی کتیبه های قرآنی توسط اساتید ماهر و چیره دست نگارگری و خطاطی بصورت دستی و زنده روی کاشی ها انجام می شود) ، بنابراین همانطور که اشاره شد، آجر لعاب دار یا کاشی متشکل از دو قسمت به شرح زیر است:

الف- ورقه آجری نازک

ب- لعاب سطحی

ورقه آجری نازک که جسم اصلی کاشی را تشکیل میدهد معمولا از نوع مصالح رسی ( بعضا سیمانی) است که مقاومت و سایر مشخصه های فنی کاشی از آن ناشی می شود. لعاب ها دو نقش دارند، زیبایی و حفاظت بدنه اصلی کاشی . در حال حاضر کاشی ها در دو گروه کاربردی، کاشی های کف پوش و کاشی های دیوار پوش ساخته می شوند. کاشی های دیوار پوش معمولا دارای تخلخل بیشتر برای چسبیدن به دیوار می باشند، در حالی که کاشیهای کف پوش دارای تخلخل و قدرت جذب آب بسیار کمتر و مشخصه های مقاومتی بهتر هستند.

فرایند ساخت کاشی سنتی

فرایند ساخت کاشی سنتی طی سالهای گذشته به تدریج دچار تحول قابل ملاحظه ای شده است . این فرایند به طور کلی شامل مراحل انتخاب و استخراج مواد خام اولیه ، تنظیم نسبت اختلاط و پودر کردن مواد خام ، تنظیم رطوبت و اختلاط ، قالب زنی ، لعاب زنی و پخت است که ذیلا هر یک به طور خلاصه تشریح می گردد.

انتخاب و استخراج مواد خام اولیه :

همان طور که اشاره شد، بدنه اصلی کاشی های سنتی ، متشکل از ورقه ایی نازک و مرغوب از جنس مصالح رسی (بعضا سیمانی) است که مشخصه های فنی و مقاومتی کاشی ، ناشی از آن است. این ورقه که در اصطلاح فنی بیسک (در برخی موارد بیسکویت) نامیده می شود در کاشی های رسی از جنس رس مرغوب است که از اختلاط چند نوع رس با کیفیت مطلوب ساخته می شود. در کاشی هایی که بدنه آنها سیمانی است ، از اختلاط سیمان پرتلند و ماسه سیلیسی ریز بدین منظور استفاده می شود و تفاوت آن با کاشی های رسی در این است که قبل از لعاب دهی فرایند پخت را طی نمی کنند. در حال حاضر قسمت اعظم کاشی های مورد استفاده در ایران و مجموعه خشت آذین دارای بدنه رسی اند.

تنظیم نسبت اختلاط و پودر کردن مواد خام:

پس از انتخاب مواد خام اولیه و تعیین نسبت اختلاط(با توجه به ترکیب شیمیایی و به ویژه میزان اکسیدهای فلزی موجود در آنها)، مواد خام مخلوط شده و در آسیابهای مخصوص بصورت ذرات بسیار ریز ( پودر) در می آیند . فرآیند آسیاب و غربال کردن مواد خام ممکن است بصورت خشک و یا تر (به شکل دوغاب) انجام می شود . این مرحله از تولید در ساخت کاشی های مرغوب دارای نقش حساس و پر اهمیت است.

تنظیم رطوبت و اختلاط:

پس از تهیه پودر ماده خام ، رطوبت آن متناسب با روش قالب گیری(خشت زنی) تنظیم می شود . این رطوبت در روش خشک تهیه پودر با افزایش آب و در روش تهیه پودر بصورت دوغاب ، با کاهش رطوبت تنظیم می شود و بسته به کیفیت مواد خام و نوع رس ، ممکن است بین 5 تا 25 درصد باشد.

قالب (خشت) زنی:

در این مرحله پس از آماده شدن مواد خام اولیه و تنظیم رطوبت، جسم کاشی در ابعاد مورد نظر و به کمک یکی از روشهای زیر قالب گیری می شود:

الف- روش پرس خشک:

در این روش که برای تولید کاشیهای رسی به کار برده می شود ، مخلوط تقریبا خشک پودر رس ، تالک و سایر مواد خام ، در قالب هایی با اندازه مطلوب و به کمک پرس های هیدرولیکی خیلی قوی تحت فشار حدود سی مگاپاسکال قالب گیری می شود.

ب- روش اکستروژن:

روش اکستروژن در تولید کاشی مشابه روش اکستروژن در تولید آجر است که در آن مواد خام اولیه پس از پودر شدن و تنظیم نسبت اختلاط ، با کمی رطوبت (بیشتر از  رطوبت مواد اولیه در روش پرس خشک) مخلوط شده و تبدیل به خمیر سفت می شود. خمیر حاصله پس از هوا گیری و عبور از قالب ، به شکل منشوری طویل با سطح مقطع مورد نظر درآمده و پس از خروج از قالب بوسیله دستگاه برش به صورت صفحاتی به ضخامت های دلخواه بریده می شود. این روش برای تولید هر دو نوع کاشی رسی و سیمانی مورد استفاده قرار می گیرد.

ج- روش خمیر نرم (خیس):

در این روش که برای تولید کاشی های رسی و سیمانی به یک صورت مورد استفاده قرار دارد، خمیر نرم مواد اولیه تحت رطوبت خیلی بیشتر نسبت به دو روش قبل در قالب ریخته شده و شکل داده می شود.

د- روش رامپرس:

روش اخیر، بسیار شبیه روش پرس خشک است که در آن پودر مواد اولیه در حالت نسبتا خشک و رطوبت بسیار کم و تحت فشار زیاد قالب گیری می شود ، با این تفاوت که در روش اخیر برای ساخت کاشی های با اندازه خیلی بزرگ (تا 60 در 60 سانتی متر) کاربرد دارد.

آنچه در هر یک از روشهای فوق تولید می گردد، جسم یا بدنه اصلی کاشی قبل از لعاب دهی و پخت است که کاشی خام نامیده می شود. این کاشی خام متناسب با روش قالب گیری دارای مقداری رطوبت اضافی است و باید به گونه ایی کاهش یابد که منجر به انقباض و ترک خوردن آن نشود . عمل خشک کردن کاشی خام می تواند در جریان هوای آزاد یا در گرمخانه های مخصوص انجام شود. در هر حال این مرحله در تولید کاشی از حساسیت خاصی برخوردار است و نقش تعیین کننده در کیفیت کاشی در مرحله نهایی دارد. رطوبت کاشی خام هنگام ورود به کوره پخت حدود یک درصد خواهد بود و چنانچه رطوبت بیشتر از این باشد ، فشار گازی ناشی از جوش آمدن رطوبت منجر به انفجار کاشی در کوره می شود.

لعاب زنی و پخت:

آخرین مرحله در تولید کاشی، مرحله لعاب زنی و پخت کاشی خام است. همان طور که اشاره شد، لعاب زنی روی سطح بدنه کاشی به منظور ایجاد رنگ ، طرح و نقش مطلوب و نیز برخی کیفیت های فنی از جمله شیشه ایی شدن ، غیر قابل نفوذ شدن ، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی و افزایش سختی صورت می گیرد که وجه تمایز کاشی با آجر است. در گذشته پخت کاشی در دو مرحله جداگانه، قبل و بعد از لعاب زنی صورت می گرفت . بدین معنی که پس از تهیه کاشی خام، یک مرحله پخت برای عمل آوری جسم کاشی صورت می گرفت و مرحله دوم پخت پس از لعاب زنی و برای یکپارچه شدن لعاب با جسم کاشی صورت می گرفت. البته در حال حاضر نیز این روش در برخی از کارخانه های کاشی سازی در سطح جهان رواج دارد. روش دوم که در سالهای اخیر متداول شده ، پخت یک مرحله ایی است که در آن ابتدا دوغاب لعاب روی کاشی خام اعمال شده و پس از لعاب زنی ، یک مرحله پخت صورت می گیرد. کاشی های خام سیمانی به علت گیرش شیمیایی و کسب مقاومت نیازی به پخت اولیه نداشته ، بنابراین این مرحله را طی نمی کند.

در هر صورت صرف نظر از اینکه پخت کاشی خام به صورت دو مرحله ایی یا یک مرحله ایی باشد، برای پخت از یکی از کوره های زیر استفاده می شود:

الف- کوره پخت قدیمی

در این روش که از گذشته های دور مورد استفاده بوده است ، کاشی های خام در داخل کوره یا اجاق های سنتی قدیمی چیده شده و حرارت داده می شدند. در این روش فرایند تولید بسیار کند و زمان پخت بسیار طولانی ( چندین روز) است و به علت عدم کنترل دما و نیز عدم کنترل دقیق فرایند پخت و سرعت بسیار کم، در حال حاضر کمتر استفاده می شود. البته در مجموعه خشت آذین اغلب کاشی های سنتی مانند کاشی فیروزه و لاجورد، انواع پیچ محراب و دور طاق، کاشی برجسته ها، آجرهای دور بند و آجرهای لعابی و کلوک ها و آجرهای گنبدی به همین شیوه پخت می شوند.

ب- کوره پخت تونلی

کوره پخت تونلی کاشی تقریبا مشابه کوره تونلی پخت آجر است که در آن کاشی های خام روی واگونک های مخصوصی چیده می شوند و ضمن حرکت روی ریل با سرعت کم از داخل تونلی که در قسمت وسط آن، منبع تولید دما(مشعل) قرار دارد عبور می کنند و بتدریج پخته می شوند. کاشی پخته شده از انتهای تونل خارج می شود. زمان پخت در این روش حدود 8 تا 10 ساعت است. در مجموعه خشت آذین کاشی های سنتی هفت رنگی منازل و کاشی های قرآنی برای مساجد و کاشی های سنتی و تزیینی سفره خانه ها، کاشی های کتیبه مدارس و کاشی های استخری و آجرهای لعاب دار سنتی فیروزه و سایر رنگ ها (آجر لعابی) به این روش پخته می شوند.

ج- کوره پخت غلتکی

این نوع کوره پخت در واقع مدرن ترین و سریعترین روش پخت کاشی محسوب می شود که در آن قطعات کاشی با حرکت پیوسته روی یک سری نقاله غلتکی از مقابل منبع حرارت گذشته و طی زمانی حدود 45 دقیقه یا یک ساعت ( در برخی کوره ها تا حدود دو ساعت) پخته می شوند.

همان طور که اشاره شد، پخت کاشی ممکن است به صورت دو مرحله ایی ، در قبل و بعد از لعاب زنی و یا یک مرحله ایی پس از لعاب زنی صورت گیرد. دمای پخت کاشی ، متناسب با نوع، رنگ و کیفیت مواد خام بین حدود 1100 تا 1400 درجه سلسیوس متغیر است .

مشخصه های فنی کاشی ها

کاشی ها با توجه به کاربرد و خصوصیات مورد انتظار ، باید دارای حداقل مشخصه های فنی مطابق استانداردهای بین المللی به صورت زیر باشند

• قابلیت جذب آب
• مقاومت به سایش
• مقاومت به ضربه
• مقاومت به شکستن
• مقاومت به لکه
• کیفیت چشمی

از مجموعه مشخصه های فنی فوق ، قدرت جذب آب دارای بیشترین اهمیت و مهمترین نقش در کیفیت کاشی هاست، به گونه ایی که در حال حاضر، اغلب سازمانهای مهندسی(از جمله ASTM) از این معیار برای طبقه بندی انواع کاشی استفاده می کنند. طبق استاندارد iso-13006، کاشی های سرامیکی ، بر اساس دو معیار، جذب آب و روش قالب گیری کاشی خام ، به 9 گروه ، مطابق جدول زیر تقسیم می گردند.

بر اساس این استاندارد ، گروه BI خود متناسب با میزان جذب آب به دو گروه به شرح زیر تقسیم می شود:

W.A.<0.05%           BIa

0.05%<W.A.<3%      BIb

علاوه بر معیار فوق ، کیفیت ظاهری کاشی نیز از جمله مواردی است که در طبقه بندی آن مورد استفاده قرار می گیرد. کیفیت ظاهری کاشی به معنی یکنواختی و سلامت لعاب و نقش روی کاشی، صاف بودن کناره ها و عدم وجود پریدگی در لعاب است. بر اساس استاندارد ASTM، طبقه بندی کاشی ها به لحاظ کیفیت ظاهری و مجموعه مشخصه های فنی به شرح جدول زیر است.

رنگ کاشی:

به طور کلی رنگ کاشی از طریق رنگ لعاب سطحی آن تعیین می شود ، اما در عین حال به کمک انتخاب ترکیب مواد خام اولیه و دمای پخت مناسب ، می توان رنگ جسم کاشی را نیز تعیین و انتخاب کرد. رنگ کاشی تابع نوع اکسیدهای فلزی و یا سایر مواد گداز آور است که پس از ذوب و چسبیدن به سطح کاشی ، نقش لعاب آن را ایفا می کند. در این رابطه انواع اکسیدهای فلزی استفاده می شوند و در حال حاضر با انتخاب ترکیب مناسب برای لعاب می توان هر نوع رنگ و نقش دلخواه را تولید کرد . اعمال لعاب روی کاشی پس از آماده شده جسم کاشی از طریق پاشیدن (اسپری) یا روان کردن دوغاب روی سطح کاشی ها صورت می گیرد. برخی از اکسیدهای فلزی و مواد رنگی مورد استفاده در لعاب زنی کاشی ها به شرح زیرند:

• اکسید سرب : نمای شیشه ایی شفاف
• اکسید قلع : رنگ سفید
• اکسید آهن : رنگ قرمز
• هیدروکسید آهن : رنگهای تیره و سیاه
• اکسید آهن منگنزدار : رنگ سرخ تیره
• اکسید کلسیم : رنگ زرد

یکی از نکات مهم در کیفیت کاشی ها، هماهنگی رفتار لعاب و جسم کاشی است که در صورت عدم وجود آن (مثلا یکنواخت نبودن تغییرات حجمی لعاب و جسم کاشی بر اثر تغییرات دما یا رطوبت) ، منجر به ترک خوردن و جدا شدن لعاب می شود که این امر در انتخاب مواد اولیه باید به دقت مورد توجه قرار گیرد. لعاب کاشی پس از پخت ، بسیار سخت بوده و سختی آن در مقیاس موس 6 تا 8 است.

منبع: کتاب مصالح ساختمانی.دکتر حسن رحیمی.