千年不腐的青砖是怎么炼成的?
古建筑历史悠久。几千年来,硬度和强度都远远大于红砖。青砖密度高,无变形,抗冻性好,抗氧化、防水泡、耐磨、耐风雨剥蚀,千年无腐蚀。那么,青砖是怎么烧成的呢?
青砖是用粘土烧制的,粘土是某些铝硅酸矿物长期风化的产物,粘性强。将粘土与水混合,制成砖坯,放入砖窑中煅烧(900℃-1100℃,而且要持续8-15小时才能做砖。粘土中含有铁,三氧化铁在烧制过程中完全氧化,即最常用的红砖;如果在烧制过程中加水冷却,粘土中的铁就不会完全氧化(Fe3O4)青色,即青砖。
我们可以理解制砖的整个过程。红砖是氧化气氛中的烧结。红砖变绿砖的关键过程是加水冷却,即砖瓦人所说的饮水(阴)窑过程。人们给了他很多关于饮水窑的传奇色彩,所以今天我们继续延续这个神秘的传说。
但是,青砖真的是由水引起的吗?答案是错误的!从文学的角度来看,人们给了青砖更多的诠释,但从科学的角度来看,这确实是一种美丽的误解。
传统烧制青砖的烧制过程可分为两部分,一是烧制红砖,二是使红砖变成青砖。青砖和红砖的区别在于砖烧成后自然冷却成红砖,而红砖变成青砖,则进行以下工序,第一道工序叫隔窑。传统操作如下:判断窑内砖烧成后,要做两项工作,一是加煤,二是密封窑体。密封窑体的目的是通过窑体密封,隔离窑外空气(氧气)的输入;煤是通过煤燃烧窑内和砖坯中的氧气,可以快速耗尽窑内的氧气,即恢复烧结。当达到还原烧结时,如何隔离外部空气入侵,将这种状态持续到完全冷却,祖先们使用了水在高温下变成蒸汽的简单原理,即饮用窑。由于水在高温下渗入窑内,水变成蒸汽体积膨胀,在窑内形成正压,正压隔离外部空气的侵入,确保砖在缺氧气氛中冷却到不能再氧化的温度,完成整个绿化工作。
从隔窑密封到下水饮窑,再到开窑出砖,前两道工序一次完成,窑内砖瓦颜色的变化是在人们无法观察到的情况下完成的。红砖变成青砖的环节形成了模糊的概念。从操作环节来看,由于窑的时间很短,人们往往认为窑是饮用窑的准备工作,水工作持续几天,需要很多技能,如初始水和后续水,同时防止大量水进入窑,饮用水的连续性,这些工作和要求人们可以看到,操作也付出了很多努力,因此,形成了饮用窑的概念。这个概念形成后,烧砖人没有澄清,这可能与保守的概念有关。毕竟,有人担心学徒饿死。这套连续的工艺砖瓦人生动地称之为闷青。一个闷热的词把烧青砖的技术描述到极致,能隐约观察到烧砖人的技术保守心理。
青砖变色始于恢复初期。恢复结束后,返青过程已经完成。饮用窑的开始表明返青结束。水只是保持这种状态,直到最后开窑,而不是饮用窑工艺造就了青砖。
由于某些错误导致返青失败,窑内砖瓦呈不同程度的青色、红色、青红色等。烧砖的人之为花窑青砖烧成青砖一般是由三种错误引起的。一是还原烧结时间不够,还原气氛和浓度不符合完全耗氧的要求,导致砖堆某些部位或砖内部在不同程度上为氧化气氛下的红色。例如,虽然窑内可以形成缺氧还原气氛,但由于还原气氛浓度、时间、温度等因素,还原气氛不稳定,会导致青红砖的出现。
这也证实了形成青砖的关键是烧还原过程,而不是下水过程。例如,如果一个窑需要3个小时才能完全还原,将其时间压缩为2.5小时,下水时间保持不变,其窑产品将出现青砖红心现象。砖体外部已完成绿化。由于还原时间不够,砖体内的氧气没有丢失,虽然下水时间没有压缩,但由于之前的还原烧结不彻底,青红砖现象出现了。
建筑物上常见的砖也是青红砖,但形成的原因不一定是还原不足造成的。如果仔细观察窑内不同部位的青红砖,一般定期出现在排烟口附近、底部,或窑、观火孔位置,这些部位经常出现的原因是窑体密封不良。在恢复阶段或恢复后的高温阶段,由于窑密封不良,外部空气(氧气)进入窑,导致恢复气氛不足或恢复后的氧气。还有就是还原后高温下水阶段下水量不足,蒸汽少窑正压不足不稳定,外界空气从漏气点侵入,也会形成青红砖。因此,青砖隔窑工艺的另一个重点是窑体密封。
三是高温出窑造成的再氧化也会形成青红砖现象,烧砖人称之为回火。由于氧气的流失,红砖中的三氧化二铁形成黑色(青色、灰色)氧化亚铁,即红砖变青砖的化学反应过程。但氧化亚铁非常不稳定,在高温下会迅速氧化,然后氧化成红色的三氧化二铁。从这一转换过程中可以看出,红砖变青砖和青砖变红砖需要两个基本条件,一是烧结气氛,二是温度。开窑时(开窑称为开窑)高温是造成这种青红砖现象的罪魁祸首。虽然相对燃烧的高温属于低温阶段,但由于氧化亚铁不稳定,易氧化,砖的温度从低温到完全冷却,满足了氧化条件。在这种情况下,青砖的颜色慢慢丢失,逐渐变成红砖或灰砖。温度决定了砖的变色程度,高温为红色,低温为灰红色或灰色。
也可以从古建筑中观察到青砖回火、氧化变红变灰的现象。一座由青砖建造的古建筑,经过几百年的风风雨雨,寒暑交替,已古朴,呈现出灰砖的沧桑。在自然条件下,青砖变灰砖也是一个氧化过程,但由于温度因素,时间过长,人们没有刻意关注。青砖在恢复气氛中形成,这是他唯一不同于红砖的特点,青砖比红砖风化,是空气中逐渐氧化,然后开始风化期,红砖直接进入风化,因为青砖恢复氧化过程,也让我们感受到千年青砖的历史。
在水的作用下,三氧化二铁形成四氧化三铁,是红砖变青砖的化学过程,这一点也有待论证。四氧化三铁是我们常见的黑色磁铁。实验室制造的四氧化三铁工艺描述为:铁在蒸汽中加热,或将三氧化二铁加热到400℃四氧化三铁可以用氢还原制成。从这一描述中可以得出结论,由于青砖烧制后期加水产生蒸汽、还原气氛等表面现象与实验室四氧化三铁工艺相似,误导了条目作者。从360条关于氧化亚铁的解释中可以看出,对氧化亚铁的解释更为合适:FeO可以在900℃通过氧化铁与一氧化碳反应(在还原焰中加热氧化铁)获得方程Fe2O3+CO→2FeO+CO2。这个解释和青砖烧制过程一样:达到烧结温度后(不同原料的烧结温度不同,以粘土和页岩为例,烧结温度一般为900~940℃),当还原、密封和下水过程少于800时,开始恢复℃还原过程中,会出现俗称不上色的现象,即返青失败。
据报道,红砖烧制过程中的黑心、压花现象与青砖还原相似,存在偏差。青砖是氧化烧结后还原形成的,黑心压花砖是由于烧结过程中缺氧烧结形成的。一个是完全烧结后还原,另一个是烧结过程中不完全烧结的过程。虽然这两种现象都是由还原气氛引起的,但后果使产品呈黑色(绿色)颜色,但产品质量无法比拟,因为黑心压花砖是产品质量的严重缺陷和不合格产品,因为它们不抗冻融,容易风化,由于氧化气氛中形成的强度和还原气氛中形成的独特性质,青砖具有更好的质量。