千年不腐的青磚是怎么煉成的?
古建筑歷史悠久。幾千年來,硬度和強度都遠遠大于紅磚。青磚密度高,無變形,抗凍性好,抗氧化、防水泡、耐磨、耐風雨剝蝕,千年無腐蝕。那么,青磚是怎么燒成的呢?
青磚是用粘土燒制的,粘土是某些鋁硅酸礦物長期風化的產物,粘性強。將粘土與水混合,制成磚坯,放入磚窯中煅燒(900℃-1100℃,而且要持續8-15小時才能做磚。粘土中含有鐵,三氧化鐵在燒制過程中完全氧化,即最常用的紅磚;如果在燒制過程中加水冷卻,粘土中的鐵就不會完全氧化(Fe3O4)青色,即青磚。
我們可以理解制磚的整個過程。紅磚是氧化氣氛中的燒結。紅磚變綠磚的關鍵過程是加水冷卻,即磚瓦人所說的飲水(陰)窯過程。人們給了他很多關于飲水窯的傳奇色彩,所以今天我們繼續延續這個神秘的傳說。
但是,青磚真的是由水引起的嗎?答案是錯誤的!從文學的角度來看,人們給了青磚更多的詮釋,但從科學的角度來看,這確實是一種美麗的誤解。
傳統燒制青磚的燒制過程可分為兩部分,一是燒制紅磚,二是使紅磚變成青磚。青磚和紅磚的區別在于磚燒成后自然冷卻成紅磚,而紅磚變成青磚,則進行以下工序,第一道工序叫隔窯。傳統操作如下:判斷窯內磚燒成后,要做兩項工作,一是加煤,二是密封窯體。密封窯體的目的是通過窯體密封,隔離窯外空氣(氧氣)的輸入;煤是通過煤燃燒窯內和磚坯中的氧氣,可以快速耗盡窯內的氧氣,即恢復燒結。當達到還原燒結時,如何隔離外部空氣入侵,將這種狀態持續到完全冷卻,祖先們使用了水在高溫下變成蒸汽的簡單原理,即飲用窯。由于水在高溫下滲入窯內,水變成蒸汽體積膨脹,在窯內形成正壓,正壓隔離外部空氣的侵入,確保磚在缺氧氣氛中冷卻到不能再氧化的溫度,完成整個綠化工作。
從隔窯密封到下水飲窯,再到開窯出磚,前兩道工序一次完成,窯內磚瓦顏色的變化是在人們無法觀察到的情況下完成的。紅磚變成青磚的環節形成了模糊的概念。從操作環節來看,由于窯的時間很短,人們往往認為窯是飲用窯的準備工作,水工作持續幾天,需要很多技能,如初始水和后續水,同時防止大量水進入窯,飲用水的連續性,這些工作和要求人們可以看到,操作也付出了很多努力,因此,形成了飲用窯的概念。這個概念形成后,燒磚人沒有澄清,這可能與保守的概念有關。畢竟,有人擔心學徒餓死。這套連續的工藝磚瓦人生動地稱之為悶青。一個悶熱的詞把燒青磚的技術描述到極致,能隱約觀察到燒磚人的技術保守心理。
青磚變色始于恢復初期。恢復結束后,返青過程已經完成。飲用窯的開始表明返青結束。水只是保持這種狀態,直到最后開窯,而不是飲用窯工藝造就了青磚。
由于某些錯誤導致返青失敗,窯內磚瓦呈不同程度的青色、紅色、青紅色等。燒磚的人之為花窯青磚燒成青磚一般是由三種錯誤引起的。一是還原燒結時間不夠,還原氣氛和濃度不符合完全耗氧的要求,導致磚堆某些部位或磚內部在不同程度上為氧化氣氛下的紅色。例如,雖然窯內可以形成缺氧還原氣氛,但由于還原氣氛濃度、時間、溫度等因素,還原氣氛不穩定,會導致青紅磚的出現。
這也證實了形成青磚的關鍵是燒還原過程,而不是下水過程。例如,如果一個窯需要3個小時才能完全還原,將其時間壓縮為2.5小時,下水時間保持不變,其窯產品將出現青磚紅心現象。磚體外部已完成綠化。由于還原時間不夠,磚體內的氧氣沒有丟失,雖然下水時間沒有壓縮,但由于之前的還原燒結不徹底,青紅磚現象出現了。
建筑物上常見的磚也是青紅磚,但形成的原因不一定是還原不足造成的。如果仔細觀察窯內不同部位的青紅磚,一般定期出現在排煙口附近、底部,或窯、觀火孔位置,這些部位經常出現的原因是窯體密封不良。在恢復階段或恢復后的高溫階段,由于窯密封不良,外部空氣(氧氣)進入窯,導致恢復氣氛不足或恢復后的氧氣。還有就是還原后高溫下水階段下水量不足,蒸汽少窯正壓不足不穩定,外界空氣從漏氣點侵入,也會形成青紅磚。因此,青磚隔窯工藝的另一個重點是窯體密封。
三是高溫出窯造成的再氧化也會形成青紅磚現象,燒磚人稱之為回火。由于氧氣的流失,紅磚中的三氧化二鐵形成黑色(青色、灰色)氧化亞鐵,即紅磚變青磚的化學反應過程。但氧化亞鐵非常不穩定,在高溫下會迅速氧化,然后氧化成紅色的三氧化二鐵。從這一轉換過程中可以看出,紅磚變青磚和青磚變紅磚需要兩個基本條件,一是燒結氣氛,二是溫度。開窯時(開窯稱為開窯)高溫是造成這種青紅磚現象的罪魁禍首。雖然相對燃燒的高溫屬于低溫階段,但由于氧化亞鐵不穩定,易氧化,磚的溫度從低溫到完全冷卻,滿足了氧化條件。在這種情況下,青磚的顏色慢慢丟失,逐漸變成紅磚或灰磚。溫度決定了磚的變色程度,高溫為紅色,低溫為灰紅色或灰色。
也可以從古建筑中觀察到青磚回火、氧化變紅變灰的現象。一座由青磚建造的古建筑,經過幾百年的風風雨雨,寒暑交替,已古樸,呈現出灰磚的滄桑。在自然條件下,青磚變灰磚也是一個氧化過程,但由于溫度因素,時間過長,人們沒有刻意關注。青磚在恢復氣氛中形成,這是他唯一不同于紅磚的特點,青磚比紅磚風化,是空氣中逐漸氧化,然后開始風化期,紅磚直接進入風化,因為青磚恢復氧化過程,也讓我們感受到千年青磚的歷史。
在水的作用下,三氧化二鐵形成四氧化三鐵,是紅磚變青磚的化學過程,這一點也有待論證。四氧化三鐵是我們常見的黑色磁鐵。實驗室制造的四氧化三鐵工藝描述為:鐵在蒸汽中加熱,或將三氧化二鐵加熱到400℃四氧化三鐵可以用氫還原制成。從這一描述中可以得出結論,由于青磚燒制后期加水產生蒸汽、還原氣氛等表面現象與實驗室四氧化三鐵工藝相似,誤導了條目作者。從360條關于氧化亞鐵的解釋中可以看出,對氧化亞鐵的解釋更為合適:FeO可以在900℃通過氧化鐵與一氧化碳反應(在還原焰中加熱氧化鐵)獲得方程Fe2O3+CO→2FeO+CO2。這個解釋和青磚燒制過程一樣:達到燒結溫度后(不同原料的燒結溫度不同,以粘土和頁巖為例,燒結溫度一般為900~940℃),當還原、密封和下水過程少于800時,開始恢復℃還原過程中,會出現俗稱不上色的現象,即返青失敗。
據報道,紅磚燒制過程中的黑心、壓花現象與青磚還原相似,存在偏差。青磚是氧化燒結后還原形成的,黑心壓花磚是由于燒結過程中缺氧燒結形成的。一個是完全燒結后還原,另一個是燒結過程中不完全燒結的過程。雖然這兩種現象都是由還原氣氛引起的,但后果使產品呈黑色(綠色)顏色,但產品質量無法比擬,因為黑心壓花磚是產品質量的嚴重缺陷和不合格產品,因為它們不抗凍融,容易風化,由于氧化氣氛中形成的強度和還原氣氛中形成的獨特性質,青磚具有更好的質量。