Делаем плитку
Появившаяся в нашей стране с середины девяностых технология производства тротуарной плитки методом литья бетона в пластиковые формы, стала настоящим откровением, как для частных застройщиков, так и для крупных строительных организаций. Неизбалованный архитектурным разнообразием отечественный строитель воспринял представившуюся возможность получения доступного материала мощения и благоустройства территории как избавление от постоянной зависимости от асфальта и бетона, материала достаточно дорогого и по тем временам дефицитного.
Теперь для благоустройства территории частного дома стало не нужным годами ждать, когда начнется плановый ремонт близлежащей автодороги, чтобы договориться с водителем о продаже полмашины горячего асфальта.
С распространением технологии получения литьевой тротуарной плитки перестала существовать проблема выбора материала для устройства пешеходных тротуаров и площадок. Подъезды к домам, городские тротуары и целые городские площади начали приобретать цивилизованный «европейский» вид. Огромный спрос на материал вполне закономерно вызвал бурный рост частных предприятий по выпуску тротуарной плитки, бордюров и разнообразных элементов малой архитектуры. Этому способствовала и доступность необходимого технологического оборудования, часть которого могла быть изготовлена своими силами, а также простота самой технологии производства литьевой плитки в пластиковых формах. Западные производители, в основном из Восточной Европы, благодаря полному отсутствию отечественной конкуренции и богатому ассортименту предлагаемых пластиковых форм хорошего качества достаточно быстро заполнили вакуум материала для благоустройства территории.
Еще одним фактором, объясняющим популярность пластиковых форм импортного производства, является богатый и хорошо продуманный ассортимент. Предлагая формы для производства не только тротуарной плитки, но и формы для изготовления бордюров, водосливов, ступенек и т.д., западный производитель, таким образом, реализовывал не просто доступную технологию и приспособления для формования бетона, но и целую систему архитектурных решений на основе огромного ассортимента предлагаемых элементов. Постепенно осваивали выпуск пластиковых форм для производства плитки и отечественные предприятия. Заметно проигрывая западному производителю в ассортименте и качестве вначале, на сегодняшний день отечественные производители выпускают вполне конкурентоспособную продукцию.
Несомненно, положительным моментом появления на отечественном строительном рынке импортных пластиковых форм для производства тротуарной плитки, следует считать и то, что многие отечественные производители строительных материалов начинали свое производство именно с изготовления литьевой тротуарной плитки. Обычно такие фирмы организовывались в малоподходящих помещениях (например, в гараже), в последствии зачастую превращаясь в крупные организации, производящие строительные материалы.
Еще раз хотелось бы отметить, что небывало большой спрос на литую плитку в девяностых годах был обусловлен не ее эксплутационными характеристиками, а, прежде всего, практически полным отсутствием альтернативных предложений. Асфальт был очень дефицитен, устройство пешеходных дорожек из бетона выливалось в крайне трудоемкое занятие, а вибропрессованная тротуарная плитка, хотя и производилась в большом количестве на крупных специализированных предприятиях, имела «печальный» внешний вид, скудный ассортимент, да и была практически не доступна частнику.
Однако, по мере накопления опыта производства, применения и эксплуатации, стали проявляться некоторые неприятные особенности литой тротуарной плитки, да и самой технологии ее производства.
Все не так гладко
Тротуарная плитка, изготовленная методом литья бетона в пластиковые формы, имеет привлекательный внешний вид и гладкую поверхность. Подвижный бетон с большим содержанием цемента, применяемый для изготовления литой тротуарной плитки, легко поддается окрашиванию в различные цвета. Благодаря большому ассортименту форм возможно получение изделий имеющих различную фактуру поверхности. Но, к сожалению, все плюсы литой тротуарной плитки бессильны перед несколькими минусами изначально присущими этому материалу и способу его производства.
При значительном расходе высокомарочного цемента, зачастую прочность литой тротуарной плитки недостаточна для эксплуатации в местах с интенсивным движением. Изготовленная с точным соблюдением рекомендуемого тех. процесса и пропорций, литая тротуарная плитка с трудом укладывалась в требования, предъявляемые действующим ГОСТом в части истираемости бетона. Показатели истираемости литой тротуарной плитки редко опускаются ниже 1.4г/см2. В то время как истираемость тротуарной плитки, работающей в условиях малой интенсивности движения по требованиям ГОСТ 13015.0-83должна быть не выше 0.9г/см2.
Морозостойкость тротуарной плитки - важнейший показатель, от которого напрямую зависит долговечность элементов мощения. Наряду с показателями водопоглощения, морозостойкость определяет сроки эксплуатации покрытия. Иными словами, показатели морозостойкости (в циклах) говорят, сколько лет тротуарная плитка гарантированно сохранит свой внешний вид без видимых разрушений верхнего слоя.
ГОСТ 17608-91 указывает, что морозостойкость тротуарной плитки должна быть не ниже F-100! И это для южных районов, где температура самой холодной пятидневки от 0 до -5оС. Для центрального региона России, где температура самой холодной пятидневки от -5 до -15оС, а для более северных районов от -15 до -45оС, морозостойкость тротуарной плитки должна быть не ниже F-150 и F-200 соответственно! Но тротуарная плитка, изготовленная по литьевой технологии, практически не соответствует этим требованиям! Морозостойкость литьевой тротуарной плитки значительно ниже показателей, указанных в действующем ГОСТе. Водопоглощение литой плитки также не отвечает требованиям ГОСТа-17608-91 и обычно указанных выше 5 - 6%.
Результат таких грубых несоответствий - малый срок нормальной эксплуатации тротуарной плитки, изготовленной по вибролитьевой технологии. Практически повсеместно можно наблюдать, что сравнительно недавно уложенная плитка уже через несколько лет начинает крошиться и растрескиваться. Причем в местах с интенсивным движением это происходит уже спустя пару лет. Рис Х. В результате, материал обязанный служить очень долго, спустя незначительное время уже нуждается в ремонте, а зачастую и в полной замене! Напомним, что замена элементов мощения - процедура гораздо более сложная и трудоемкая, нежели укладка!
Причем вышеперечисленные проблемы в основном присущи литьевой тротуарной плитке. Плитка, изготовленная методом вибропрессования, служит гораздо дольше. Практически во всех крупных городах России можно встретить места, где вибропрессованная тротуарная плитка, изготовленная еще в 70годах, имеет прекрасный внешний вид, и отлично сохранилась даже в условиях интенсивной эксплуатации. И хотя, зачастую городские площадки с уложенной плиткой далеки от совершенства, причина этого скорее в отсутствии надежной песчаной подушки и пришедшие в негодность системы водоотлива, нежели сама тротуарная плитка.
Итак, опыт эксплуатации тротуарной плитки, изготовленной по литьевой технологии, выявил серьезные недостатки, присущие данному материалу и методу его производства.
Поэтому, производители и потребители тротуарной плитки все чаще задаются резонным вопросом: так какая же тротуарная плитка лучше, вибролитая или вибропрессованная? Возможно ли получить качественный продукт с использованием литьевой технологии, или сам способ изготовления литой тротуарной плитки не допускает получения материала, соответствующего требованиям существующего ГОСТа?
Существует ли оптимальный баланс между хорошими эксплутационными качествами материала и доступностью оборудования для его производства?
Для того, чтобы ответить на эти вопросы давайте попробуем разобраться в основных факторах, влияющих на качество выпускаемой тротуарной плитки.
Рассмотрим и сравним технологии производства тротуарной плитки, как методом литья, так и методом объемного вибропрессования.
Литьевая технология: красиво, дешево, достаточно долговечно
Способ получения тротуарной плитки методом вибролитья в пластиковые формы достаточно прост, хотя и имеет некоторые специфические особенности. Для организации производства достаточно минимального набора необходимого оборудования и некоторого количества пластиковых форм. Причем, в зависимости от планируемой производительности изменяется и количество единиц используемого оборудования. Сам процесс производства тротуарной плитки по литьевой технологии условно можно разделить на пять этапов. СХЕМА 1
1. Приготовление бетона
Зачастую, для экономии цемента и красящих пигментов, применяют способ послойного литья. В этом случае необходимо два бетоносмесителя: один - для приготовления окрашенного бетона с повышенным содержанием цемента, другой - для бетона, используемого в основном слое плитки. При изготовлении плитки, окрашенной по всей бетонной массе, либо при изготовлении неокрашенной плитки понадобится один бетоносмеситель. Настоятельно рекомендуется использование бетоносмесителей принудительного действия, а не гравитационных бетоносмесителей. Дело в том, что принудительные смесители обеспечивают более качественное перемешивание многокомпонентных растворов, нежели гравитационные бетономешалки.
2. Заполнение пластиковых форм и виброуплотнение материала
Приготовленный в бетоносмесителе раствор укладывают в пластиковые формы, установленные на вибростоле. Основные требования к вибростолу - это равномерная вибрация всей рабочей поверхности стола. Амплитуда колебаний не должна быть чрезмерной, так как бетон не должен отбиваться стенками формы, а должен равномерно распределяться по форме. При изготовлении двухслойной плитки сначала укладывается цветной слой толщиной около 10-20мм, а после кратковременной виброобработки -основной слой бетона. Затем в течение 10-20 секунд заполненные формы находятся на работающем вибростоле, излишки бетона аккуратно срезаются шпателем, либо другим подходящим инструментом. При формовании плитки следует по возможности максимально точно загружать бетон в формы, в противном случае, если материала было не достаточно, плитка получится разной высоты. Избыток материала требует его периодического удаления с поверхности вибростола, что снижает общую производительность труда. Даже незначительное расхождение толщины плитки создает трудности при укладке материала на предварительно подготовленную песчаную подушку.
3. Вызревание бетона в формах, хранение и сушка
После виброобработки заполненные бетоном формы перемещаются на участок сушки, где должны оставаться не менее 48 часов. При расчете необходимого количества пластиковых форм начинающие производители часто забывают о том, что часть оснастки выпадает из производства на целых 48 часов, поэтому количество пластиковых форм должно обеспечить бесперебойность производственного процесса. Поэтому для постоянного производства 10 квадратных метров тротуарной плитки размерами 400х400мм (6.25 шт в 1м2) потребуется не 63 пластиковые формы, а 189 шт.! Причем 48-часовая выдержка является обязательной, при попытке выбивки плитки из формы раньше катастрофически возрастает процент брака. Плитку, поврежденную при выбивке, невозможно переработать и использовать повторно. Зачастую начинающие производители недооценивают серьезность проблемы брака и боя при производстве тротуарной плитки.
На участке сушки необходимо установить стеллажи с ровными полками, так как, если в процессе сушки форма будет иметь уклон, бетон переместится и готовая плитка будет иметь разную толщину. Нормально уложить такую плитку практически не возможно. К тому же тонкий край плитки может треснуть под нагрузкой. Еще одним досадным последствием неправильного расположения пластиковых форм на участки сушки является получение плитки изогнутой винтом, либо имеющей заметную выпуклость или впадину на лицевой поверхности.
Для нормального протекания процесса созревания бетона, в целях сохранения влаги, пластиковые формы с бетоном рекомендуется заботливо укутать полиэтиленовой пленкой и уже в таком виде отнести на ровный стеллаж, где изделие будет выстаиваться положенные 48 часов.
4. Распалубка (выбивка)
После созревания бетона необходимо освободить пластиковые формы для их дальнейшего использования. Для облегчения процесса выбивки и продления срока службы пластиковых форм, рекомендуется поместить их в горячую ванну (60-70о С). После выдержки формы с изделием в горячей воде можно приступать к выбивке плитки из формы. Для выбивки плитки используют специальные распалубочные вибростолы с набором сменных приспособлений под конкретное изделие. В принципе некоторые производители пластиковых форм допускают выбивку изделий без прогрева формы, однако предупреждают об увеличении процента брака и снижении ресурса форм на 30-40%. Производителю оставляется право самому выбрать устраивающую его схему выбивки, с замедленным оборотом форм и необходимостью в течении смены держать в цеху чан с водой прогретой до 60-70оС, либо постоянно пополнять парк пластиковых форм, для компенсации неизбежных потерь.
В общем, динамику и трудоемкость этого ответственного процесса, от которого зависит и срок службы оснастки, и качество продукции, в полной мере отражает его название: «ВЫБИВКА».
5. Подготовка форм к последующему использованию
После выбивки плитки, пластиковые формы необходимо очистить от остатков бетона и тщательно обработать слабым раствором соляной кислоты (около 5-7%).
Промывка кислотой обеспечивает более легкое извлечение изделия из формы. Многие производители пластиковых форм предлагают оригинальные смазки, полностью исключающие прилипание бетона к форме, однако кислота обходится дешевле.
Итак, для организации производства тротуарной плитки методом литья потребуется как минимум:
Один бетоносмеситель принудительного действия.
Формовочный вибростол.
Распалубочный вибростол. При организации небольшого производства плитки несложной формы (квадрат, прямоугольник) можно отказаться от распалубочного вибростола и выбивать плитку вручную.
Ванна с подогревом.
Ванна для раствора соляной кислоты.
Парк пластиковых форм, с расчетом на выдержку изделий.
Стеллажи с ровными полками для раскладки заполненных форм на сушке.
Так же необходимо позаботиться об источнике тепла на участке сушки, если предполагается выпускать плитку не только летом.
Базовая рецептура бетона для вибролитья тротуарной плитки
Песок, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 26633, с модулем крупности не менее 2.2 1 часть
Цемент марки М-500 1часть
Щебень, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 26633, с наибольшим размером зерен крупного заполнителя: 10мм - для плит толщиной до 50мм
20мм - для плит толщиной более 50мм 2части
Пигмент, не более 5% от массы цемента
Пластификатор, обычно от 0.5до 2% от массы цемента (о роли пластификатора в производстве литой тротуарной плитки мы расскажем ниже).
Результат
Итак, согласитесь, что сама технология достаточно проста и вполне доступна для начинающего производителя строительных материалов. Оборудование, применяемое для изготовления литой плитки вполне доступно.
Полученные изделия имеют очень привлекательный внешний вид, и после непродолжительной выдержки, для достижения отпускной прочности могут быть отправлены потребителю.
Однако, как говорилось выше, прочность, водопоглощение и морозостойкость изделий не соответствуют требованиям действующего ГОСТа. Большая доля ручного труда, без всякой надежды на возможную автоматизацию не позволяет снизить себестоимость литой тротуарной плитки, а также не позволяет выйти на большие объемы производства. Большое количество специальных добавок, призванных ускорить созревание бетона и пластификаторов для увеличения подвижности бетона, значительно увеличивает себестоимость изделий.
Объемное вибропрессование в производстве тротуарной плитки
Теперь рассмотрим особенности производства тротуарной плитки методом объемного вибропрессования.
В основе технологии объемного вибропрессования лежит способ получения бетонных изделий методом виброуплотнения полусухой смеси с обязательным пригрузом формующего пуансона.
Формовка изделий производится на стационарных вибропрессах.
Для вибропрессования характерно использование полусухих бетонных смесей с пониженным водоцементным отношением (В/Ц). Снижение водоцементного отношения позволяет изготавливать изделия высокой прочности при уменьшенном содержании цемента марки М-400.
Метод полусухого вибропрессования позволяет получать изделия с высокими характеристиками морозостойкости (F-200, F-300 и более) и низким водопоглощением (меньше 5%). Изделиям, изготовленным на вибропрессах, характерна точность геометрических размеров и стабильность основных эксплутационных параметров.
Формующей частью вибропресса является матрица и пуансон.
Пуансон имеет на своей поверхности рисунок, который отпечатывается на лицевой поверхности тротуарной плитки. Матрица отвечает за формование стенок изготавливаемой плитки. Формование изделий происходит на сменных технологических поддонах, подаваемых затем на участок сушки.
Методом вибропрессования возможно изготавливать тротуарную плитку, бордюры и водоотливы, а также стеновые и перегородочные камни.
В качестве примера, рассмотрим технологию производства вибропрессованной тротуарной плитки на примере доступного рычажного вибропресса классической компоновки. Рычажные вибропресса (серия ВП-«Илья Муромец») оснащены двумя электромеханическими вибраторами и имеют рычажный привод подъема подвижных частей вибропресса.
Сам процесс производства тротуарной плитки на вибропрессе условно можно разделить на три этапа: СХЕМА 2
1. Приготовление бетона
Для приготовления бетона потребуется бетоносмеситель принудительного действия, как и при изготовлении литьевой тротуарной плитки. Для однослойных изделий достаточно одного смесителя, для выпуска двухслойных соответственно два смесителя. После приготовления бетона, формовочная смесь подается непосредственно в матрицу вибропресса.
2. Формование
Матрица прижимает технологический поддон к виброплощадке пресса, после загрузки формовочной смеси в матрицу, опускается пуансон, и включаются вибраторы виброплощадки и каретки пуансона. Под действием виброимпульсов происходит уплотнение материала. Время вибропрессования обычно не превышает 3-5 секунд. Затем матрица и пуансон посредством приводных рычагов поднимаются в верхнее положение, а на виброплощадке остается технологический поддон с отформованными изделиями. Поддон с тротуарной плиткой подается на участок сушки, а на его место устанавливается следующий поддон.
3. Сушка изделий
Технологические поддоны с отформованными изделиями подаются на участок сушки, где должны подвергнуться тепловлажной обработке. В качестве теплоносителя обычно используют водяной пар. Однако при наличии свободных площадей вполне допускается твердение изделий на основе портландцемента в условиях производственного помещения, таким образом, значительно снижаются расходы на тепловую обработку изделий.
Изделия снимаются с технологических поддонов по достижению прочности бетона не менее 1.5-2.0 МПа (обычно уже через 5-8 часов), затем освободившиеся поддоны повторно подаются на формовочный участок и цикл повторяется.
Таким образом, для организации производства вибропрессованой тротуарной плитки потребуется следующий минимальный набор оборудования:
Бетоносмеситель принудительного действия.
Рычажный вибропресс.
Комплект технологических поддонов (при организации производства для снижения первоначальных расходов, возможно изготовление технологических поддонов самостоятельно)
Так же необходимо позаботиться об источнике тепла на участке сушки, если предполагается выпускать продукцию не только летом.
Результат
При точном соблюдении рецептуры, вибропрессованная тротуарная плитка полностью соответствует требованиям ГОСТа 17608-91 по прочности, истираемости, водопоглощению и морозостойкости.
При меньшем расходе цемента вибропрессованная тротуарная плитка прочнее литой плитки.
Технология вибропрессования позволяет сократить расход пластификатора и модифицирующих добавок и значительно уменьшить долю ручного труда на производстве.
Организация двухсменной работы, сокращенный технологический цикл (по сравнению с технологией производства литой тротуарной плитки) позволяют резко увеличить выпуск продукции, при снижении накладных расходов. Большинство промышленных вибропрессов имеют солидный запас по увеличению производительности. Так, изначально покупая неавтоматизированный вибропресс в стандартной комплектации, впоследствии его можно дооснастить различными устройствами и приспособлениями, которые существенно увеличат производительность вибропрессового оборудования.
Принципиальные различия
Итак, мы рассмотрели два основных способа производства тротуарной плитки. Выявили недостатки литьевой технологии.
Теперь попробуем объяснить причины.
Основной причиной малой прочности и морозостойкости бетонных изделий является повышенное водоцементное отношение (В/Ц).
Известно, что прочность и долговечность бетонных изделий напрямую зависит не только от качества применяемых материалов и условий созревания бетона, но и, прежде всего, от рационально подобранного состава и от жесткости (подвижности) бетона.
Жесткость бетонной смеси является основным параметром, определяющим прочность и морозостойкость бетона.
«…Жесткие бетоны при хорошем уплотнении обладают большей прочностью, чем подвижные, при одном и том же расходе цемента. Применение жестких бетонов позволяет экономить 10…20% цемента…»
«…Жесткая смесь имеет наименьшее водоцементное соотношение (В/Ц)… …Морозостойкость повышается при снижении В/Ц… В настоящее время созданы бетоны с морозостойкостью 600…800 циклов, например, бетоны на мелкозернистых заполнителях – песках»
«…Особо жесткие смеси используют при изготовлении изделий по технологии, предусматривающей их немедленную распалубку… Для повышения морозостойкости конструкций и увеличения их механических характеристик в дорожном строительстве применяют бетоны повышенной жесткости…»
«…Для уплотнения жестких бетонных смесей при устройстве покрытий небольшой толщины используется тромбование. Применяются пневматические или ручные тромбовки. Смеси уплотняют слоями толщиной 10…15см»
«… Известный уже более века песчаный бетон стал предметом систематических исследований с середины пятидесятых годов, что было связано, в первую очередь, с организацией производства железобетона в регионах, где отсутствуют месторождения крупного заполнителя…»
«… Песчаный бетон, как правило, обладает высокими физико–механическими характеристиками по сравнению с бетоном на крупном заполнителе…».
«…Бортовые камни из песчаного бетона, находившиеся 25 лет в эксплуатации, не имели следов разрушения, в то время как бортовые камни из тяжелого крупнозернистого бетона, изготовленные по традиционной технологии, разрушались менее через 2 – 3 года от размораживания».
Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения представлена в таблице 1.
ЗНАЧЕНИЕ ВОДОЦЕМЕНТНОГО ОТНОШЕНИЯ (В/Ц)
Таблица 1
|
Проектная марка бетона |
Марка цемента |
|
|
400
|
500
|
|
|
100 200 300 250 300 |
1,03 0,85 0,69 0,57 0,53 |
- - 0,79 0,65 0,61 |
|
Примечание. Значения В/Ц приведены для бетона, приготовленного на щебне и песке с модулем крупности до 2,5 |
||
ГОСТ 17608-91 «Плиты бетонные тротуарные» прямо указывает, что для изготовления тротуарной плитки водоцементное отношение (В/Ц) должно быть не более 0.4! При увеличении водоцементного отношения тротуарная плитка никогда не будет отвечать требованиям ГОСТа, капиллярные поры в бетонной массе снизят и морозостойкость, и прочность изделия. Поэтому требования ГОСТа вполне закономерны, тротуарную плитку следует изготавливать при В/Ц не более 0.4!
Бетон с низким В/Ц классифицируется как жесткий бетон. При определении подвижности бетона стандартным конусом, жесткий бетон практически не дает усадку после снятия эталонного конуса.
Однако, для изготовления тротуарной плитки литьевым методом используют подвижные и литые бетонные смеси с В/Ц около 1.25-0.57. Более жесткая бетонная смесь попросту не растекается по пластиковой форме, не передает рисунок и, наконец, разрушает саму форму не рассчитанную на работу с жесткими составами. Наоборот, производители литой тротуарной плитки стараются увеличить подвижность бетона и работают в основном с литыми смесями. Литая смесь быстрее заполняет пластиковую форму, она, по сравнению с жесткой, легче укладывается, скорость работы и производительность возрастает. Однако такое увеличение В/Ц неизменно приводит к потере прочности и морозостойкости бетона.
Становятся понятны причины быстрого разрушения гладкой и привлекательной, однако не прочной и соответственно не долговечной, литой тротуарной плитки!
Заметим, что при всей очевидности причины быстрого разрушения литой тротуарной плитки вовсе не лежат на поверхности. Казалось бы, ГОСТ 17608-91 «Плиты бетонные тротуарные» не является секретным и находится в свободном обращении. Там подробно изложены требования к тротуарной плитке и материалам, входящим в ее состав.
Однако, несмотря на это, вопрос: КАКАЯ ПЛИТКА ЛУЧШЕ, не теряет своей актуальности.
Пластификаторы - последняя надежда
Для повышения эксплутационных характеристик литой тротуарной плитки многие производители предлагают использовать пластификаторы. Основное назначение пластификаторов - это повышение подвижности бетона от П-1 до П-5, при снижении расхода воды в среднем на 10%. Пластификаторы также повышают удобноукладываемость бетона, снижают водопоглощение и увеличивают морозостойкость бетона. Заметим, что большинство мелких и средних производителей литой тротуарной плитки свято верят, что назначение пластификатора - это, прежде всего, создание гладкой поверхности лицевой стороны плитки, однако это не совсем так. Основное назначение пластификатора в бетоне - увеличение подвижности без добавления воды. Но, введение в бетон пластифицирующих добавок, окончательно не решает проблему повышенного В/Ц отношения. Пластификатор повышает подвижность бетона, при сниженном содержании воды, но это все равно не жесткий бетон с В/Ц не более 0.4!
Применение пластификаторов позволяет несколько улучшить эксплутационные характеристики литой тротуарной плитки, однако они не способны кардинально повысить качество литой продукции и приблизить его к качеству вибропрессованных изделий.
Работая с пластификаторами, следует помнить, что в основном это не безвредные вещества. Согласно инструкции по применению, при работе с пластификаторами необходимо применять средства индивидуальной и коллективной защиты (спецодежда, спецобувь, защитные очки, рукавицы и респираторы).