ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в связи с наметившимся в нашей стране боль­шим объемом дорожного и жилого строительства резко возросла потребность в мелкоштучных бетонных искусственных камнях, в частности в стеновых блоках, тротуарных и дорожных плитах и дру­гих изделиях.

Искусственные камни считаются сегодня эффективным строительным материалом, получившим широкое распространение в таких развитых капиталистических странах, как США, Германия, Япония, Франция, Италия и Швеция.

К сожалению, в нашей стране эта область строительства нахо­дилась до недавнего времени в запущенном состоянии, потребность в искусственных камнях, а также в оборудовании для их изготов­ления обеспечивалась менее чем на 50%.

Развитие производства искусственных камней должно быть обусловлено созданием высокопроизводительных бетоноформовочных машин, оборудования и оснастки, разработкой рациональных технологических схем, организацией производства и поиском дополнительных источников сырья.

Задача обзора заключается в освещении и анализе наиболее эффективных методов формования бетонных стеновых камней, опыта их производства, а также новых бетоноформовочных машин и обо­рудования, включая их основные узлы и конструктивные особен­ности.

КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Потребности человечества строить быстро, прочно и экономично заставили строителей использовать в своей деятельности искусственные камни в виде стеновых блоков, кирпичей и плит. История их производства и применения уходит далеко в глубь веков. Задолго до изобретения портландцемента искусственные камни изготавли­вали на основе самых различных вяжущих веществ: гипса, глины, льняного и других масел и т.д., однако чаще всего использовались различные сорта извести. Для увеличения прочности и плотности известковых искусственных камней применялось жидкое стекло.

Первый патент на производство известковых искусственных камней принадлежит англичанину Ренжеру, который в 1833 г. пред­ложил использовать для их изготовления три части извести, 30 час­тей кварцевого песка и 1 ¾ части кипятка с растворенным в нем железным купоросом. Смесь укладывалась в форму, твердела в ней в течение 10 мин и затем выдерживалась в течение 14 дней на воздухе.

В 50-х годах XIX века с началом массового производства порт­ландцемента в Англии заметно увеличился объем изготовления искусственных камней. Однако вскоре лидерство в этом деле за­хватили США, причем считается даже, что США являются родиной пустотелых стеновых камней. В 80-е годы XIX века производство бетонных камней начинает быстро расти в европейских странах, в том числе и в России. В конце XIX века в Англии начали изготав­ливать стеновые блоки из легких бетонов, главным образом на ос­нове зол и шлаков. С 1908 по 1909 г. темпы возведения построек из искусственных камней ускорились, появились ряд новых типов камней, систем оригинальных кладок, разнообразное оборудование для их изготовления. Россия в те годы по объему производства ис­кусственных камней мало уступала развитым европейским госу­дарствам.

До 1910-1914 г. камни формовались вручную в формах, а после этого периода стали переходить на механическое трамбование в станках. В то время оборудование для производства искусственных камней делилось на два типа: формы и станки. В формах кам­ни изготавливались вручную, а в станках-с помощью механизмов. Производительность станков обычно в 2...3 раза превышала произ­водительность форм: если с помощью формы «Миракль» (США) мож­но было формовать четыре камня в час, то с помощью станка «Лилипут» или «Торонто»-15...16 камней в час. При этом длина камней равнялась 45...60 см, ширина 20...30 см; высота 20 см, а их масса составляла 40...45 кг. На рис. 1 представлены отдельные, наиболее распространенные станки и формы, применявшиеся в России до 1918 г.

В послереволюционный период производство искусственных камней в Советской России хотя и сократилось, но все же продол­жало развиваться, финансировались научно-исследовательские ра­боты, направленные на совершенствование конструкций искусственных камней и технологий их изготовления, разрабатывались отечественные механизированные станки. За границей было закуплено несколько комплектов формовочного оборудования. Впоследствии поло­жение дел в этой отрасли строительства стало заметно ухудшать­ся, а к 1937 г. объем производства искусственных камней заметно сократился. Причин создавшегося положения было несколько, одной из них было сокращение научно-исследовательских работ по этой тематике. Когда же производство искусственных камней было переведено на применение дешевых известково-доломитовых и известково-пуццолановых вяжущих веществ, упала прочность бе­тонных камней, понизилась их морозостойкость и ухудшился внеш­ний вид. В результате этого после разрушений ответственных со­оружений искусственные камни стали расцениваться строителями как недоброкачественный второсортный материал, и объем про­изводства камней заметно сократился, их стали применять в не­ответственных местах кладки и то в порядке «принудительного ассортимента».

В последние годы наша страна хронически отставала от Запада как по объему производства искусственных камней, так и по на­учным разработкам в этой области. Положение усугубилось после 1954 г. в связи с развитием крупнопанельного домостроения, когда основные силы строительного производства, включая НИИ и КБ, были ориентированы на это новое направление. Правда, б связи с большой потребностью в искусственных камнях, и особенно в стеновых блоках, неоднократно делались попытки восстановить их производство, однако существенных результатов это не дало.

В начале 70-х годов в научно-исследовательской лаборатории физико-химических методов механики материалов и технологиче­ских процессов (НИЛ ФХММ и ТП) группа научных сотрудников под руководством профессора Н.В. Михайлова занялась проблемой вибропрессования изделий из жестких бетонных смесей, в част­ности производством дорожных плит с применением этого метода. В последующие годы НИЛ ФХММ и ТП фактически стала головной организацией в нашей стране по разработке технологического оборудования для производства бетонных камней методом объ­емного вибропрессования. За это время сотрудниками лаборатории созданы отечественные вибропрессы и технологические линии для формования искусственных камней, получено более 30 авторских свидетельств на изобретения.

Внастоящее время в нашей стране проводятся исследования и разработки во ВНИИСТРОМе им. П.П. Будникова, в НПО агропро­мышленного комплекса.

Рис. 1. Формы и станки для изготовления стеновых камней, применяемые до 1918г.:

а — собранная форма «Бербет» (США);

б — разобранная форма «Бербет» (США);

в — собранная форма Ф. О. Ливчака (Россия);

г — разобранная форма Ф. О. Ливча-ка (Россия);

д - раздвижная форма «Заря» (Россия);

е - станок «Лилипут» (Рос­сия);

ж — станок «Торонто» (Россия);

з — станок М. Н. Смирнова (Россия);

ц — ста­нок «Домострой» (Россия).

В конце 1987 г. к разработке оборудования по изготовлению стеновых блоков и других изделий методом вибропрессования приступил ВНИИ транспортного строительства Минтрансстроя СССР (ЦНИИС). На основе западно-германского вибропрессаMultimatRН-5 создан вибропресс ВПБС-1, который выпускает Золотоношский ремонтно-механический завод. Разработана техническая документация на комплект оборудования формовочного участка для изготовления стеновых и дорожных камней, продолжаются научно-исследователь­ские разработки по модернизации формовочных машин и использованию местных строительных материалов в производстве стеновых камней, бетонной черепицы и других изделий.

Патентный обзор

Проведение патентного поиска состояло в подборе необходимой патентной информации для систематизации и анализа отобранных документов и определении тенденций развития бетоноформовочных машин для производства искусственных камней. Глубина поиска составила 50 лет.

Для анализа было отобрано более 200 изобретений, в том числе по странам: СССР-74 изобретения, США-75, ФРГ-37, Франция-26, Швеция- 10. По остальным странам (Япония, ГДР, Норвегия, Италия, Канада, Мексика и др.) зафиксировано по одному-три изобретения. Отобранная патентная документация в соответствии с требованиями была сведена в таблицы и графики. На графике (рис. 2) показана динамика патентования четырех стран-СССР, США, ФРГ, Франции за период с 1935 по 1990 г. Как видно из графика, наиболее интен­сивная изобретательская активность проявилась в США с 1945 по 1955 г. и с 1977 по 1982 г., в СССР-начиная с 1945 по 1959 г, и с 1969 г. по настоящее время, в ФРГ- с начала 70-х годов и во Фран­ции с начала 60-х годов и до середины 70-х годов. В связи с тем, что поиск патентов в ФРГ и Франции произведен только с 1959 г., вы­воды об изобретательской активности в этих странах нуждаются в корректировке. Обобщенная кривая, отражающая уровень актив­ности четырех указанных стран по подаче охранных документов, возрастает начиная с 1960 г. При этом наибольший рост активности по кривой 5 приходится на 1946- 1955 гг. и на период, начиная с конца 70-х годов, когда ежегодно подавалось по восемь-десять заявок на изобретения. Экстраполируя кривые 1...5 на ближайшие три - пять лет, можно сделать вывод, что развитие и совершенство­вание бетоноформовочных машин и технологического оборудования по производству искусственных камней в ближайшем будущем будут нарастать.

Рис. 2- Динамика патентования бетонофориожочных машин для производства искусственных камней: 1- СССР;2 -США; 3-ФРГ; 4-Франция; 5-суммарная кривая.

Ведущими странами в данной области являются США, ФРГ, Франция, Швеция и Италия. Нашу страну к числу ведущих отнести нельзя, хотя по количеству авторских свидетельств СССР занимает после США второе место в мире. Ведущими считаются страны, у которых, по сравнению с другими, имеется не только наибольшее количество охранных документов по данной теме, но и большинство из них реализовано на практике.

К ведущим фирмам, занимающимся разработкой бетоноформо­вочных машин и оборудования для производства камней, следует отнести: Besser(США),Slosser,HessMaschinenfabrik,HenkeMaschinenfabrik,Knauer(Германия),Rosacometta(Италия),Demler,PierreetBertrand(Франция).

Среди советских организаций по числу выданных авторских свидетельств следует выделить НИПТИ «Мосмаш» (до 1988 г. НИЛ ФХММ и ТП). В других НИИ и КБ несмотря на наличие ряда интерес­ных авторских свидетельств, научные разработки не продвинулись дальше создания экспериментальных или опытных образцов машин.

В результате анализа охранных документов определились следующие основные тенденции развития данного вида техники: по­вышение степени уплотнения бетонной смеси с целью улучшения качества камней и, прежде всего, увеличения их прочности; повыше­ние производительности и надежности формовочного оборудования; уменьшение шума и вибрации формовочного оборудования; обеспе­чение возможности формования изделий из жестких бетонных сме­сей; совершенствование конструкций имеющихся бетоноформовоч­ных машин; автоматизация работы бетоноформовочных машин и технологического оборудования.