Прессы двухстороннего прессования кирпича: в чём преимущество перед классическими

Технология безобжигового формования строительных материалов постоянно совершенствуется, и одним из ключевых векторов развития стало повышение однородности готового изделия. В центре внимания технологов оказались прессы двухстороннего прессования кирпича, способные кардинально изменить физико-механические характеристики продукции. Главная проблема при формовании из полусухих смесей — внутреннее трение: сила давления гасится трением частиц смеси друг о друга и о стенки матрицы. Именно то, как именно оборудование справляется с этим трением, и определяет разницу между двумя технологиями.

Принцип двухстороннего формования строится на одновременном воздействии на сырьевую массу с двух противоположных сторон. В основе конструкции лежит гидравлический пресс двойного действия, в котором реализовано встречное движение пуансонов — верхнего и нижнего. Цементная смесь в матрице оказывается зажатой между двумя рабочими органами, которые синхронно перемещаются навстречу друг другу.

Когда верхний пуансон начинает опускаться, нижний не остается статичным — он поднимается вверх с аналогичным усилием. Благодаря такому кинематическому решению напряжение внутри порошковой смеси распределяется симметрично относительно центральной плоскости изделия. Трение частиц сырья о стенки матрицы компенсируется встречным давлением, что позволяет избежать эффекта затухания усилия в нижних слоях. Зоны максимального уплотнения формируются сразу у обеих граней кирпича, а энергия прессования затухает лишь к геометрическому центру изделия — но и там, за счёт встречного удара, плотность остаётся в разы выше, чем в самой слабой зоне при одностороннем прессовании.

Традиционная методика, до сих пор применяемая на многих предприятиях, базируется на иной механике. При классической схеме нижний пуансон неподвижно зафиксирован на станине и выполняет функцию глухого дна матрицы. Формование происходит исключительно за счет перемещения верхнего пуансона, который опускается на засыпанную смесь.

При таком сценарии усилие прессования передается от верхних слоев к нижним через толщу засыпанного материала. Поскольку сухая или полусухая смесь обладает высоким внутренним трением и трением о боковые стенки камеры, по мере продвижения вниз давление неуклонно падает. Чем выше изделие и чем сильнее сжатие, тем значительнее потери давления на преодоление сил сопротивления. Это приводит к тому, что плотность по высоте изделия распределяется неравномерно: верхняя часть получает максимальное уплотнение, а нижняя остается недопрессованной.

Для наглядной оценки эффективности обеих технологий на одинаковой смеси (например, отсева известняка с цементом) при одинаковом номинальном давлении сведем показатели в таблицу.

Разница в марке прочности и морозостойкости объясняется просто: чем плотнее и однороднее уложены частицы сырья, тем меньше в теле кирпича капиллярных пустот, впитывающих влагу. А высокая точность геометрии при встречном прессовании — не второстепенный бонус, а критичное условие для «лего-кирпича»*, где от миллиметровой точности пазогребневого замка зависит вся технология сухой кладки. Подробный обзор свойств и применения пазогребневых «кирпичей-лего» — в отдельном материале.

Неоднородность уплотнения — это не просто технологическая погрешность, а критический фактор, напрямую влияющий на «срок жизни» кирпича. Чтобы уплотнить рыхлую нижнюю часть кирпича при одностороннем методе, приходится наращивать общее давление сверху. Это приводит к «перепрессовке» верхнего слоя: в нём защемляется воздух, образуются микротрещины, и при выходе из матрицы верхний слой начинает отслаиваться — этот дефект технологи так и называют, эффектом «шелушения». В момент снятия нагрузки происходит упругое последействие: напряженные слои стремятся вернуться в исходное состояние, но встречают сопротивление соседних зон с иной плотностью, и в материале возникает скрытое или явное расслоение кирпича при прессовании.

Помимо масштабного расслоения, неравномерное давление провоцирует целый спектр характерных дефектов:

• внутренние микротрещины, идущие параллельно плоскости прессования;
• отслаивание лицевой поверхности при выталкивании из матрицы;
• склонность к образованию пористых каверн в нижней трети блока;
• нарушение геометрии (разнотолщинность) из-за неравномерной усадки при твердении.

Качество формования кирпича с системой шип-паз особенно чувствительно к этим дефектам: наличие скрытых трещин делает невозможной надежную стыковку замковых элементов, а пористые зоны активно впитывают влагу, разрушая цементные связи при циклах замораживания.

На первый взгляд может показаться, что схема с одним движущимся пуансоном работает быстрее — меньше подвижных узлов, проще конструкция. Но дело не в простоте механики, а в длине рабочего хода. При одностороннем прессовании верхний пуансон обязан пройти весь путь до дна матрицы, чтобы уплотнить смесь по всей глубине, а затем совершить обратный ход на ту же дистанцию. При распалубке нижний пуансон, в свою очередь, выталкивает кирпич-сырец с самого низа матрицы — тоже на полную высоту изделия. Оба хода получаются протяжёнными, а значит — медленными.

При встречном прессовании зона максимального уплотнения смещается ближе к середине матрицы или даже выше, поэтому каждому пуансону достаточно пройти лишь часть общего пути — как при самом сжатии, так и при последующей распалубке. Более короткий ход гидроцилиндров напрямую сокращает время цикла: именно за счет этого встречное прессование выигрывает в производительности. Есть и дополнительный экономический эффект: за счет более полного механического уплотнения частиц двухсторонний пресс позволяет достичь высокой марки прочности при меньшем на 15–20% расходе цемента, чем потребовалось бы на одностороннем станке для получения даже более скромного результата.

Несмотря на очевидные преимущества встречной схемы, классический метод не исчез с рынка — и дело не только в консерватизме предприятий. Двухсторонние прессы конструктивно чуть сложнее: они требуют иной гидросистемы, точной синхронизации ходов пуансонов и повышенной жесткости станины, поскольку нагрузки в ней прилагаются с двух сторон. Для производства станков двухстороннего прессования требуется организация производства и последующая наладка более высокого уровня, чем для простейших односторонних прессов.

Поэтому одностороннее прессование сохраняет свою актуальность там, где внутреннее трение смеси изначально невелико или прочность набирается иным способом. Классический пример — производство керамической плитки, керамогранита и тротуарной плитки толщиной до 40 мм, а также тонкого облицовочного камня: небольшая высота изделия сама по себе не даёт давлению существенно затухать при уплотнении в матрице.

Похожая логика работает и для прессов силикатного кирпича: силикатная смесь обладает намного меньшим коэффициентом внутреннего трения, чем отсев известняка при гиперпрессовании, а окончательную прочность кирпич набирает не за счёт механического сжатия, а в процессе автоклавной обработки — поэтому симметричное уплотнение здесь уже не так критично.

Третий случай — прессование на поддонах-вкладышах: если кирпич-сырец получается с низкой или неравномерной плотностью, вкладыш физически удерживает его форму при съёме с матрицы, компенсируя один из главных недостатков одностороннего метода.

Переход к двухстороннему формованию требует применения специализированного оборудования. Современные гидравлические прессы двухстороннего прессования ГП100-ГП400 сконструированы именно с учетом кинематики встречного движения пуансонов. В таких станках нижний шток имеет собственный гидроцилиндр, обеспечивающий контролируемое усилие на всем протяжении рабочего хода. Это позволяет технологу добиваться идеальной геометрии изделий любой высоты.

Определить подходящее оборудования — это стратегическое решение, определяющее конкурентоспособность продукции. Если предприятие ориентировано на выпуск высокомарочных, облицовочных или крупноформатных изделий, где важны прочность на сжатие и морозостойкость, двухсторонне прессование не имеет альтернатив: оно исключает структурное расслоение и гарантирует стабильность механических свойств по всему сечению блока. Односторонний пресс можно рассматривать лишь как компромисс для простых изделий малого формата не требовательных к качеству. В любом случае, для точной настройки параметров под конкретное сырье важен грамотный выбор давления пресса для производства, но именно встречное прессование обеспечивает равномерную передачу усилия на каждый кубический миллиметр смеси.