На каких струнах играет бетон?

Струна не только поёт, она ещё и режет.

На кирпичном заводе из мундштука выдавливают непрерывный глиняный брус. Чем его режут на отдельные кирпичи? Струной! На гончарном круге мастер отформовал фаянсовую вазу, чем он отделит вазу от круга? Опять же — струной. Попробуйте в этих случаях заменить струну, например, ножом — ничего не выйдет, на плоскости реза появятся безобразные задиры, так называемый драконов зуб.

В современном производстве мелких газобетонных блоков отработан такой приём: формуют крупный газобетонный массив объёмом около 5 м3, переносят его краном на стол резательной машины, которая одновременно несколькими струнами разрезает его на мелкие блоки, после чего массив автоклавируют.

Любая новая технологическая операция неизбежно порождает целый ряд проблем. Не стало исключением и разрезание газобетона струнами.

В отличие от глиняного бруса, газобетон насыщен порами, которые содержат коварный газ — водород. Он не ядовит, но опасен. Не для человека, а для стали, из которой выполнена струна. Сталь, насыщаясь водородом, становится хрупкой, и струны быстро рвутся. А это фатально для полуразрезанного массива.

Казалось бы, чего проще — замени сталь другим металлом, например, медью, которой не страшен водород. Но не получается — не хватает прочности. Качество реза тем выше, чем тоньше струна, а тонкая медная проволока не выдерживает, рвётся.

Решение пришло из... цыганского табора. Вспомнили, как в прошлом веке цыгане-ремесленники ходили по деревням и лудили посуду, покрывая её тонким слоем расплавленного олова. Оказалось, что олово надёжно защищает не только от кислорода (от окисления), но и от водорода. На заводах газобетона возродили старое цыганское ремесло — стали лудить струны. Но на этом проблемы не закончились.

У газобетонного массива размеры существенно больше, чем у глиняного бруса, и струна, соответственно, должна быть подлиннее, вот она и стала прогибаться во время резания. При этом обнаружилось странное явление: средняя часть струны самопроизвольно отклоняется от плоскости реза, на одной его стороне образуется выпуклость, а на другой — впадина; геометрия блоков нарушается.

Устранить этот недостаток удалось пут`м существенного усложнения резательной машины: применили так называемую пилящую струну. Это дало и дополнительный эффект — снизилась нагрузка на струны, и они стали реже рваться.

Ещё одна проблема: гладкая струна недостаточно эффективно «пилила» газобетон, и на неё стали наматывать «канитель» — более тонкую спирально накрученную, — как на басовой струне гитары, — проволоку. Изготовление лужёных струн с «канителью» стало неотъемлемой частью производства на крупных заводах газобетона.

По мнению многих специалистов, поверхность газобетона, полученная разрезанием струной, имеет более привлекательный вид, чем плоскость, которая при формовании прилегала к борту или дну формы — она более гладкая и однотонная. Это так, но есть и другие мнения.

Дело в том, что на поверхности, прилегавшей к элементу формы, не видна ячеистая структура материала. Даже при помощи лупы нельзя увидеть поры, они закрыты сплошной цементной плёнкой. Тогда как на плоскости реза ячейки видны отчётливо, и это придает изделию более нарядный вид.

Но внешний вид имеет значение только тогда, когда газобетонный элемент открыт взору, например, — неоштукатуренная наружная стена. Однако в этом случае материал подвержен всем внешним воздействиям, включая попеременное увлажнение и высушивание от дождя, циклическое расшатывание структуры за счёт суточных перепадов солнечной радиации, замораживание воды в порах газобетона, случайные механические нагрузки, эоловы воздействия, химическую агрессию в результате загрязнения воздушного бассейна выхлопными газами автотранспорта и выбросами промышленных предприятий. Не вызывает сомнения то, что открытая пористая структура поверхности ограждающего элемента не является здесь оптимальным вариантом.

В идеальном случае, поверхностный слой должен быть более прочным, менее проницаемым для флюидов и плавно, без резкой границы, переходящим в центральный теплоизолирующий слой. Технология таких элементов, названных вариатропными, освоена промышленностью, но только не для мелких блоков, получаемых разрезанием массива.

Простейший приём получения вариатропной макроструктуры — прикатка жёстким валом открытой поверхности схватившегося, но не отвердевшего газобетонного изделия. Это полезно для крупноразмерных изделий — плит перекрытий, стеновых панелей, — но не для мелких блоков, обычно формуемых «на попа», у которых открытой является торцовая грань блока (такое расположение блока способствует снижению металлоёмкости форм). Уплотнение торцовой грани блока привело бы к появлению мостика холода. Уплотнять надо плоскости реза.

Такие способы были предложены (авторские свидетельства 231359 и 791544). Суть их в том, что струна или более толстый режущий инструмент приводится во вращение. При этом на одной стороне реза образуется плотный слой, а на другой — обычная открытая ячеистая структура. Дополнительный эффект состоит в том, что отпадают все жёсткие требования к режущему инструменту.

Благодаря вращению, исключаются задиры (драконов зуб) на поверхности реза, а значит, не ограничен диаметр инструмента — это может быть стержень диаметров и 10–20 мм, и более, а следовательно, ему не страшен водород, не нужна полуда и канитель; уменьшается нагрузка на цех, производящий навороченные струны. Вращающийся режущий инструмент мог бы стать «вечным», несменяемым.

Всё хорошо? Да не очень. То, что уплотнённый слой создаётся только на одной стороне реза — беда не большая, есть и более существенный недостаток. Плотный слой получается сравнительно однородным, с довольно резкой границей перехода к теплоизолирующему слою и из-за этого он легко отслаивается от изделия.

Решение проблемы видится в создании пульсатора (авторские свидетельства 1412973, 1426804 и 1477560). Суть его в следующем. Берутся две одинаковые ленты из тонкого металла или другого упругого материала, накладываются друг на друга и соединяются между собой по двум длинным сторонам. В зазор между лентами помещается рабочий орган, способный периодически раздвигать средние по ширине части лент, что приводит к циклическим изменениям толщины пульсатора.

Обычная резательная машина оборудуется такими пульсаторами в количестве, равном числу вертикальных струн, осуществляющих продольную резку массива. Пульсаторы устанавливают непосредственно за струнами, параллельно последним. В процессе работы машины пульсаторы входят в полости реза, образованные режущими струнами и уплотняют одну или обе стороны реза.

Рабочий орган, который периодически раздвигает стенки пульсатора, может быть механическим, гидравлическим, пневматическим, электростатическим и т. д.

Создание слоёв переменной плотности на двух противоположных сторонах мелкого ячеистобетонного блока придаёт ему новые качества. Во-первых, это позволяет снизить плотность ячеистого бетона, т. е. сократить удельный расход добываемых и перерабатываемых сырьевых материалов, уменьшить трудо- и энергозатраты на транспортировку и монтаж блоков, улучшить санитарно-гигиенические условия труда за счёт снижения веса блоков. Во-вторых, это даст возможность либо повысить термическое сопротивление ограждения, либо уменьшить его толщину. В-третьих, можно повысить поверхностную прочность (твёрдость) элементов и их сопротивление воздухопроницанию. Подобные блоки, даже с более низкой прочностью при сжатии, вполне пригодны для самонесущих стен малоэтажных и каркасных зданий, для межкомнатных перегородок, для хозяйственных построек.

На рис. 1 показаны в разрезе пульсатор с рычажным рабочим органом, на рис. 2 — с кулачковым, на рис. 3 — с гидравлическим, а на рис. 4 — с электродинамическим. Обозначения на рисунках: 1 — режущая струна, 2 — стенка пульсатора, 3 — шток, приводимый в возвратно-поступательное движение по вертикали, 4 — рычаг, периодически раздвигающий стенки пульсатора, 5 — ячеистый бетон, 6 — уплотнённый слой ячеистого бетона, 7 — вращающийся вал, 8 — кулачок, периодически раздвигающий стенки пульсатора, 9 — ёмкость гидравлического рабочего органа, 10 — плунжер, 11 — элемент электродинамического рабочего органа, 12 — изолятор, 13 — проводник, 14 — источник тока.

Биография у пульсатора незавидная. Он из той неблагополучной когорты новых технических решений, которым случилось появиться на свет во времена Перестройки и разрушения многих отечественных научных институтов. Пульсатор, прямо в лабораторных пелёнках, был выброшен на улицу. Может быть, найдутся сердобольные люди, которые разглядят в нём будущее и приютят сироту. Ведь у него есть наследство в виде нескольких кандидатских и докторских диссертаций. Заинтересованным окажу консультативную помощь по адресу alex240831@yandex.ru.