Производство цементно-песчаной черепицы

Производство цементно-песчаной черепицы

Черепицу изготовляют двух видов. Первый вид — гончарная, или глиняная. Для ее производства требуется глина определенного состава и, главное, обжиг в громоздких печах. Крупный расход топлива, наличие сушильных помещений и т.п. затрудняют получать глиняную черепицу непосредственно на садовом участке, ферме, сельской усадьбе.

Производство второго вида черепицы, цементно-песчаной, намного проще, чем глиняной. Отпадает необходимость обжига, а значит, и печей, топлива. Исходными материалами для этого вида черепицы являются цемент марки не ниже 200, песок и вода. При этом цемент лучше иметь медленно схватывающийся. Тогда одновременно можно приготовить больше смеси. Скорость схватывания цемента тем выше, чем больше температура воды и воздуха. Применим цемент, период схватывания которого протекает от 30 мин до 1—12 часов. До смешения цемент следует хранить в сухом помещении и в полиэтиленовых мешках. От сырости вяжущие качества цемента резко падают.

Песок для смеси должен содержать мелкие, средние и крупные частицы размером не более 2 мм. Примеси глины, земли, остатков растений и т.п. в песке не допускаются. Добиваются такой консистенции песка путем просеивания его через наклонно стоящую в рамке сетку с величиной ячеек менее 2 мм. Для черепицы предпочтителен речной песок. Его подсушивают и тоже просеивают.

Воду для смеси берут при температуре 15..18 °С, чистую, без запаха и не жесткую. Быстро определить жесткость можно, смывая с рук мыльную пену, которая не так просто убирается с кожи. Смягчают воду без добавления специальных присадок в некоторой степени кипячение, после которого воду охлаждают и сливают, оставляя осадок в емкости.

Рис. 1. Деревянный формовочный станок: 1 — пуансон; 2 — опора; 3 — брус-ограничитель; 4 — станина; 5 — выталкивающий механизм; 6 — стяжная шпилька; 7 — матрица; 8 — форма

Заготовку смеси для формовки черепицы производят порциями, используемыми в течение 20...30 мин. В смесь закладывается 1 часть цемента, 3 части сухого песка и 0,5 части воды. В подходящей емкости все тщательно перемешивается металлической лопатой, пока масса не станет однородной по цвету. После этого подливают воду и перемешивают до тех пор, пока масса не достигнет одинаковой влажности.

Формовку черепицы производят на станках. Простейший деревянный станок был сконструирован в середине нашего века Г. Морозовым. Его станину (рис. 1) делают из чисто оструганного бруса сечением 80?80 мм. Форму (рис.3) изготовляют из досок толщиной 20 мм и шириной 70 мм. Она представляет собой ящик без дна. Стенки формы обшивают кровельной тонколистовой оцинкованной сталью минимальной толщины (0,35...0,45 мм). Внутренние размеры формы соответствуют размерам матрицы. Нижние края торцовых стенок формы окантовывают стальной полосой шириной 20 мм. Саму форму крепят ушками в центре станины между ножками и боковыми брусьями. Ушки длиной 70...80 мм являются продолжением стальной полосы, окантовывающей торцовые стенки формы. Эти ушки загибают под прямым углом на высоту 20 мм от верхнего обреза торцовых стенок и крепят к горизонтальным брусьям станины шурупами. Вместо шурупов можно применить винты или болты с гайками. Но как ушки, так и головки метизов следует заглубить в дерево брусьев, ибо горизонтальные верхние части последних являются направляющими при перемещении пуансона между ними. Конечно, форма будет намного долговечнее, если сварить ее при помощи газо- или электросварки из стальных листов толщиной 1,5...2,5 мм. В свою очередь, чтобы меньше расшатывать стойки станины, их стягивают самодельными болтами или шпильками диаметром 8, 10 или 12 мм, нарезая соответствующую метрическую резьбу на их концах.

Рис. 2. Формующие части под один из типов пазовой черепицы: 1 — рукоятка; 2 — пуансон; 3 — петля: 4 — направляющий щиток; 5 — металлическая окантовка; 6 — планка; 7 — основание; 8 — шуруп; 9 — матрица

Рисунки на пуансоне и матрице (рис. 2) нужно вырезать в точном соответствии с выбранным типом черепицы. На пуансоне делают зеркальное отражение лицевой стороны черепицы, на матрице — ее обратной стороны с шипом. Зазор между пуансоном и матрицей в форме определяет толщину черепицы. Но увеличение толщины черепицы приведет к утяжелению всей кровли. Следует стремиться, чтобы толщина черепицы в самых тонких местах была 12...15 мм. Поэтому очень важны, например, соразмерности выступов и впадин на пуансоне и матрице. Возникающие от этого ребра и углубления во многом определяют крепость черепицы. Вот почему большинство деталей станка требуют точного изготовления и сохранения размеров в процессе эксплуатации.

Пуансон изготовляют из древесины твердых пород, предпочтительно из сухого дуба. Плоскости основания пуансона хорошо остругивают рубанком. Наибольшая плоскость станет рабочей, когда на ней будет «возведен» рисунок. В соответствии с выбранным типом черепицы, для примера, к пуансону делают три дубовые планки. Учитывая сложность простановки размеров на сечениях «А-А» и «В-В» (см. рис. 2), приведем эти размеры в тексте. Итак, две планки в одной продольной плоскости имеют ширину 47 мм, а в другой — 35 мм, общая длина каждой планки — 380 мм, высота — 13 мм. Третья планка имеет постоянную ширину 33 мм, длину 380 мм и высоту 15 мм. В ее середине на всю длину плоскости выбирается полуовальная бороздка шириной 12 мм и глубиной 6 мм. Стороны углубления скругляются до половины глубины планки и должны в сечении напоминать равнобедренную трапецию.

Характерным для всех выпуклостей и вогнутостей пуансона является то, что все эти «ямки» и «холмы» в сечении имеют скошенные стенки и закругленные углы. Это, как и в литейных формах, облегчит изъятие готового изделия. В частности, при формовании черепицы к подобной поверхности пуансона меньше будет липнуть масса, а на матрице это обеспечит сравнительно быстрое отделение подсохшей черепицы.

Готовые планки приклеивают и прибивают к основанию пуансона согласно размерам на чертеже. Учитывая влагу массы для формования, пуансон в чисто деревянном исполнении недолго сохранит свою рабочую форму. Конечно, можно для крепости проолифить планки и промежутки между ними, что несколько удлинит жизнь пуансона. Гораздо эффективнее оббить пуансон тонколистовой отожженной медью или алюминием, а на худой конец — и самой тонкой оцинкованной кровельной сталью. Металлическое покрытие следует закрепить гвоздями или шурупами на вертикальных стенках пуансона, углубив их шляпки в основание. Соблюдение первоначально заданных размеров и гладкость обязательны! Покрытие должно плотно облегать планки и впадины, четко выделяя грани.

Рис. 3. Форма: 1, 2 — металлические полосы; 3 — стенка; 4 — металлическая окантовка

На рис. 2 показаны матрица и пуансон для черепицы с продольными ребрами. Когда же будут создаваться формующие детали для черепицы типа пазовой штампованной, то появятся и планки, которые нужно будет прибивать на основания матрицы и пуансона поперек удлиненных (но не на них!) с отступом от края на 10...20 мм (см. рис. 2). Ясно, что в этих случаях удлиненные планки укорачивают.

Грани на тыльных сторонах пуансона и матрицы следует несколько закруглить. Это сохранит и детали, и руки от повреждения. Такую же рекомендацию можно предложить и для направляющего щитка лишь с тем отличием, что здесь нужно закруглить грани по всем сторонам щитка. Для этого подойдут рашпили, напильники с грубой насечкой, пила и даже точило, когда закругление осуществляем поперек волокон доски или бруска. А для снятия угла грани вдоль волокон пригоден нож, рубанок и т.п.

Направляющий щиток составляют из досок (см. рис. 2), которые сбивают в два слоя, крест накрест. Сшитые таким образом доски с двух противоположных сторон образуют выступы в виде четвертей размером 22,5 мм. Пуансон и щиток соединяют между собой двумя самодельными петлями из полосовой стали. Можно использовать для этого и крупные дверные петли, которые, к сожалению, крепят лишь к краям пуансона и щитка, что приводит к расширению отверстий, в которые будут вкручены шурупы или винты с гайками. Дефект исправим, если к тыльной стороне пуансона и укороченной на две четверти стороне щитка присоединить шурупами металлические пластины толщиной 1...1,4 мм и лишь потом установить петлю или петли, которые позволят мгновенно отсоединить пуансон от матрицы. Чтобы это не произошло самопроизвольно, следует предусмотреть фиксацию.

К пуансону для удобства откидывания прикручивают рукоятку, а к щитку — опору для поднятого пуансона. Суженные на четверть стороны щитка вводят в направляющие станины (см. рис. 1), которые образованы брусами-ограничителями. Для беспрепятственного возвратно-поступательного движения щитка по направляющим станины его соприкасающиеся грани следует закруглить и смазать достаточно консистентной смазкой. При этом ясно, что и в брусьях-ограничителях сечением 80?65 мм также выбраны четверти, что четко видно на разрезе Г—Г (см. рис. 1), где показан и вдвинутый направляющий щиток. Крепить брусья-ограничители к продольным брусам станины предпочтительно самодельными шпильками или болтами М6, М8 или М10 с металлическими шайбами, обычными и пружинными, и гайками. Шайбы предупредят вгрызание и вдавливание головок болтов и гаек в дерево брусов и, кроме того, устранят самоотвинчивание гаек на длительный период. Этот тип соединения можно рекомендовать и для других узлов станка. Гвозди в деревянном станке допустимы только тогда, когда можно загнуть их ножку на плоскости, противоположной той, на которой находится шляпка, или когда шляпка гвоздя фиксируется от поднятия. С последним случаем встретимся, если планки пуансона и матрицы прибить гвоздями, после чего облицевать рабочую поверхность этих пуансона и матрицы металлическими листами.

Выталкивающий механизм монтируется под формой, в центре, между ножками станины, так, чтобы его пластина входила в форму не выше нижнего среза ее стенок. Принципиальная кинематическая схема крепления выталкивающего механизма к поперечным брусам станины, находящимся между ножками, показана на рис.4. Стойка совершает возвратно-поступательное движение благодаря тому, что в верхней части, под пластиной, проходит через втулку, имеющую наружную резьбу. Сама втулка продета сквозь середину металлического листа, к которому крепится четырьмя гайками. Сначала заворачиваем по гайке с каждой стороны листа, потом добавляем еще по одной. Вторая пара гаек не даст отвернуться первой паре. Успешнее это соединение осуществить сваркой, если таковая имеется. Металлический лист уже в сборе с втулкой крепится к верхним поперечным брусам станины. Причем втулку не обязательно вытачивать на токарном станке, вполне подойдет обрезок водогазопроводной трубы с подходящим внутренним диаметром к наружному диаметру стойки. Во втулку стойка должна проходить свободно, но не болтаться в ней. Зазора в 1...1,6 мм достаточно, учитывая смазку контактирующих поверхностей.

Рис. 4. Выталкивающий механизм: 1 — пластина; 2 — палец; 3 — металлический лист; 4 — втулка; 5 — рычаг; 6 — стойка; 7 — ось; 8 — скоба

Рычаг поворачивают вокруг оси (см. рис. 4), которая фиксируется на нижних поперечных брусьях двумя скобами. А чтобы ось не выдвигалась самопроизвольно из скоб, по концам ее ставят шайбы со шплинтами, для которых в оси сверлят два отверстия. Можно обойтись и без металлических шайб, если по концам оси проточкой создать заплечики. Последние будут опираться в торцы скоб. В любом случае скобы предпочтительно гнуть из стальной полосы толщиной не менее 2...3 мм.

Пооперационная работа станка начинается с отведения пуансона и укладки его на опору (см. рис. 1). Затем на пластину выталкивающего механизма, заменяющего дно формы, укладывают матрицу тыльной стороной. Рисунок матрицы смазывают жирным составом, который не допустит сцепления массы в процессе подсыхания с поверхностью рисунка. В прошлом таким составом была нефть. На производство 1000 шт. черепицы тратили 6...8 кг. Важно иметь такой состав смазки, который отталкивал бы воду, содержащуюся в формующейся массе.

Затем в форму закладывают заранее приготовленную массу. Опыт покажет, сколько приблизительно ее следует опустить в форму, чтобы осталось место для опускаемого с силой пуансона. И тут не следует забывать, что хоть и есть у пуансона направляющий щиток, но и сам пуансон верно встанет в форме только тогда, когда углубится в нее на высоту рисунка.

За рукоятку на пуансоне протягиваем его до переднего конца формы. Это протягивание допустимо, когда на черепице нет поперечных ребер и впадин и когда пуансон короче формы. Причем обычно возвратно-поступательное протягивание повторяют два-три раза и, убедившись в четкости рисунка, возвращают пуансон на опору. В случае производства черепицы с поперечными и продольными ребрами и впадинами можно оказывать лишь вертикальное давление на пуансон, длина которого должна совпадать с длиной формы. Вот когда существенна правильная доза массы в форме. Пуансон еще называют кареткой-матрицей именно за способность не только выжимать рисунок, но и как бы простругивать его при возможности возвратно-поступательного движения. Этим перемещением, кстати, пользуются для железнения лицевой поверхности черепицы.

Это железнение заключается в том, что лицевую поверхность отформованной черепицы после поднятия пуансона посыпают сухим цементом или смесью цемента с охрой, мумие или другими щелочестойкими пигментами. Здесь же в форме «сдобренную» поверхность обрызгивают водой. Потом опускают пуансон и возвратно-поступательным его движением заглаживают порошкообразное покрытие. Нажатием на рычаг приводится в движение выталкивающий механизм. Его пластина на пальцах приподнимает и извлекает из формы матрицу с отформованной черепицей. В таком виде черепицу (ОБЯЗАТЕЛЬНО С МАТРИЦЕЙ!) относят на стеллаж для сушки в закрытое и без сквозняков помещение. Здесь черепицу периодически (3—4 раза в день) поливают чистой водой. Понятно, что если черепица еще не застыла и мягкая, то размывать ее водой не следует. Чтобы уменьшить количество поливок, черепицу иногда посыпают, например, влажными опилками.

Рис. 5. Готовая черепица: а — из цемента марки 400 и песка средней крупности; б — складирование перед отправкой черепицы

Эти поливки в основном совершают по истечении двух-трех суток, когда отформованная черепица снята с матрицы и поставлена на стеллаж на малое боковое ребро. В таком положении черепица находится еще 5...8 суток. Затем ее выносят из помещения и складывают в тени на большое ребро (рис. 5). По истечении 2...3 недель со времени изготовления черепицей можно покрывать крыши.

Производительность описанного станка 200...300 черепиц в день. А это означает, что на время сушки черепицы с матрицей в течение двух-трех суток потребуется еще по 200...300 матриц в день. Очевидно, что чем проще будет рисунок на матрице, тем проще будет ее изготовить.

А можно ли обойтись вообще без станка для производства черепицы? Конечно, если требуется малое ее количество. Для этого достаточно иметь один пуансон, несколько матриц и разборную форму, которая представляет собой ящик без дна и крышки, но стенки по одной из оси симметрии должны разбираться для освобождения матрицы с отформованной черепицей. Есть и другой вариант выдачи матрицы с черепицей без разъятия формы. Для этого делают прямую четырехугольную призму из дерева или другого материала. Перпендикулярное сечение призмы должно равняться или быть несколько меньше прямоугольника основания матрицы. Выталкивающий механизм готов. Форму вместе с матрицей и черепицей приподнимают и ставят на призму. Затем форму опускают, а черепица с матрицей остается на призме. Ясно, что высота призмы превосходит высоту формы. Саму призму можно заменить, скажем, металлической конструкцией, состоящей из металлического листа толщиной 3...5 мм в основании, стойки и пластины у верхушки.

Описанный деревянный станок сделан по образу и подобию металлического (рис. 6), который серийно выпускался ранее мелкими партиями, что и заставило умельцев мастерить собственные станки. На металлическом станке за месяц изготавливали 10—12 тыс. штук черепицы. Эти станки вполне можно использовать для индивидуальной трудовой деятельности. При наличии металла, сварочного оборудования и токарного станка наладить производство станков для изготовления черепицы не представляет особого труда.

Рис. 6. Металлический формовочный станок: 1 — ящик-обрезчик; 2 — каретка-пуансон; 3 — матрица; 4 — ящик с ситом для цемента с красителем или без него; 5 — станина; 6 — форма; 7 — выталкивающий механизм; а — станок; б — работа на станке; в — черепица

Рис. 7. Дома под черепичными крышами: а — в Германии; б — в Таллинне; в — в Японии; г — в Венеции; 1 — водосточная труба; 2 — желоб; 3 — черепица; 4 — ребро; 5 — примыкание черепицы к стене; 6 — карниз; 7 — слуховое окно; 8 — дымовая труба; 9 — конек; 10 — ветровая доска

Черепицу как кровельный материал применяли уже в глубокой древности. Дома под гончарными и мраморными крышами строили еще в древности греки и римляне. В XII веке эти крыши появились в Германии и близлежащих странах. В настоящее время в Западной Европе (рис. 7) широко используют черепицу. Наша страна о черепице забыла. Кровля 50...70-летней давности иногда напоминает о черепице. Хотя любой хозяин фермы и даже садового участка может самостоятельно изготовить черепицу цементно-песчаного типа на своей территории.

Кровли из черепицы огнестойки, долговечность достигает 100 лет и более. Однако черепица хрупка и имеет большой вес по сравнению с другими кровельными материалами. Поэтому к прочности стропил и обрешетки предъявляют повышенные требования. Это необходимо еще и потому, что черепицы с грубым рельефом (S-образная, желобчатая...) задерживают снег.