Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Строительные материалы на основе переработанной древесины. Учебное пособие
.pdf
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что опти-
51
мальное количество добавки находится в пределах 5‒6% массы цемента при
таком соотношении компонентов (% по массе): гидроксид кальция ‒ 67,
карбонат аммония ‒ 33. Присутствие комплексной добавки при оптимальном соотношении компонентов позволяет снизить водопотребность (из-за
выделения воды в процессе реакции между компонентами), доведя В/Ц смеси до 0,9, что положительно влияет на свойства арболита предложенного
состава.
Введение в арболитовую смесь пленкообразующей добавки раствора
полиакриламида совместно с хлоридом алюминия позволяет увеличить
прочность арболита. Полиакриламид ‒ высокомолекулярное синтетическое
вещество, представляющее собой сополимер акриламида и карбоксильных
групп. Наличием большого числа полярных карбоксильных групп можно
объяснить улучшение прочности сцепления древесины с цементным камнем в конгломерате "древесина ‒ цементный камень". Водный раствор полиакриламида обладает флокулирующим действием, способен образовывать тонкие пленки, закупоривающие морфологическую пористость древесного заполнителя. В результате повышается его гидрофобность и
уменьшается выход из древесины цементных "ядов", чему способствует
также возрастание вязкости растворной части арболитовой смеси.
Наибольшая прочность арболита при расходе портландцемента при
введении добавки полиакриламида (оптимальное соотношение компонентов, % по массе: цемент ‒ 40, древесный заполнитель ‒ 22, полиакриламид
‒ 0,24, хлористый алюминий ‒ 0,8 и вода ‒ 36) составила 5 МПа. Благодаря
пластифицирующему действию полиакриламида удалось снизить В/Ц с 1,2
до 0,92; что способствовало повышению прочности арболита. Увеличение
прочности арболита и снижение его водопоглощения может быть объяснено также способностью полиакриламида образовывать коагуляционные
структуры в порах и "сшитые" нерастворимые в воде сополимеры.
Один из способов повышения прочности и стойкости к влагопеременным условиям арболита ‒ сближение деформативности цементного
камня и древесного заполнителя путем повышения эластичности цементного камня модификацией его полимерами. В качестве полимерных добавок, позволяющих снизить отрицательное воздействие объемных влажностных деформаций древесного заполнителя бутадиенстирольный и дивинилстирольный латексы СКС-30 и СКС-65ГП"Б" и поливинилацетатная
дисперсия марки "ДБ47/7С", которые широко применяются в промышленном производстве и строительстве. Выбор этих латексов обусловлен
тем, что они обладают хорошей механической и химической стойкостью,
а их пленки ‒ высокой адгезионной способностью по отношению к целлюлозе древесного заполнителя. Химически активные латексы удерживаются на целлюлозном волокне не только за счет действия физической
сорбции, но и вследствие образования с ним химических связей.
Интервал экстремальных значений прочности арболита имеет узкий
52
диапазон и зависит от количества высокомолекулярной добавки. Дальнейшее увеличение количества латексной добавки отрицательно сказывалось
на прочности арболита в силу того, что частицы полимера, заполняя пустоты между зернами цемента, улучшают связь между вяжущим и заполнителем. Однако сцепление улучшается только до тех пор, пока количество полимера не превысит объем имеющихся пустот. Избыток полимера,
обволакивая частицы цемента, может препятствовать его гидратации.
Повышение прочности арболита с полимерной добавкой, как нам
представляется, объясняется повышением адгезии между компонентами
системы, увеличением контактной зоны, а главное повышением эластичности клеевых швов (между структурными элементами арболита), деформация которых позволяет компенсировать объемные деформации древесного заполнителя.
Важнейший показатель пригодности полимеров для полимерных
композиций ‒ адгезия. В этом отношении представляет интерес поливинилацетат ‒ полимер с полярной структурой, обладающей высокими адгезионными свойствами.
Полимерные добавки повышают гидрофобность арболита, так как
при увлажнении частицы полимера набухают, плотно закупоривая поры
и препятствуя дальнейшему прониканию влаги. Полимерные добавки позволяют не только снизить водопоглощение, но и значительно повысить
стойкость арболита к попеременному увлажнению и высыханию. Значительное повышение предела прочности при сжатии арболита при введении
полимерных добавок, повышающих эластичность клеевых швов (растворной части), свидетельствует косвенно о том, что в твердеющем арболите
без полимерных добавок вследствие объемных влажностных деформаций
древесного заполнителя могут развиваться деструкционные процессы.
Важнейший технологический фактор, влияющий на формирование
структуры и физико-механические свойства арболита ‒ способ формования ‒ уплотнение. От него зависят средняя плотность, прочность, деформативность и другие важные свойства. Для определения путей оптимизации структурообразования при уплотнении арболитовой смеси необходимо детально рассмотреть их структурно-механические свойства.
Отличительная особенность арболитовой смеси ‒ проявление ею как
и древесным заполнителем при уплотнении упруговязко-пластических
свойств. В арболитовой смеси между частицами заполнителя и внутри их
(объем полостей в зависимости от породы древесины 55‒72%) содержится
значительный объем воздуха, поэтому она обладает очень высокой сжимаемостью, чему способствует и малая жесткость тонких пластин древесины.
Частицы древесного заполнителя имеют различные размеры и занимают различное положение в пространстве. Однако на единицу длины в любом
направлении в смеси приходится примерно одинаковое число частиц. В про-
цессе уплотнения свойства формуемой смеси изменяются, она приобретает
53
новую макроструктуру, предопределенную во многом выбранным способом
уплотнения.
Различие в прочности арболита, получаемого при горизонтальном
прессовании и вертикальном послойном уплотнении, заключается в том, что
при растяжении и изгибе в первом случае древесные частицы работают на
растяжение вдоль волокон, а сцементированные швы ‒ на сдвиг, во втором
‒ клеевые швы работают на разрыв, а частицы заполнителей ‒ на растяжение поперек волокон, причем разрыв идет по швам связи. Прочность арболита во втором случае низка, так как адгезия цемента к древесине незначительна (0,25‒0,35 МПа). Элементарные частицы заполнителя арболитовой
смеси довольно велики по сравнению с тонким слоем вяжущего, нанесенного на их поверхность. Поэтому характер образования макроструктуры арболита может быть определен взаимодействием древесных частиц друг с другом. Важным свойством структуры арболита тонких плит является некоторая ее организованность, т.е. определенная закономерность расположения
элементарных частиц заполнителя. При формовании арболитовых плит
толщиной до 80 мм структура получается близкой к дискретной.
В процессе формования (прессования, вибропрессования) достаточно
тонких арболитовых плит при коэффициенте уплотнения 1,8‒2,0 и более
между плоскими параллельными горизонтальными поверхностями одновременно с уплотнением смеси происходит перемещение частиц заполнителя. На частицы, занимающие наклонное положение, действуют моменты
гравитационных сил, частицы, занимающие горизонтальное положение,
сжимаются поперек волокон. При сжатии расположенные наклонно частицы стремятся расположиться горизонтально. Если же вертикальность частиц заполнителя нарушается из-за взаимодействия системы частиц, то
они, пытаясь занять более устойчивое положение, ведут себя как наклонные. Если же вертикальность частиц не нарушается, то при осевом сжатии
возникает продольный изгиб, при последующей деформации возможен излом, и эти частицы также стремятся занять горизонтальное положение.
Таким образом, при формовании достаточно тонких арболитовых
плит при высоком коэффициенте уплотнения смеси создается структура,
главная особенность которой такая организация частиц заполнителя, при
которой они занимают преимущественно положение, параллельное рабочей поверхности формы, оказывающей давление на формуемую смесь. Поэтому при формовании (прессовании) арболитовых изделий небольшой
толщины (до 80 мм) при немедленной распалубке редеформация (упругое
восстановление сжатой смеси после снятия внешней нагрузки) незначительна. Такое структурообразование характерно для арболитовых изделий
малой толщины.
Макроструктура теплоизоляционного арболита, где коэффициент
уплотнения небольшой (1,2‒1,35), и конструктивно теплоизоляционного ар-
болита большой толщины с коэффициентом уплотнения до 1,8 значительно
54
отличается от структуры тонких и плотных изделий. С увеличением толщины формуемого изделия из арболитовой смеси все меньше частиц заполнителя ориентируются параллельно прессуемым плоскостям. С утолщением
арболитовых изделий дезориентированное их возрастает в связи с хаотичностью расположения частиц заполнителя.
В зависимости от фракции и породы насыпная масса древесной
дробленки варьируется в пределах от 90‒120 кг/м3, а на 1 м3 арболита расходуется от 160 до 240 кг древесной дробленки. Уплотнение обычной арболитовой смеси всегда связано с уменьшением объема формуемой смеси
за счет обжатия и уменьшения межзернового пространства. Если учесть
еще упругие свойства древесного заполнителя и малую подверженность
гравитационному уплотнению за счет обычной вибрации из-за малой
средней плотности заполнителя, то уплотнять арболитовую смесь традиционными способами затруднительно. Поэтому выбор способа и режима
уплотнения упругой арболитовой смеси, позволяющих получить структуру
арболита с минимальными остаточными напряжениями с высокой деформативной устойчивостью и обеспечивающих немедленную распалубку изделий, представляет большой практический интерес.
Применяются следующие способы уплотнения арболитовой смеси:
циклическое прессование (немедленная распалубка), вибрирование с пригрузом (немедленная распалубка), вибропрессование с фиксирующей
крышкой, силовой вибропрокат, послойная укладка и уплотнение и др.
Каждый из этих способов имеет как преимущества, так и недостатки. Поскольку оптимизация процесса уплотнения арболитовой смеси может стать
предметом особого исследования, мы ограничимся лишь рассмотрением
структурно-механических процессов, протекающих при первых трех способах уплотнения. Критерий оценки оптимальности уплотненной структуры следующий: чем оптимальнее уплотненная структура арболита, тем
меньшими должны быть давление набухания и относительная величина
деформации набухания.
Как видно из таблицы 4.4, наибольшая деформативная устойчивость
свойственна арболитовым образцам, полученным вибрированием с пригрузом, и несколько меньшая ‒ образцам, полученным циклическим прессованием. При виброуплотнении с пригрузом частицы древесного заполнителя, перемещаясь одна относительно другой, занимают в структуре арболита оптимальное положение, обеспечивающее наибольшую площадь
контактных зон; при этом уменьшается редеформация ‒ распрессовка. При
обычном же способе прессования арболитовой смеси для получения изделий одинаковой средней плотности частицы древесного заполнителя сжимаются, вызывая упругие деформации, что ведет к распрессовке отформованного изделия и, в конечном итоге, к снижению конечной прочности.
Таблица 4.4
Способ уплотнения
Средняя
плотность,
кг/м3
Прочность
на сжатие,
МПа
Развиваемое
давление набухания,
МПа
Относительные
деформации,
мм/м
Прессование с фиксирующей крышкой
650
24,5
0,98
4,8
Циклическое прессование (немедленная распалубка)
648
24,8
0,91
4,3
Вибрирование с
пригрузом (немедленная распалубка)
647
25,1
0,73
4,1
55
Влияние способа уплотнения арболитовой смеси на относительные деформации
и давление набухания арболита
Следовательно, для получения арболитовых изделий одинаковой
средней плотности при уплотнении арболитовой смеси обычным прессованием необходимо приложить усилие в 10‒20 раз больше, чем при прессовании вибропригрузом (причем эти усилия необходимо фиксировать
жесткой крышкой, что связано с увеличением металлоемкости оснастки).
Совершенствуя режим уплотнения арболита, удалось подобрать режим циклического прессования арболитовой смеси с последующей немедленной распалубкой отформованного изделия, что позволило сократить
металлоемкость формующей оснастки. "Упругость" арболитовой смеси
удалось снизить практически до нулевых значений благодаря режиму многократного сжатия и сброса давления прессования до нуля и введения мелкой фракции известнякового штыба.
Число циклов попеременного сжатия и удельное давление зависят
от таких технологических факторов, как фракция древесного заполнителя, толщина прессуемого изделия, а также количество уплотняющей добавки ‒ известнякового штыба (при изготовлении плит пола сборной
стяжки). В зависимости от средней плотности и толщины изготовляемых
арболитовых плит режим уплотнения (прессования) при немедленной
распалубке будет различаться. Для теплоизоляционных плит со средней
плотностью 400‒500 кг/м3 удельное давление при толщине 60‒80 мм составляет 0,5 МПа, а при толщине 80‒120 мм ‒ 0,6 МПа. Режим уплотнения при этом следующий: арболитовую смесь сжимают и выдерживают
при постоянной деформации 30 с, а затем усилие прессования снижают
до нуля и выдерживают смесь еще 10 с. Цикл проводится три раза. Для
конструктивно-теплоизоляционных изделий ‒ плит пола сборной стяжки
со средней плотностью 850‒900 кг/м3 (при введении в арболитовую
смесь до 25% уплотняющей добавки ‒ известнякового штыба) при толщине 70 мм удельное давление равно 0,6‒0,7 МПа. Режим уплотнения
такой: сжатие арболитовой смеси и выдерживание при постоянной де-
56
формации ‒ 30 с, снижение усилия прессования до нуля, выдерживание
без давления ‒ 15 с, затем давление прессования восстанавливают до
первоначального значения. Цикл повторяется три раза.
Деформация смеси, т.е. ее уплотнение, возрастает после каждого
нагружения, несмотря на то, что повторная нагрузка не превышает начального значения. Относительная деформация возрастает и тогда, когда давление прессования, снижающееся вследствие релаксации (переход упругой
деформации в пластическую), периодически восстанавливается до исходного значения. При многократном нагружении давление прессования может быть значительно уменьшено. Применение такого метода целесообразно не только при формовании с немедленной распалубкой, но и при
традиционном прессовании в формах, когда для уплотнения крупноразмерных арболитовых изделий не хватает мощности пресса.
Эффективность способа немедленной распалубки с многократным
прессованием при уменьшении толщины формуемого изделия возрастает.
Объем укладываемой смеси в форму определяется коэффициентом опрессовки. Для конструктивно-теплоизоляционных плит он составляет 1,5‒1,8.
Колебания коэффициента уплотнения объясняются некоторой разницей
фракционного состава древесной дробленки. Смесь на крупной дробленке
имеет меньший коэффициент уплотнения, чем смеси на мелком заполнителе. В принятой технологии после многократного прессования форма
сразу же после извлечения ее цепным конвейером из пресса распалубливается. Как видно из таблицы 4.4, как при вибрировании с пригрузом, так
и при циклическом прессовании структурно-механические и деформативные свойства арболита улучшаются по сравнению с полученными при
обычном способе прессования, когда упругая смесь сжата до набора распалубочной прочности. Поэтому эти способы более предпочтительны.
Для улучшения условий структурообразования с учетом развития
разных по величине влажностных деформаций и давления набухания как
в структурных направлениях (радиальное, тангенциальное), так и в пределах каждого годичного слоя на участках ранней и поздней древесины прибегают к облагораживанию заполнителя или модификации цементного
камня полимерными добавками. Стремятся также обеспечить коэффициент
формы древесной дробленки, равный 1,8‒2 ‒ отношение ширины в радиальном направлении к толщине в тангенциальном направлении. Достижение оптимального коэффициента формы, позволяющего снизить отрицательные воздействия анизотропности древесного заполнителя, возможно
лишь при модернизации дробильно-стружечного оборудования.
Зависимость сцепления древесного заполнителя с цементным камнем позволяют дать обоснованные рекомендации, касающиеся способа
облагораживания или вида добавок в смеси для повышения адгезионной
прочности структуры арболита. Для цехов с одностадийной подготовкой
древесного заполнителя (рубленая дробленка с шероховатостью поверх-
57
ности 1‒3-го класса, или 1800‒800 мкм) на рубильных машинах типа эффективнее применять минеральные добавки (например, известняковые
отходы камнепиления), позволяющие увеличить растворную часть арболитовой смеси.
Для дробленки с такой поверхностью при нормированных расходах
портландцемента толщина прослойки цементного камня не превышает
0,3‒0,4 мм. Поэтому отдельные гребни древесного заполнителя могут
нарушить непрерывность прослойки и снижать адгезионную прочность
в контактных зонах структуры. Получение проектных марок арболита
на такой дробленке сопряжено с перерасходом цемента.
Для цехов, где древесную дробленку с чистотой поверхности с шероховатостью 5‒8-го класса, или 320‒60 мкм, получают двухстадийной
подготовкой, сначала получают щепу на рубильной машине, а затем
дробленку на стружечных станках (приспособленных в качестве дробильных агрегатов). Целесообразно применять химические добавки и высокомолекулярные соединения, позволяющие не только повысить сцепление с цементным камнем, но и в значительной степени увеличить растяжимость контактной зоны структуры арболита и таким образом увеличить прочность и стойкость арболита к влагопеременным воздействиям.
5. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ
V
тт
н
12
%100
2
1
т
т
П
58
ИЗ ОТХОДОВ ДРЕВЕСИНЫ
5.1. Методы испытаний древесных заполнителей
Отбор проб
Поступающий органический заполнитель делят на партии. От каждой партии (не менее чем из десяти мест) отбирают частичные пробы перемешивают и рассыпают слоем толщиной 7‒10 см.
Рассыпанный заполнитель делят по двум перпендикулярным
направлениям на четыре части, из которых две противоположные удаляют, сокращенную пробу вновь делят на четыре части.
Последовательным квартованием пробу уменьшают в два, четыре
раза и т.д., пока средняя проба не будет сокращена до 3‒5 кг.
Определение насыпной плотности заполнителя
Насыпную плотность заполнителя рн в сухом состоянии вычисляют с
точностью до 10 кг/м3 по формуле 5.1:
(5.1)
где m1 ‒ масса мерного сосуда, г;
m2 ‒ то же, с заполнителем, г;
V ‒ объем мерного сосуда, см3.
Взвешивают пустой сосуд. Предварительно высушенную пробу в
0,5‒1 кг высыпают в мерный сосуд объемом 1, 2 или 5 л (в зависимости
от крупности заполнителя) с высоты 100 мм над его верхним краем.
Образовавшийся над верхом сосуда конус удаляют металлической
линейкой вровень с краями сосуда (без уплотнения). Затем мерный сосуд
взвешивают на электронных или торговых весах.
Насыпную плотность определяют два раза, используя каждый раз новую порцию заполнителя. Окончательный результат вычисляют как среднее
арифметическое двух определений.
Определение содержания примесей в заполнителе
Содержание примесей в виде коры, листьев, хвои, пакли и очесов в
дробных стеблях хлопчатника, костре конопли или льна П, %, (в зависимости от вида заполнителя) вычисляют по формуле 5.2:
(5.2)
где m1 ‒ масса коры, листьев, хвои, гнили, очесов или пакли, г;
m2 ‒ масса навески с корой, листьями, хвоей, гнилью, очесами или паклей, г.
Среднюю пробу органического заполнителя высушивают в су-
%100
т
т
а
i
i
ii
aА
59
шильном шкафу до постоянной массы при температуре 75±5°С. Из высушенной пробы отбирают навеску массой 10±1 г и внешним осмотром или с
помощью лупы отделяют из нее: в измельченной древесине ‒ кору, листья,
хвою, гниль; в дробленых стеблях хлопчатника, костре конопли или льна очесы и паклю. Оставшуюся часть навески, затем взвешивают на технических весах с точностью до 0,1 г.
Показатель П определяют два раза, используя каждый раз новую
порцию заполнителя. За окончательный результат принимают среднее
арифметическое двух определений.
Определение фракционного состава заполнителя
Для определения фракционного состава используется метод ситового анализа. Метод основан на просеивании навески заполнителя на стандартном наборе сит. Частный остаток на каждом сите определяется по
формуле 5.3:
(5.3)
где аi – частный остаток на данном сите, %;
mi ‒ масса остатка на данном сите, г;
m ‒ масса просеиваемой навески, г.
Полный остаток на каждом сите определяется по формуле 5.4:
(5.4)
где аi – частный остаток на данном сите, %;
Аi – полный остаток на данном сите, %.
Фракционный состав органических заполнителей устанавливается
рассевом навески после отбора из нее коры, листьев, хвои, гнили или очесов и пакли (в зависимости от вида заполнителя) на стандартном наборе
сит. Для этого после удаления из навески примесей определяют ее массу,
затем навеску просеивают через набор стандартных сит.
Сита для просеивания заполнителя должны иметь круглые отверстия
с размером в свету 20; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 мм.
Просеивание пробы заполнителя производят через комплекс сит,
расположенных последовательно по мере уменьшения отверстий. Рассев
пробы производят небольшими порциями (частями) механическим или
ручным способом, при этом толщина слоя заполнителя на сите не должна
быть более 1/3 высоты борта сита.
Просеивание считают законченным, если при неоднократном встряхивании сита выпадение заполнителя не наблюдается. Продолжительность
просеивания не должна превышать 15 мин.
Определение средней плотности частиц
вз
тт
т
32
1
к
п
см
Х
100
60
органического целлюлозного заполнителя
Среднюю плотность зерен целлюлозного органического заполнителя рз, г/см3, вычисляют по формуле 5.5:
(5.5)
где m1 ‒ масса пробы сухого заполнителя (разность масс контейнера с высушенной пробой заполнителя и без нее при взвешивании на воздухе), г;
m2 ‒ масса пробы заполнителя, насыщенного водой (разность масс контейнера с насыщенной водой пробой заполнителя и без него при взвешивании на воздухе), г;
m3 ‒ масса заполнителя в воде (разность масс контейнера с насыщенной
водой пробой заполнителя и без него при взвешивании в воде), г;
рв ‒ плотность воды, рв = 1 г/см3.
Среднюю плотность частиц смеси фракций заполнителя определяют
по формуле 5.6:
(5.6)
где Хп ‒ содержание каждой фракции, % суммарной массы всех фракций: ∑Xn = 100%;
рк ‒ средняя плотность зерен заполнителя каждой фракции.
Сухой контейнер с крышкой, предварительно взвешенный па воздухе, помещают в воду и снова взвешивают на приборе для гидростатического взвешивания. Высушенный контейнер последовательно открывают,
насыпают в него часть подготовленной пробы заполнителя испытываемой
фракции объемом 1 дм3, закрывают крышкой и взвешивают. Затем контейнер с заполнителем погружают в сосуд с водой и встряхивают для удаления пузырьков воздуха. Сосуд с заполнителем должен находиться в
воде 1 ч, причем уровень воды должен быть выше крышки контейнера не
менее чем на 20 мм. Контейнер с насыщенным водой заполнителем взвешивают на весах гидростатического взвешивания (рисунок 5.1).
Далее контейнер вынимают из сосуда с водой, в течение 10 мин дают излишку воды стечь и немедленно взвешивают на воздухе на настольных гиревых или циферблатных весах.
Среднюю плотность частиц органического целлюлозного заполнителя каждой фракции вычисляют как среднее арифметическое двух определений, каждое из которых производят на новой порции заполнителя.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]