CC BY
37
ДОБАВКА ДЛЯ ЦЕМЕНТНО-ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Руденко Б.Д. (СибГТУ, г. Красноярск,РФ)
As researched factors components of the additive, chloride calcium and saccharose are accepted. As the optimum quantity of water in a mix depends on a kind and structure Filling materials, in experiences a range of change of the maintenance of water it is accepted from 0,65 up to 1,5 W/C. The greatest durability turns out for structure: СаС12 = 6 %C; Water = 0,8W/C; C12H22O11=0,125
Для технологии производства цементно-древесных композиций основной задачей является снижения продолжительности твердения цемента и повышения его прочности в ранние сроки. Такая задача решается путем введения в приготавливаемую смесь химических добавок. Состав добавок определяется видом применяемой породы древесины.
Известно, что имеются составляющие компоненты древесины, которые отрицательно влияют на твердение цемента. К таким веществам относятся в первую очередь сахара, кислоты, дубильные вещества, камеди, фенолы и хиноны. Мономерные сахара (например, глюкоза, ксилоза, сахароза и дериваты глюку-роновой и аскорбиновой кислот) в небольших количествах в растворе (до 0,125%) улучшают процессы схватывания, а при концентрациях 0,25 % исключают всякое схватывание цемента [1]. Возникающий из глюкозы сорбит менее вреден, чем сахар, а многоатомные спирты, глицерин и пентаэритрит в малых количествах даже улучшают качество затвердевшего цементного камня [1].
Эффект замедления процесса твердения, создаваемый крахмалом, продуктами целлюлозы, сахарами, оксикислотами и моносульфокислыми солями, Ханзен [2] объясняет действием альдегидной группы HCOH этих соединений, которая адсорбируется на частицах 3CaOSiO2 и 3CaOAl2O3 и тем самым вызывает замедление процессов гидратации и твердения. Указанные вещества по Штейноуру [3] останавливают гидратацию ß - C2S в отсутствии C3F в результате того, что они в качестве причины замедления схватывания имеют не поддающиеся ионизации группы OH.
Эффект увеличения прочности цементного камня при малых (« 0,125 %) содержаниях подобных веществ никем не объясняется.
Для изучения влияния сахарозы на процессы образования цементно-древесных композиций были проведены исследования. Сахароза является распространенным представителем данной группы веществ, кроме того она концентрируется в заболонной части древесины, которая чаще всего используется для рассматриваемых материалов.
Исследования проводились на образцах размером 4x4x16 см, формирование которых производилось из воздушно-сухой стружки древесины сосны, используемой для наружных слоев в производстве ДСтП. Цементно-стружечная смесь формировалась без давления, затвердевание длилось 14 суток, определение прочности на изгиб производилось на испытательной машине FM-500 по ГОСТ 7854-84. Цемент использовался марки М-400.
В качестве исследуемых факторов приняты компоненты добавки, хлористый кальций и сахароза. Так как оптимальное количество воды в смеси зависит от вида и состава наполнителя, в опытах диапазон изменения содержания воды принято от 0,65 до 1,5 В/Ц. В таблице 1 представлены количественные соотношения компонентов исследуемой добавки.
Соотношение Ц/Д принято 1,5, из за различного количество используемой
-5
воды затворения плотность образцов получалось от 700 до 1 100 кг/м , влажность получаемых образцов составила 26 - 69 %. Т.е. эти два фактора содержат дополнительную информацию о процессах образования оптимальной структуры изучаемой композиции.
Таблица 1 - Уровни варьирования изучаемых факторов
Наименование факторов Обозначения факторов Уровни варьирования
Верхний +1 Основной 0 Нижний -1
Вода, гр Х1 128 91 56
% к Ц 150,6 107,1 65,9
В/Ц 0,65 1,075 1,5
СаС12, гр Х2 7,65 5,95 4,25
% к Ц 9 7 5
Сахароза С12Н22О11, гр Хз 0,191 0,106 0,021
% к Ц 0,225 0,125 0,025
Таблица 2 - План реализации эксперимента В3 - Бокса
№ п/п Нормализованные значения факторов Натуральные значения факторов
Х1 Х2 Хз Вода, г СаС12, г Сахароза, г а, МПа
1 + + + 128 7,65 0,191 0,89
2 - + + 56 7,65 0,191 1,02
3 + - + 128 4,25 0,191 1,32
4 - - + 56 4,25 0,191 1,85
5 + + - 128 7,65 0,021 1,98
6 - + - 56 7,65 0,021 2,53
7 + - - 128 4,25 0,021 1,34
8 - - - 56 4,25 0,021 1,89
9 + 0 0 128 5,95 0,106 1,52
10 - 0 0 56 5,95 0,106 2,61
11 0 + 0 91 7,65 0,106 2,13
12 0 - 0 91 4,25 0,106 2,95
13 0 0 + 91 5,95 0,191 0,90
14 0 0 - 91 5,95 0,021 2,92
При выбранных значениях компонентов состава был реализован эксперимент, результаты которого приведены в таблице 2.
После обработки результатов эксперимента по методике [4] получено уравнение связи исследуемых факторов
Y=24,6-5,0X1-1,6X2-9,4X^7,8X^+1,0X1X2+1,1X1X3+1,7X22-6,35X2X3-10,9X23.
На рисунке 1 изображена поверхность отклика зависимости прочности от количества воды и хлористого кальция при фиксированном количестве сахарозы, равном 0,125 %Ц. При таком содержании сахарозы получается наибольшая прочность получаемого композита.
|'л Л О V м /л м \ ■■ л л л ■■ л л л
Маадоипои юееееа
ЫабабТда- 0,125 %0
'Ш
О
ю «с:
<1 ю
2,7 2,5 2,3 2,1 1,9 1,7
-0,5 о
А?аа
-0,5 0,5
1
0,5
СаС12
Рисунок 1 - Поверхность отклика исследуемых факторов
Как видно из графика при изменении содержания воды величина прочности имеет хорошо выраженный оптимум. При соотношении В/Ц являющимся оптимального для данного случая (формализованное значение фактора -0,4) и соответствующем полному переводу жидкой среды в пленочное состояние, прочность полученной бинарной системы становится наибольшей (компоненты добавки входят в жидкость). В вершине пленка среды имеет наименьшую возможную для этой системы толщину, однако сохраняет свою непрерывность.
Левой части кривой соответствует прерывистость пленки, так как количество жидкой среды недостаточно, чтобы смочить всю поверхность древесных частиц. По мере уменьшения величины В/Ц возрастает дискретность пленки и соответственно увеличивается пористость бинарного вещества смеси. Правая ветвь кривой характеризует слитную структуру вяжущего вещества. По мере возрастания отношения В\Ц толщина непрерывной пленки среды увеличивается. И хотя плотность образцов остается полной, прочность контактного слоя снижается, а следовательно снижается и прочность образца.
Для целей оптимизации количественного соотношения рассматриваемой добавки и наглядности изображения результатов опытов построена контурная поверхность отклика изучаемых факторов.
Наибольшая прочность в нормализованных значениях факторов получается при следующем составе: СаСЬ = -0,8 ... -0,6; Вода= -0,5 ... -0,3; Сахароза= 0; Если перевести нормализованные значения в фактические, наилучшие результаты получаются для состава: СаСЬ = 6 %Ц; Вода = 0,8В/Ц; Сахаро-за=0,125 %Ц.
о
CD
О
0,5 0
-0,5 -1
ЕЛ Л/ Л Г * / Л ■■ ||Л л О м лл м л ■■ л л л ■■ л л л
noo6iay иаабоипои юееееа
ЫабабТфа - 0,125 %0
1
-0,5
0,5
1
Тбмтпои
— 1,7
— 1,8
— 1,9 - 2,0
...............2,1
_______ 2,2
— 2,3
— 2,4
— 2,5
— 2,6
0
Атаа
Рисунок 2 - Контурная поверхность исследуемых факторов
Литература
1. Щербаков А.С., Хорошун Л.П., Подчуфаров В.С. Арболит. Повышение качества и долговечности. -М.: Лесн. пром-сть, 1979. - стр. 15.
2. Hansen W. Proceeding of the Third International Symposium on the Chemistry of Cement, London. 1952.
3. Steinour H.H. Proceedings of the Third International Symposium on the Chemistry of Cements. London, 1952.
4. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. - СПб: Питер, 1997. - 207 с.
