CC BY
14
УДК 674.2:624.011.15
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ГИПСОЦЕМЕНТНОДРЕВЕСНОГО КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ КАВИТИРОВАННЫХ ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ
STRUCTURE FORMATION GYPSUM-CEMENT-WOOD COMPOSITE BASED ON CAVITATED WOOD PARTICLES
Руденко Б.Д., Кулак В.В.
(Сибирский государственный университет им. М.Ф. Решетнева, г. Красноярск, РФ)
Rudenko B.D., Kulak V.V.
(Siberian State University named after M.F. Reshetnev, Krasnoyarsk, Russia)
Имеются две особенности, отсутствие вредного влияния водорастворимых веществ на твердение портландцемента и специфичное присутствие кавитиро-ванных древесных частиц, по форме представляющих грубо волокнистую древесную массу.
There are two features, the absence of the harmful effect of water-soluble substances on the hardening of Portland cement and the specific presence of cavitated wood particles, in the form of a coarse fibrous wood pulp.
Ключевые слова: цемент, гипс, кавитированная древесина, прочность, плотность, зависимость
Key words: cement, gypsum, cavitated wood, strength, density, dependence
Для создания цементно-древесных композиционных материалов требуются мероприятия по устранению вредного воздействия «цементных ядов» и придание некоторой формы древесным частицам.
Если убрать из древесины часть «цементных ядов», изменить форму древесных частиц некоторым образом так, чтобы устранить разные значения влажностных деформаций вдоль и поперек волокон, то это расширит возможности использования древесного заполнителя для деревобетонов.
В процессе квитирование древесины, преобладающей по массе среди выделяемых компонентов является так называемая кавитированная древесина (КД), представляющая собой в основном целлюлозно-лигниновый композит [1]. Одним из вариантов практического использования КД является ее использование в создании деревобетонов
При получении древесной массы путем кавитационного воздействия [2], мы имеем интенсификацию процесса разволокнения древесных частиц и быстрый гидролиз гемицеллюлоз, деградацию лигнина с образованием более реакционноспособных соединений. Полученные древесные частицы (в виде волокон) должны совмещаться с минеральными вяжущими.
В качестве минерального вяжущего рассмотрим гипс, который является воздушным вяжущим. Для повышения водостойкости используем портландцемент [3].
Рассмотрим закономерности формирования прочности гипсоцемент-нодревесного композита на основе кавитированных древесных частиц в зависимости от соотношения компонентов: гипс, портландцемент, кавитиро-ванные древесные частицы.
Для проведения эксперимента использовались древесные частицы, полученные переработкой древесных опилок по способу, описанному [2]. Фракционный состав полученных частиц представлен в таблице 1.
Таблица 1 - Фракционный состав кавитационных древесных частиц
Размер сита, 0 мм Количество, %
0 1,0 10,30
0 0,5 85,56
0 0,25 1,04
< 0 0,25 3,10
В качестве вяжущего использовалась гипс строительный Г4 ГОСТ 12502018. Портландцемент использовался марки 400 по ГОСТ 10178-85. Для определения физико-механических показателей формовались балочки, размером 4*4*16 см. Определение прочности на изгиб производилось по ГОСТ 310.4-81 после 28 суток твердения известковоцементнодревесного композита в комнатных условиях, определялись также влажность, плотность и водопоглощение.
Для изучения свойств цементно-древесной смеси, зависящих только от соотношения компонентов, использован симплекс-центроидный план эксперимента. Так как вся область изменения компонентов интереса не представляет, выбраны новые вершина диаграммы состав-свойство, и взяты координаты компонентов, изложенные в таблице 2. Для определения границ использования компонентов использовались данные [4,5,6,7]. Это предельные значения, вне которых свойства гипсоцементнодревесного композита практически не могут быть использованы.
Матрица планирования рассматриваемых факторов взяты в программе Statgrachics: Create Design Options|mixture|Simplex-Centroid|Quadratics, обработка результатов по [8,9].
Таблица 2 - Псевдокоординаты исследуемых компонентов
Вершины симплекса Гипс, % (Х1) Цемент, % (Х2) Кавитированные древесные частицы, % (Х3)
1 80 10 10
2 40 50 10
3 40 10 50
В результате обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие исследуемую область. На основании полученных уравнений построены поверхности отклика для прочности и плотности (рисунок 1,2).
Цемент=1,0
& 2 о х т
£ 1 С
Гипс=?,0
Древесина=1,0
Рисунок 1 - Поверхность прочности для исследуемого композита
Цемент=1,0
1860
£
1660
5 1460
£ 1260 о
£ 1060 ч
Гипс=^,0
Древесина=1,0
Рисунок 2 - Поверхность плотности для исследуемого композита
Из рисунков видно, что наибольшее влияние на прочность оказывает содержание цемента, затем содержание гипса и в последнюю очередь, содержание кавитированных древесных частиц. В такой же последовательности компоненты влияют и на возрастание плотности, т.е. прочность в нашем случае является функцией плотности.
На графиках мы видим иллюстрацию этого.
Рассмотрим отдельно прочность цемента (М400), в соответствии с ГОСТ 10178-85 прочность при изгибе должна составлять 5,4 МПа и 4 МПа соответственно. Прочность гипсовых растворов (ГОСТ 9179-77) небольшая и не превосходит 4 МПа.
Мы видим у исследуемых образцов сохранение прочности для цемента и гипса, плотность при этом уменьшена почти в два раза (от 3 000 до 3 200 кг/м у цемента и от 2 600 до 2 750 кг/м у гипса [3]).
Прочность материала является функцией структурных элементов [10]. У нашего композиционного материала это вяжущая, заполняющая и поровая часть, специфичный контактный слой. В нашем случае два структурных
элемента имеют принципиальные отличие от структурных элементов це-ментно-древесных композиционных материалов. Это поровая часть и контактный слой. Если поровая часть соответствует полимербетонам, то контактный слой практически не участвует в формировании данного конгломерата. Следует отметить две особенности, отсутствие вредного влияния водорастворимых веществ на твердение портландцемента и специфичное присутствие кавитированных древесных частиц, по форме представляющих грубо волокнистую древесную массу. Эта особенно интересно, так как прочность на изгиб у образцов достаточно высокая.
Что касается рассмотренной структуры гипсоцементнодревесного композиционного материала, имеются принципиальные отличия от таких характерных материалов, как арболит и цементно-стружечные плиты. Это очень мелкая поровая часть и практически отсутствие контактного слоя. Влияние водорастворимых веществ не просматривается или очень слабо выражено. Прочность при изгибе характеризуется достаточно высокими значениями.
Список использованных источников
1. Нифантьев Э.И. Модифицирование кавитированной древесины лиственницы / Э. И. Нифантьев, М.П. Коротеев, Г.В. Казиев, А.Т. Гелешев, Е.И. Матросов, Г. В. Бодрин // Химия растительного сырья. 2010. №2. С.37-42.
2. Патент 2381244 РФ, МПК С08Ь97/02. Пресс-масса, способ ее получения и способ получения плитных материалов на ее основе / Катраков И.Б., Базарнова Н.Г., Маркин
B.И.; заявитель и патентообладатель Катраков И.Б., Базарнова Н.Г., Маркин В.И. заявка 2008100649/02; заявл. 09.01.2008; опубл.10.02.2010, бюл. № 4.
3. Пащенко А.А. Вяжущие материалы / А. А. Пащенко, В.П. Сербин, Е.А. Стар-чевская. Киев.: Вища школа, 1975. 444с.
4. Грудинин А.О. Исследование прочности известковоцементноволокнистого композита из кавитированных древесных частиц/ А.О. Грудинин, Б.Д. Руденко, Д.П. Прокопьева - Молодые ученые в решении актуальных проблем науки. Сборник статей студентов, аспирантов и молодых ученых по итогам Всероссийской научной практической конференции (с международным участием) 16 - 17 мая 2013 г. Красноярск, 2013.
C.219 - 221.
5. Руденко Б.Д. Прочность гипсоцементнодревесного композита на основе кавитированных древесных частиц / Б.Д. Руденко, М. А. Баяндин, В.Н. Ермолин, С. Г. Елисеев // Хвойные бореальные зоны. Т.32. Красноярск, 2014. №3-4. С.100-102.
6. Руденко Б.Д. Формирование прочности гипсоцементноволокнистого композита/ Б.Д. Руденко, С.М. Плотников // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2018. №52. С.47- 49.
7. Руденко Б.Д. Влияние состава цементно-волокнистого композита на его свойства / Б.Д. Руденко, В.Т. Изотов, С.М. Плотников// Актуальные проблемы лесного комплекса. 2014. №40. С.121-124.
8. Пен Р.З. Статистические методы моделирования и оптимизации процессов целлюлозно-бумажного производства: учебное пособие. Красноярск: Изд-во КГУ, 1982. 192 с.
9. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. СПб: Питер, 1997. 240 с.
10. Рыбьев И.А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ (искусственные строительные конгломераты). М.: Высш. школа, 1978. 309 с.
