CC BY
59
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТВЕРДЕНИЯ ЦЕМЕНТНО-
ВОЛОКНИСТЫХ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИТОВ KINETICS HARDENING CEMENT-FIBER WOOD COMPOSITES
Прокопьева Д.П., Руденко Б.Д. (СибГТУ, г.Красноярск, РФ) Prokopyeva D., Rudenko B. ( The Siberian State Technological University)
В статье рассмотрен рост прочности цементно-волокнистого композита в зависимости от количества добавки и водоцементного отношения.
The article describes the rise in strength of cement-fiber composite, depending on the amount of additives and water-cement ratio.
Ключевые слова: цемент, цементно-волокнистый древесный композит, твердение
Key words: cement, cement-fiber wood composites, hardening
При использовании древесного волокна в цементно-древесных композиционных материалах следует отметить некоторые особенности, как свойств, так и процессов твердения, обусловленные формой используемых древесных частиц. Опыт применения древесного волокна в гипсоволокнистых плитах [1] показывает ряд положительных свойств получаемого материала, таких как повышение физико-механических свойств и простотой технологии его применения. Однако гипс, как вяжущее, не обладает водостойкостью. Имеется опыт получения древесноволокнистого бетона [2], где приводится технология изготовления данного материала. В связи с этим, вопросы нарастания прочности, количественные соотношения В/Ц и хлористого кальция, требуют подробного изучения.
Для изучения кинетики твердения цементно-волокнистых древесных композитов было проведено исследование, целью которого являлось установление зависимости прочности композита от количества ускорителя твердения цемента и водоцементного соотношения (В/Ц).
Эксперименты проводились в лабораторных условиях. Проведены три параллельных серии опытов, для анализа взяты средние значения.
При изучении кинетики твердения цементно-волокнистого древесного композита, которая характеризуется увеличением прочности материала с течением времени, для нейтрализации вредных для цемента веществ, выделяемых из древесины, был выбран хлористый кальций - ускоритель твердения цемента. Из теории бетонов известно, что прочность цементного камня напрямую зависит от водоцементного отношения, поэтому этот показатель будет являться одним из факторов.
Натуральные значения факторов были преобразованы в форму, которая была бы одинаковой, несмотря на различие их размерностей, путем кодирования. Число взаимных сочетаний уровней было представлено в виде таблицы 1.
Таблица 1 - Факторы и уровни их варьирования
Наименование факторов
Обозначения
Уровни варьирования
-1 0 +1
Продолжительность выдержки, сут. X! 7 21 35
Количество добавки (CaCl2), гр. X2 0,69 1,38 2,07
Вода, мл. Хз 80 138 196
Необходимое количество древесного волокна (23 гр. на 1 образец) смешивали с хлористым кальцием (0,5, 1 и 1,5 % к массе цемента), растворенным в воде затворения при различном водоцементном соотношении (1/0,6; 1/1; 1/1,4), затем добавляли 138 гр. портландцемента М400. Из полученной смеси формировались образцы размером 4х4х16 см, которые были испытаны согласно плану эксперимента (таблица 2) в возрасте 7, 21 и 35 суток. Испытания на прочность проводились на машине FM 500, оборудованной специальным устройством, состоящим из двух параллельных цилиндрических опор. Расстояние между опорами составляло 86 мм. Нагружение образца производилось непрерывно с постоянной скоростью. Полученные данные были обработаны в программе STATGRAPHICS по методике [3].
Таблица 2 - План и результаты реализации эксперимента для прочности
цементно-волокнистого композита
№ образца Нормализованные Натуральные Прочность, МПа
Х1, продолжительность Х2, СаС1 2 Х3, В/Ц продолжительность, сут. СаС12, Ф Вода, мл
1 0 0 0 21 1,38 138 1,46
2 0 0 0 21 1,38 138 1,75
3 0 0 0 21 1,38 138 1,20
4 -1 -1 0 7 0,69 138 0,35
5 1 -1 0 35 2,07 138 3,28
6 -1 1 0 7 0,69 138 0,59
7 1 1 0 35 2,07 138 2,79
8 -1 0 -1 7 0,69 80 0,57
9 1 0 -1 35 2,07 80 0,22
10 -1 0 1 7 0,69 196 0,22
11 1 0 1 35 2,07 196 0,55
12 0 -1 -1 21 1,38 80 0,50
13 0 1 -1 21 1,38 80 0,21
14 0 -1 1 21 1,38 196 0,52
15 0 1 1 21 1,38 196 0,96
Из диаграммы главных эффектов (рисунок 1) видно, что максимальное значение прочности достигается в возрасте 35 суток при среднем значении водоцементного соотношения. Влияние на прочность добавки в выбранных пределах незначительно. Снижение прочности при изменении водоцементно-го соотношения от среднего значения к максимальному обусловлено образованием пор в объеме композита, которые являются следствием излишка воды, которая не вступает в реакцию с компонентами портландцемента. Низкое значение прочности при минимальном водоцементном соотношении объясня-
ется недостатком воды для гидратации цемента, в объеме композиционного материала остаются непрореагировавшие компоненты портландцемента, которые и снижают прочность. Как видно из графика, скорость набора прочности имеет практически линейный характер, и увеличивается от более раннего срока испытаний к более позднему, что закономерно.
а
С
2,4 2 1,6
л
I 1,2
И
о 0,8 CP
С 0,4
0
-1,0 1,0 -1,0 1,0 Продолжительность Добавка
1,0 1,0 В/Ц
Рисунок 1 - Диаграмма главных эффектов влияния на прочность возраста образцов, количества добавки и водоцементного соотношения
Вывод: В ходе исследования установлено, что количество добавки хлористого кальция в выбранных пределах практически не влияет на набор прочности цементно-волокнистого материала, водоцементное отношение имеет большое влияние на этот процесс, максимальная прочность образцов достигается при среднем значении отношения (1/1), недостаток воды, также как и ее избыток снижают прочность композита. Рост прочности образцов из цементно-волокнистой композиции с течением времени увеличивается практически линейно.
Список использованных источников
1 Гипсоволокнистые плиты. - Экспресс-информ.: Заруб. опыт. - М.: ВНИПИЭИлес-пром, 1985, с.2.
2 Рябков, В.М. Древесные плиты на минеральном вяжущем (обзорная информация) [Текст] / В.М. Рябков, А.А. Леонов, Р.М. Фаренюк. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1980. - 40 с.
3 Дюк, В. Обработка данных на ПК в примерах [Текст] / В. Дюк - Питер, 1997. - 240 с.
