CC BY
13
УДК 674.2:624.011.15
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ ГИПСОДРЕВЕСНОГО КОМПОЗИТА ПРИ МОДИФИЦИРОВАНИИ ЕГО КАРБАМИДНОЙ СМОЛОЙ
Б.Д. Руденко
ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
660049 Красноярск, пр. Мира, 82, e-mail: bdrudenko@mail.ru
Для изучения структуры гипсодревесного композита интерес представляет изучение водопоглощения, как важной составляющей характеристики формирования связей в образующемся конгломерате. Выбор области использования соотношения компонентов зависти от требований к свойствам и возможности существования получаемого композита. Если рассматривать влияние соотношения рассматриваемых компонентов на свойства получаемого композита, то можно использовать планы для изучения свойств смесей. Эта форма описания систем сформировалась давно и в настоящее время принята повсеместно. Например, для четырехкомпонентных смесей диаграммы «состав-свойство» по интересующей переменной (водопоглощение) представляет собой сеть изолиний на четырехугольнике концентраций. Для построения таких диаграмм используем метод «планирование эксперимента». В вершинах симплекса содержание компонентов составляет 100 %. Нас интересует не вся область факторного пространства, а лишь та ее часть, где соотношения компонентов могут существовать. Как видно из полученных данных введение смолы позволяет значительно стабилизировать такое характерное свойство гипсодревесного композита, как водопоглощение. Это свойство характеризует образование общей структуры данного конгломерата и связей на границе гипс-древесина. Наилучшие показатели свойств соответствуют содержаниям компонентов 0,2 - 0,4 от их максимального значения, т.е. средние значения соотношения компонентов древесина:гипс:смола:вода составляют 0,3:0,3:0,2:0,2. Плотность такого материала составила 400 - 500 кг/м3
Ключевые слова.. гипс, водопоглощение, характеристика, формирование, конгломерат, диаграмма, состав-свойство, смола, компоненты, структрура
For studying structure a composite of gyps fnd wood interest represents studying water absorption, as important making characteristic of formation of communications in a formed conglomerate. Choice of area of use of a parity of components of envy from requirements to properties and an opportunity of existence of a received composite. If to consider influence of a parity of considered components on properties of a received composite it is possible to use plans for studying properties of mixes. This form of the description of systems was generated for a long time and now is accepted everywhere. For example, for four-componental mixes of the diagram "structure - property" on an interesting variable (water absorption) represents a network изолиний on a quadrangle of concentration. For construction of such diagrams we use a method « planning of experiment ». In tops of a simplex the maintenance{contents} of components makes 100 %. We are interested not with all area of factorial space, and only that its part where parities{ratio} of components can exist. Apparently from the received data introduction of pitch allows to stabilize considerably such characteristic property a composite, as water absorption. This property characterizes formation of the general structure of the given conglomerate and communications on border plaster - wood. The best parameters of properties correspond to maintenances of components 0,2 - 0,4 from their maximal value, i.e. average values of a parity of components wood:gyps:resin:water make 0,3:0,3:0,2:0,2. The density of such material has made 400 - 500 kg / m3
Key words. gypsum, water absorption, characteristics, formation, a conglomerate, diagrams, composition-property, resin components, struktrura
ВВЕДЕНИЕ
Гипсовые вяжущие являются воздушными вяжущими. Это означает, что во влажной среде прочность их резко снижается. Водостойкость строительных материалов обычно характеризуется коэффициентом размягчения. Коэффициент размягчения - это отношение прочности в водонасыщенном состоянии к прочности в сухом состоянии. Материал считается водостойким, если коэффициент размягчения больше 0,75 (Пащенко,
1975). Для изучения структуры гипсодревесного композита интерес представляет изучение водопо-глощения, как важной составляющей характеристики формирования связей в образующемся конгломерате.
Водопоглощение гипсодревесных композитов является функцией их водостойкости, чем выше водостойкость, тем более стабильным является
водопоглощение без разрушения материала.
Основными путями повышения водостойкости гипсовых изделий являются следующие: уменьшение растворимости гипса введением добавок; уплотнение гипсовых отливок; пропитка или обмазка изделий веществами, препятствующими проникновению воды. Водостойкость гипсовых изделий существенно повышается после добавления карбамидной смолы (Пащенко, 1975). Присутствие в композите на основе гипса древесных частиц, обладающих большой влагоемкостью и повышенной деформативностью при увлажнении, создает дополнительные предпосылки слабого противостояния материала воде. Использование полимера, достаточно недефецитного и недорогого открывает возможности его успешного практического применения. Кроме того, важно рассмотреть, как влияет соотношение компонентов на создание композиционного материала.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Выбор области использования соотношения компонентов зависти от требований к свойствам и возможности существования получаемого композита. При проведении эксперимента были использованы следующие материалы: в качестве вяжущего использовался гипс строительный марки Г - 5 по ГОСТ 125 - 79, использовалась карбамидная смола марки КФ-МТ - 15 по ТУ 6-05-12 - 88, использовались сосновые древесные частицы плоской формы, полученные как отход при оцилиндровке бревен, влажностью 12 - 15 % и вода, обычная водопроводная. Если рассматривать влияние соотношения рассматриваемых компонентов на свойства получаемого композита, то можно использовать планы для изучения свойств смесей (Пен, 1982). Эта форма описания систем сформировалась давно и в настоящее время принята повсеместно (Бондарь,
1976). Например, для четырехкомпонентных смесей диаграммы «состав-свойство» по интересующей переменной (водопоглощение) представляет собой сеть изолиний на четырехугольнике концен-
траций. Для построения таких диаграмм используем методику (Дюк, 1997). В вершинах симплекса содержание компонентов составляет 100 %. Нас интересует не вся область факторного пространства, а лишь та ее часть, где соотношения компонентов могут существовать. Диапазон изменения факторов приведен в таблице. Максимальные количества каждого компонента ограничены их максимальным значением, при котором система может существовать, имея минимальные значения исследуемого свойства.
В рассмотренной области факторного пространства был поставлен эксперимент, производилось смешивание компонентов в следующей последовательности, стружка, водный раствор смолы, гипс. Смола вводилась в смесь в виде водного раствора, согласно принятой стратегии эксперимента, вместе с водой. После тщательного перемешивания формировались балочки размером 4 х 4 х 16 см, которые твердели в течение суток в комнатных условиях. Из балочек вырезались образцы размером 4 х 4 х 4 см., которые использовались для определения водопоглощения согласно ГОСТ 12730.3 - 78.
Таблица - Область изменения компонентов изучаемого композита
Вершина симплекса
Компоненты 1 2 3 4
Древесные частицы, % 70 10 10 10
Гипс, % 10 70 10 10
Смола, % 10 10 70 10
Вода, % 10 10 10 70
Др частицы=1,0
Др частицы=1,0
Рисунок 1 - Исследуемая поверхность отклика для водопоглощения гипсодревесного композита (содержание воды в формуемой смеси на уровне 0)
Г ипс=1,0
Рисунок 3 - Исследуемая поверхность отклика для водопоглощения гипсодревесного композита (содержание гипса в формуемой смеси на уровне 0)
Др частицы=1,0
Вода=1,0
Вода=1,0
Рисунок 2 - Исследуемая поверхность отклика для водопоглощения гипсодревесного композита (содержание древесных частиц в формуемой смеси на уровне 0)
Рисунок 4 - Исследуемая поверхность отклика для водопоглощения гипсодревесного композита (содержание смолы в формуемой смеси на уровне 0)
Псевдокомпоненты Рисунок 5 - Трассировочный график компонентов гипсодревесного композита для водопоглощения
160 200 Предсказания
Рисунок 6 - Разностный график для водопоглощения гипсодревесного композита
На рисунке 1 представлен график зависимости водопоглощения от соотношения исследуемых компонентов.
На рисунке 1 содержание воды, вводимой в формуемую смесь стабилизировано на минимальном уровне (0). На рисунке 2 и 3 представлены значения поверхности отклика для содержания соответственно древесных частиц, гипса и смолы на минимальном уровне (0). Это связано с особенностями взаимодействия компонентов. Наибольшее водопоглощение соотвествует максимальному значению содержания древесных частиц, воды при их минимальных значениях. Это объясняется отсутствием условий для формирования полноценной структуры исследуемого композита (рис. 1 и 2). При минимальном содержании гипса и смолы отсутствует один выраженный оптимум значений. Максимальное значение водопоглощения соответствует максимальным значениям и древесины и воды (рис. 3 и 4). Это объясняется недостатком основного связующего компонента, в нашем случае гипса и смолы. Изменения свойств хорошо
согласуются на всех четырех рисунках.
На рисунке 5 показаны влияния значений содержания компонентов в формуемой смеси на изменения водопоглощения. Водопоглощение сильно возрастает при увеличении содержания древесины и воды, причем это влияние аналогичное для данных компонентов. Смола в данной композиции ведет себя нейтрально, а гипс занимает промежуточное положение между древесиной и водой и смолой.
На рисунке 6 представлены значения испытанных свойств (квадратики) и предсказанных свойств по модели (линия).
Как видим, расхождения между модельными и испытанными значениями свойств имеют максимальное расхождения в 2,5 %, что подтверждает высокую достоверность полученных моделей для описания данных свойств, а, следовательно, и рассматриваемых поверхностей отклика для описания водопоглощения гипсодревесного композита.
ВЫВОДЫ
Как видно из полученных данных введение смолы позволяет значительно стабилизировать такое характерное свойство гипсодревесного композита, как водопоглощение. Это свойство характеризует образование общей структуры данного конгломерата и связей на границе гипс-древесина. Наилучшие показатели свойств соответствуют содержаниям компонентов 0,2 - 0,4 от их максимального значения, т.е. средние значения соотношения компонентов древесина: гипс: смола: вода составляют 0,3:0,3:0,2:0,2. Плотность такого материала составила 400 - 500 кг/м3
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Бондарь, А.Г. Планирование эксперимента в химической технологии [Текст] / А.Г.Бондарь,
Г.А.Статюха. - Издательское объединение.: «Вища школа», 1976. - 184 с.
Дюк, В. Обработка данных на ПК в примерах [Текст] / В.Дюк. - СПб.: Питер, 1997. - 240 с.
Пащенко, А.А. Вяжущие материалы [Текст] /
А.А.Пащенко, В.П.Сербии, Е.А.Старчевская. - Издательское объединение.: «Вища школа», 1975. -444 с.
Пен, Р.З. Статистические методы моделирования и оптимизации процессов целлюлозно-бумажного производства [Текст] / Р.З.Пен. - Красноярск, 1982. - 192 с.
Поступила в редакцию 25 августа 2011 г. Принята к печати 3 ноября 2011 г.
