CC BY
11
However, it is impossible to keep the heat of the subsurface exclusively by lining the foundation with a heat insulator. The depth of the MZLF is insignificant, so an increase in the perimeter is required. For this purpose, a insulated blind area is often used-concrete on a layer of extruded polystyrene foam with a slope from the wall of the building.
Keywords: expanded polystyrene, concrete, soil, insulation, calculation.
ГРНТИ 67.09.55
https://doi.org/10.48081/PLLX2443
В. т. Станевич1, Б. Ч. Кудрышова2, *Д. К. Даиров3
1,2,3Торайгыров университет, Республика Казахстан, г. Павлодар
опыт применения композиционных материалов на основе органических и минеральных компонентов
В статье рассматриваются вопросы применения композиционных материалов на основе органических и минеральных компонентов.
Приводятся исследования древошлакового композиционного материала, разработка химического метода модифицирования древесных опилок.
Создание нового строительного древошлакового композиционного материала на основе молотого гранулированного доменного шлака и модифицированных опилок позволит устранить большинство его отрицательных свойств за счет использования химического метода модифицирования древесных опилок.
Рассмотрена структура композиционных материалов на основе органических и минеральных компонентов.
Ключевые слова: древошлаковый композиционный материал, лигнин, древесный опилки.
Введение
Одной из основных задач в строительной промышленности на нынешний день считается сбережение энергии на всех этапах: от изготовления стройматериалов, изделий и конструкций, до постройки зданий и их эксплуатации. Объединение данных задач создает одно из направлений инноваторской деятельности большинства субъектов Казахстана, закрепление местного потенциала и демонстрации намерений для увеличения ресурсосбережения в строительстве [1, с. 17-22].
Индустрия производства строительных материалов является одной из основных отраслей экономики народного хозяйства, которая довольно эффективно может использовать отходы промышленности множества отраслей национальной индустрии для выпуска различных стройматериалов [2, с. 50-51].
Перспективным направлением в технологии производства строительных материалов являются исследования по созданию и многостороннему изучению новых композиционных материалов на основе вторичных ресурсов, отвечающих современным нормативным требованиям, экологической безопасности, экономической эффективности, конкурентоспособности, и долговечности.
Главным классом материалов, удовлетворяющих строгим, нередко противоречивым друг другу требованиям, таким как обеспечение малой массы конструкций, высокой прочности, жесткости, надежности, долговечности при работе с нагружениями, при больших температурах и в агрессивных средах считаются композиционные материалы [3, с. 347].
Материалы и методы
Композиционными считаются материалы, включающие в себя взаимно нерастворимые компоненты (фазы), имеющие между собой заметную границу раздела и адгезионное взаимодействие. Одну из фаз именуют матрицей, а другую - армирующим элементом, или наполнителем.
Древошлаковый композит является древесным композиционным материалом и состоит из матрицы (композиционное вяжущее), органического заполнителя (модифицированные древесные опилки) и армирующего элемента (химически модифицированные волокна полисахаридов целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина) между которыми есть адгезионное взаимодействие.
Самым важным технологическим переделом в технологии производства древошлакового композита является модифицирование его органического заполнителя - древесной щепы.
На свойства и внешний вид древошлакового композита значительно влияет метод обработки его органического заполнителя -древесных опилок. Исследовали два способа:
1 способ химическое модифицирование фракционированных опилок (состав опилок менее 1,20 мм) наполняется щелочным веществом «вода + компонент «Монасил» при температурах 80-87 °С в течение 2,5 ч, при этом постоянно подогреваемая реакционнаясмесь периодически перемешивается;
2 способ аналогичен первому, но отличается тем, что температура реакционной смеси составляет 20-30 °С [5, с. 62-70].
В результате первого способа обработки органического заполнителя были получены древошлаковые композиты с прочностью при сжатии 14,0 х 14,5 МПа, все образцы имели ровные гладкие поверхности, грани и углы не откалывались, не осыпались.
Следует отметить, что в работе, при получении древошлакового композиционного материала (далее ДШК) применили первый способ обработки органического заполнителя. В ходе проведения щелочного гидролиза образуются модифицированные опилки и щелочной раствор (плотность раствора 1100 кг/м3).
Особенности микроскопического строения древесины, обеспечивающие введение модификатора, характеризуются наличием различного рода пор, рассматриваемых на макро- и микро-уровнях.
Пропитка древесных опилок начинается с заполнения крупных макроскопических полостей, связанных с окружающей средой (сосуды и сердцевинные лучи), затем происходит проникновение модификатора в микрополости (полости древесных клеток, а также межклеточных пространств), соединенные с макрополостями системами пор.
Древесные клетки создают в древесине разветвленную систему продвижения модификатора, однако ряд полостей клеток заполнен влагой или другими веществами, а некоторые поры, соединяющие полости древесных клеток, закрыты пленками (мембранами) и способны пропускать только маловязкие жидкости.
Важным моментом в получении необходимых характеристик древошлакового композиционного материала является выбор фракции опилок.
Был изучен и исследован гранулометрический состав древесных отходов различных лесо- и деревоперерабатывающих производств. Экспериментально установлено, что основной объем (более 80 % по массе) составляет фракция опилок менее 1,25 мм.
В данной работе были изучены следующие составы древошлакового композита, в которых варьировалось отношение крупной (1,25-5 мм) и мелкой фракции (менее 1,25 мм) древесных опилок при постоянном их суммарном количестве в составе [7, с. 18-21].
Образцы хранились в течение 30 суток в камере нормального твердения. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристики принятых составов
№п/п Соотношение опилок, % Rcж на 28сут, МПа Вт/мК pw на 28 сутки, кг/м3
1 0 мелк. + 100 кр. 9,8 0,187 1722
2 25 мелк. + 75 кр. 10,7 0,195 1714
3 75 мелк. + 25 кр. 11,7 0,214 1690
4 100 мелк. + 0 кр. 14,4 0,279 1687
Анализ полученных характеристик показывает, что с уменьшением размера древесных опилок прочность при сжатии композита увеличивается на 47 %, теплопроводность - на 49 %.
Данный результат объясняется следующим: уменьшение размера органического заполнителя приводит к увеличению диффузии химического реагента при щелочном гидролизе; с уменьшением фракции опилок образуется дисперсно-упрочненная микроструктура композита.
Для соблюдения заданных границ исследования принято в дальнейших исследованиях использовать фракцию древесных опилок менее 1,25 мм.
Элементоорганические соединения являются структурообразующими веществами древошлакового композита, а химические волокна фрагментов целлюлоз, гемицеллюлоз и лигнина, вошедшие в реакционную смесь при модифицировании опилок, создают армирование матрицы материала.
Для более глубокого изучения природы физико-механических процессов, происходящих в исследуемом композиционном материале, необходимо рассмотреть особенности строения органического заполнителя.
Рассмотрены возможные химические превращения в структуре древесных опилок при щелочном гидролизе, особенности физико-химических превращений и взаимодействий в матрице древошлакового композита.
а - поперечный срез; б - продольный срез; ФЦ-фибриллы целлюлозы;
1 - лигнин; 2 - гемицеллюлозы Рисунок 1 - Схема строения древесного вещества
Лигнин - аморфный полимер и в отличие от полисахаридов у лигнина между мономерными звеньями отсутствует единый тип связей. Наряду с кислородными связями С-О-С в лигнине присутствуют и углерод-углеродные связи [9, с. 22-24].
Результаты и обсуждение
Проведенные исследования щелочного гидролиза древесного заполнителя ДШК заключается в протекании следующих процессов:
1 Начинается диффузия молекул воды и щелочного раствора;
2 Протекает набухание высокомолекулярных соединений древесной частицы;
3 Происходит химическая деструкция полимеров с высокой степенью полимеризации полисахаридов, с их последующей перестановкой внутри древесной частицы;
4 Испаряется лигнин;
5 Изменяется число активных групп органического заполнителя с неорганическими компонентами древошлакового композита для химического связывания.
Выводы
Следует отметить, что древашлаковый композиционный материал обладает влажностью, а также является открытой системой, способной изменять свою внутреннюю структуру. Это и показывает его главное отличие от деревобетонов и легких бетонов.
Доказано, что новый материал имеет улучшенные физико-механические, теплофизические и эксплуатационные свойства по сравнению с конкурирующими строительными материалами.
Коэффициент теплопроводности конструкционных древошлаковых композитов находится в диапазоне 0,27-0,3 Вт/(м-К), а конструкционно-теплоизоляционных - в диапазоне 0,18-0,3 Вт/(м-К), что на 40...47 % ниже значений для ДШК. Прочностные и деформативные характеристики соответствуют требованиям (ГОСТ 30108-94). Из этого следует, что древошлаковый композит является конкурентоспособным.
Эмпирически установлено улучшение характеристик ДШК за счет его структуро- и фазообразования матрицы древошлакового композита химическими волокнами фрагментов лигнина [10, с. 50].
Доказано, что древошлаковый композиционный материал в производственных условиях имеет большую рентабильность по сравнения с другими композитами.
Список использованных источников
1 Ефремова, О. В. Математическое моделирование строительного древошлакового композиционного материала [Текст] / О. В. Ефремова,
B. С. Грызлов, С. В. Демидов // Вестник «ЧГУ», 2013. - Т. 2. - № 1 (46). - С.17-22. Патенты.
2 Абрамов, А. К. Использование промышленных отходов при производстве дешевых высококачественных вяжущих и бетонов [Текст] /А. К. Абрамов,
C. С. Коляго, В. К. Печериченко // Строительные материалы. - 2004. - № 6. - С. 50-51
3 Арболит. Производство и применение [Текст] / сост. В.А. Арсенцев; науч.ред. А. С. Щербаков, Н. К, Якунин. - М. : Стройиздат, 1977. - 347 с: ил. - [Электронный ресурс]. https://kblok.ru/arbolit-ehffektivnyj-stroitelnyj-material-nanazashvili - [Электронный ресурс].
4 Чижиков, И. А. Геосинтетики - технология развития дорог/ И. А. Чижиков// Строительство. - 2003. - № 5.
5 Радовский, Б. С. Строительство дорог с цементобетонными покрытиями в США : новые тенденции [Текст] / Б. С. Радовский // Дорожная техника.- 2010. -№ 2. - С. 62-70.
6 Баженов, Ю. М. Модифицированные высококачественные бетоны [Текст] / Ю. М. Баженов, В. С. Демьянова, В. И. Калашников. - М. : АСВ, 2006. - 368 с: ил.
7 Терентьев, Д. М. Повышение энергоэффективности зданий, строений и сооружений. Задачи Минстроя России // Журнал «Энергосбережение» № 3. -2015. - М. : ООО ИИП «АВОК-ПРЕСС». 2015. С. 18-21. - [Электронный ресурс]. https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6112
8 Васильков, С. Ы. Технологии производства и применения экологически чистых и энергоэффективных стройматериалов на основе древесного сырья [Текст] / С. Н. Васильков // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2004. - № 11. - С. 50.
9 Волженский, А. В. Генезис пор в структурах гидратов и предпосылки к саморазрушению твердеющих вяжущих [Текст] / А. В. Волженский // Строительные материалы. - 1979. - № 7. - С. 22-24.
10 ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам [Текст]. - Введ. 1991-01-01. - М. : Издательство стандартов, переиздание сентябрь. - 2003. - 50 с.
References
1 Efremova, O. V. Mathematical modeling of construction wood-slag composite material [ Text] / O. V. Efremova, V. S. Gryzlov, S. V. Demidov / / Vestnik "ChSU", 2013. - Vol. 2. - № 1 (46). - Pp. 17-22. Patents.
2 Abramov, A. K. The use of industrial waste in the production of cheap high-quality binders and concrete [Text] / A. K. Abramov, S. S. Kolyago, V. K. Pecherichenko // Construction materials. - 2004. - No. 6. - P. 50-51
3 Arbolit. Production and application [Text] / comp. V. A. Arsentsev; scientific ed. A. S. Shcherbakov, N. K., Yakunin. - Moscow : Stroyizdat, 1977. - 347 p: ill. - [Elektronic resource]. https://kblok.ru/arbolit-ehffektivnyj-stroitelnyj-material-nanazashvili
4 Chizhikov, I. A. Geosynthetics - technology of road development / I. A. Chizhikov// Construction. - 2003. - № 5.
5 Radovsky, B. S. Construction of roads with cement-concrete coatings in the USA: new trends. // Road equipment. - 2010. - No. 2. - P. 62-70.
6 Bazhenov, Yu. M. Modified high-quality concrete [Text] / Yu. M. Bazhenov, B. C. Demyanova, V. I. Kalashnikov. - Moscow : DIA, 2006. - 368 p: ill.
7 Terentyev, D. M. Improving the energy efficiency of buildings, structures and structures. Tasks of the Ministry of Construction of Russia / / Journal «Energy Saving» No. 3. - 2015. - M. : LLC IIP «AVOK-PRESSU. 2015. pp. 18-21. - [Elektronic resource].https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6112
8 Vasilkov, S. Y. Technologies of production and application of environmentally friendly and energy-efficient building materials based on wood raw materials [Text] / S. N. Vasilkov / / Construction materials, equipment, technologies of the XXI century. - 2004. - No. 11. - P. 50.
9 Volzhensky, A. V. Genesis of pores in hydrate structures and prerequisites for self-destruction of hardening binders. // Construction materials. - 1979. - No. 7. - P. 22-24.
10 GOST 10180-90. Concrete. Methods for determining the strength of control samples [Text]. - Introduction. 1991-01-01. - Moscow : Publishing House of Standards, reissue September. - 2003. - 50 p.
Материал поступил в редакцию 15.06.21.
В. Т. Станевич1, Б. Ч. Кудрышова2, *Д. К. Даиров3
1,2,3ТораЙFыров университет^ Казахстан Республикасы, Павлодар к. Материал 15.06.21 баспаFа тYстi.
ОРГАНИКАЛЬЩ ЖЭНЕ МИНЕРАЛДЫ КОМПОНЕНТТЕРГЕ НЕГ1ЗДЕЛГЕН КОМПОЗИЦИЯЛЫЦ МАТЕРИАЛДАРДЫ ЦОЛДАНУ ТЭЖ1РИБЕС1
Мацалада органикалъщ жэне минералды компоненттерге нег1зделген композициялыц материалдарды цолдану туралы айтылады.
Агаш жэне цож композиттк материалдарды зерттеу, yгiндiлердi модификациялаудыц химиялыц эдкт жасау усынылган.
Унтацталган тушршттелген домна пештщ цожына жэне модификацияланган угтдыерге негiзделген жаца цурылыс агаш-шлакты композициялыц материалды куру, yгiндiлердi модификациялаудыц химиялыц эдкт цолдану арцылы оныц жагымсыз цасиеттертщ квпшшгт жояды.
Органикалыц жэне минералды компоненттерге негiзделген композициялыц материалдардыц цурылымы царастырылады.
Кiлттi свздер: агаш жэне цож композиттт материал, лигнин, угтдшер.
V. T. Stanevich1, B. C. Kudryshova2, *D. K. Dairov3
1,2,3Toraighyrov University,
Republic of Kazakhstan, Pavlodar.
Material received on 15.06.21.
EXPERIENCE IN THE USE OF COMPOSITE MATERIALS BASED ON ORGANIC AND MINERAL COMPONENTS
The article deals with the application of composite materials based on organic and mineral components.
Investigations of wood and slag composite material, development of a chemical method for modifying sawdust are presented.
Creation of a new building wood-slag composite material based on ground granulated blast-furnace slag and modified sawdust will eliminate most of its negative properties through the use of a chemical method of modifying sawdust.
The structure of composite materials based on organic and mineral components is considered.
Keywords: wood and slag composite material, lignin, sawdust.
