Научная статья на тему 'Повышение эффективности арболитовых композиций комплексными добавками'

Повышение эффективности арболитовых композиций комплексными добавками Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
253
58
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
арболит / древесно-цементный композит / добавки / прочность / хлорид кальция / суперпластификатор / wood concrete / wood-cement composite / additives / strength / calcium chloride / superplasticizer.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Сарсенбай Айдын Сарсенбаевич, Станевич Виктор Тадеушевич, Кудрышова Баян Чакеновна, Капустин Алексей Петрович

В данной работе рассматриваются физико-механические свойства древесноцементных композиций. В статье также представлены арболитовые композиционные материалы, смесь органического наполнителя, цементного связующего и добавок, для улучшения конкретных свойств материала. Данный композит относится к лёгким бетонам. В качестве органического заполнителя используются щепки и опилки. Было определено, что при использовании комплексных добавок и суперпластификатора, увеличивается скорость твердения композитной смеси и конечная её прочность, вследствие чего расширяется спектр использования материала в строительстве. Таким образом, воздействие щелочи при долговременном её взаимодействии на древесину производит выщелачивание древесины и её разложение. При применении комплексных добавок с суперпластификатором цементный камень наиболее уплотнён, содержит наименьшее число не прореагировавших цементных ядер и трещин. При этом процесс твердения древесно-цементных композитов протекает наиболее устойчиво.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Сарсенбай Айдын Сарсенбаевич, Станевич Виктор Тадеушевич, Кудрышова Баян Чакеновна, Капустин Алексей Петрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Improving the efficiency of wood concrete compositions of complex additives

This paper discusses the physical and mechanical properties of wood-cement compositions. The article also presents arbolite composite materials, a mixture of organic filler, cement binder and additives to improve the specific properties of the material. This composite refers to lightweight concrete. Chips and sawdust are used as organic aggregates. It was determined that the use of complex additives and superplasticizer increases the rate of hardening of the composite mixture and its final strength, thereby expanding the range of use of the material in construction. Thus, the effects of alkali for long-term and its interaction on the wood, produces a leaching of the wood and its decomposition. In the application of complex additives superplasticizer with cement stone of the most compact, and contains the smallest number of non-reacted cement cores and cracks. At the same time, the process of hardening of wood-cement composites proceeds most steadily.

Текст научной работы на тему «Повышение эффективности арболитовых композиций комплексными добавками»

ГРНТИ 67.09.41

Сарсенбай Айдын Сарсенбаевич

магистр, «Архитектурно-строительный факультет»,

кафедра «Архитектура и дизайн», Павлодарский государственный

университет имени С. Торайгырова,

г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан,

e-mail: aidyn_3@mail.ru.

Станевич Виктор Тадеушевич

к.т.н., доцент, «Архитектурно-строительный факультет», кафедра «Архитектура и дизайн», Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан, e-mail: svt_18@mail.ru.

Кудрыи'юва Баян Чакеновна

ассоц. профессор, доцент, «Архитектурно-строительный факультет», кафедра «Архитектура и дизайн», Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан, e-mail: bkudryshova@mail.ru.

Капустин Алексей Петрович

ассоц. профессор, доцент, «Архитектурно-строительный факультет», кафедра «Архитектура и дизайн», Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан, e-mail: ap_effekt@mail.ru.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АРБОЛИТОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ КОМПЛЕКСНЫМИ ДОБАВКАМИ

В данной работе рассматриваются физико-механические свойства древесно-цементных композиций. В статье также представлены арболитовые композиционные материалы, смесь органического наполнителя, цементного связующего и добавок, для улучшения конкретных свойств материала. Данный композит относится к лёгким бетонам. В качестве органического заполнителя используются щепки и опилки.

Было определено, что при использовании комплексных добавок и суперпластификатора, увеличивается скорость твердения композитной смеси и конечная её прочность, вследствие чего расширяется спектр использования материала в строительстве.

Таким образом, воздействие щелочи при долговременном её взаимодействии на древесину производит выщелачивание древесины и её разложение.

При применении комплексных добавок с суперпластификатором цементный камень наиболее уплотнён, содержит наименьшее число не прореагировавших цементных ядер и трещин. При этом процесс твердения древесно-цементных композитов протекает наиболее устойчиво.

Ключевые слова: арболит, древесно-цементный композит, добавки, прочность, хлорид кальция, суперпластификатор.

ВВЕДЕНИЕ

Необходимость в высококачественном, недорогом, быстровозводимом и долговечном жилье существовала уже давно, и так будет до тех пор, пока существует человечество. В последнее время, к отмеченным ранее свойствам здания все больше прибавляются такие, как экологичность, воздухопроницаемость, энергоэффективность. Невзирая на множество различных стандартных решений, и разнообразие строительных материалов, подбор наилучшего материала до сих пор остаётся проблемой. Всем этим качествам соответствуют древесно-цементные композиты, одним из которых является арболит [1—4].

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Древесно-цементные композиционные материалы представляют собой смесь органического наполнителя, цементного связующего и добавок, вводимых для улучшения определённых свойств материала. Такого рода композит относится к лёгким бетонам. В качестве органического заполнителя используются отходы деревообработки (щепки и опилки). Однако с течением времени характеристики наполнителя изменяются, что влияет на прочность материала.

Социально-экономическое развитие, стимулируемое ростом численности населения планеты, сопровождается обострением негативных проблем, лежащих в сфере экологии и безопасности жизнедеятельности. Наибольшую остроту приобретают загрязнения и захоронения твёрдых промышленных и бытовых отходов. Необходимость выполнения требований санитарных норм и норм пожарной безопасности обусловило появление компаний по рециклингу твёрдых промышленных и бытовых отходов. Однако данный тип отходов можно использовать в производстве строительных материалов, путём введения их в структуру в качестве вторичного сырья. Вместе с тем рециклинг твёрдых промышленных и бытовых отходов в широких промышленных масштабах остаётся не реализованным, что связано, в том числе, с недостаточной эффективностью известных технических решений [5, 6].

Невзирая на довольно неплохие характеристики, необходимо увеличение прочности арболита, с целью наиболее надёжного использования, расширения возможности его применения и ускорения твердения композитной смеси.

Прочность арболита зависит от сырьевых материалов - древесной щепы и портландцемента. При реагировании древесных волокон с цементным веществом полисахара мешают набору прочности. Для этого применяется лес хвойных пород, однако этого мало.

Анализ литературных источников по теме исследования выявил основные направления применения топливных зол и шлаков, а также отвального бокситового шлама в производстве строительных изделий. В основном в качестве вяжущих материалов, в качестве активной добавки при производстве портландцемента, в качестве крупного и мелкого заполнителей для лёгких деревобетонов [7-10].

Непрерывный рост объёмов металлургического производства влечёт увеличение техногенного воздействия на окружающую среду в виде

накапливающихся отходов производства. Это делает актуальной проблему утилизации отходов путём их переработки с доизвлечением содержащихся полезных компонентов.

В Павлодарском регионе одним из видов таких отходов являются шламы глинозёмного производства.

При производстве алюминия в качестве основного сырья используется боксит, в результате этого в больших количествах образуются отходы в виде водных суспензий дисперсных частиц - шламы. На одну тонну глинозёма получают около четырёх тонн шлама. Характерная особенность бокситовых шламов - это высокое содержание оксидов железа и алюминия.

Для производства строительных материалов промышленное значение имеют нефелиновые, бокситовые, сульфатные, белые и монокальциевые шламы. На алюминиевом заводе используется боксит, соответственно отходом является красный бокситовый шлам [11-12].

Для повышения прочности в технологический процесс приготовления смеси необходимо ввести в качестве добавок хлорид кальция и суперпластификатор С-3.

Древесина и цемент антагонистичны. Более агрессивной для древесины считается хлорид кальция. Было определено, что воздействие щелочи при долговременном её взаимодействии на древесину производит выщелачивание древесины её разложение (утрата массы древесины может доходить до 6 %).

Под воздействием щелочной жидкой фазы цемента в древесине распадаются и растворяются определённые элементы, в том числе образующие гемицеллюлозу полисахара.

(с Ло°5) + пН2° - (СД А ) к + кН2° - с12н22°п + н2° - СА А

При применении хлорида кальция с суперпластификатором С-3 цементный камень наиболее уплотнён, содержит наименьшее число непрореагировавших цементных ядер и трещин. Подобным способом, кинетика твердения древесно-цементных композитов протекает наиболее устойчиво. Благодаря активации часть физических связей древесины с вяжущим сменяется на химическую, а структура контакта меньше подвергается трещинообразованию. В результате разбора прочностных данных в различные стадии твердения определено, что в концепции с хлоридом кальция + суперпластификатор С-3 прочность материала на сжатие в 2 раза выше, нежели в древесно-цементных композициях с классическим минерализатором - хлоридом кальция + жидкое стекло.

Таким образом, при использовании комплексных добавок хлорида кальция с суперпластификатором С-3, увеличивается скорость твердения композитной смеси и конечная её прочность, вследствие чего расширяется спектр использования материала в строительстве [13-17].

Классификация изделий из арболита по ГОСТ 19222-84 приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Классификация изделий из арболита по ГОСТ 19222-84

Вид арболита Класс по прочности на сжатие Марка прочности при осевом сжатии Средняя плотность, кг/куб.м, арболита на

Измельченной древесины Кострельна или дробленых стеблях хлопчатника Костре конопли Дробленной рисовой соломе

Теплоизоляционный ВО,35 М5 400-500 400-500 400-500 500

ВО,75 М10 450-500 450-500 450-500

В1,0 М15 500 500 500

Конструкционный В1,5 500-650 550-650 550-650 600-700

В2,0 М25 500-700 600-700 600-700

В2,5 М35 600-750 700-800

В3,5 М50 700-850

В зависимости от марки арболита можно возводить двух-, трёхэтажные жилые здания, а также производственные, сельскохозяйственные, складские помещения, гаражи, бани, подсобные помещения, заборы.

Анализ программно-целевых документов поддержки строительства малоэтажного жилья позволяет выделить в качестве основной отечественной программной цели направление по увеличению объёмов строительства доступного малоэтажного жилья эконом класса (60 % от общего объёма вводимого жилья), отвечающего требованиям эффективности и экологичности. Данный государственный приоритет обеспечивается, в частности, решением задачи модернизации и обновления оборудования, повышения эффективности технологий малоэтажного жилищного строительства и производства строительных материалов.

ВЫВОДЫ

Таким образом, применение в строительстве древесно-цементных материалов упростит монтаж конструкции за счёт лёгкости блоков и простоте соединения их между собой, ускорит процесс строительства, уменьшит стоимость возведения конструкции за счёт отсутствия вяжущего и сохранит свои теплоизоляционные свойства. Применение арболита в строительстве экономически выгодно, технологически оправдано и целесообразно.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Ламов, И. В. Применение арболитовых блоков в малоэтажных жилых и производственных зданиях и сооружениях [Текст] // Научные исследования: от теории к практике : Материалы V Международной научно-практической

конференции (Чебоксары, 6 ноября 2015 г.). В 2 т. - Т. 2 / Редкол : Широков О. Н. [и др.]. - Чебоксары : ЦНС «Интерактив плюс». - 2015. - № 4 (5). - 47-50 с.

2 Гончарова, А. М., Чернышев, А. М. Формирование систем твердения композитов на основе техногенного сырья [Текст] // Строительные материалы : 2013.-№5.-60-63 с.

3 Наназашвили, И. X., Бунькин, И. Ф., Наназашвили, В. И. Строительные материалы и изделия [Текст]. - М. : Справочное пособие. Аделант, 2008. - 38 с.

4 Наназашвили, И. X. Производство арболита - эффективный способ утилизации древесных отходов [Текст]. - М. : Стройиндустрия. - 1992. - 248 с.

5 Кудрышова, Б. Ч., Станевич, В. Т. Производство строительных материалов на основе промышленных отходов как экологическая доминанта развития современной экономики // Наука и техника Казахстана. - 2014. - № 1-2. - С. 65-68.

6 Журавлев, В. Ф., Штейерт, Н. П. Сцепление цементного камня с различными материалами [Текст]. - М. : Цемент. - 1992. - 218 с.

7 Бухаркин, В. И., Свиридов, С. Г., Рюмина, 3. П. Производство арболита в промышленности [Текст]. - М. : 1999. - 74 с.

8 Акчабаев, А. А. Исследования влияния некоторых технологических факторов на интенсификацию твердение арболита [Текст]: Автореф. диссерт. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. - М. : 1997. - 78 с.

9 Иванов, И. А., Волженский, А. В., Виноградов, Б. Н. Применение зол и шлаков в производстве строительных материалов [Текст]. -М.: Стройиздательство, 1994. -246 с.

10 Оболенская, А. Б., Щеглов, В. П. Химия древесины и полимеров [Текст]. -М., 1990.-69 с.

11 Арынгазин, К. Ш., Ларичкин, В. В., Алдунгарова, А. К., Свидерский, А. К., Быков, П. О., Богомолов, А. В., Тлеулесов, А. К., Маусымбаева, Д. К. Инновационное использование твёрдых техногенных отходов предприятий теплоэнергетикии металлургии павлодарской области в производстве строительных материалов // Наука и техника Казахстана. - 2016. - № 3-4. - С. 34-39.

12 Арынгазин, К. Ш., Алдунгарова, А. К., Тлеулесов, А. К., Быков, П. О., Богомолов, А. В., Ларичкин, В. В., Ахымбеков, А. А. Использование техногенных отходов в производстве строительных материалов // Строительство : новые технологии - новое оборудование. - 2018. - № 12. - С. 62-67.

13 Бабушкина, М. И. Новые строительные материалы из местного сырья [Текст]. - Кишинев : 1993. - 152 с.

14 Иванов, Ю. М., Баженов, В. А. Исследование физических свойств древесины [Текст]. -М. : 1989. - 109 с.

15 Баженов, Ю. М. Технология бетона [Текст]. - М. : 1998. - 83 с.

16 Касенов, А. Ж., Тлеулесов, А. К., Ахметбек, А. И. Производство бетона из отходов АО «Алюминий Казахстана» // Наука и техника Казахстана — 2018. — № 1.-С. 61-75.

17 Комар, А. Г. Строительные материалы и изделия [Текст]. - М., 1996. - 97 с.

Материал поступил в редакцию 27.02.19.

Сарсенбай Айдын Сарсенбаевич

Сэулет-к¥рылыс факультету «Сэулет жэне дизайн» кафедрасы, С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттiк университетi, Павлодар к., 140008, ^азакстан Республикасы, e-mail: aidyn_3@mail.ru. Станевич Виктор Тадеушевич

Сэулет-к¥рылыс факультету «Сэулет жэне дизайн» кафедрасы, С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттш университету Павлодар к., 140008, ^азакстан Республикасы, e-mail: svt_18@mail.ru. Кудрышова Баян Чакеновна

Сэулет-к¥рылыс факультету «Сэулет жэне дизайн» кафедрасы, С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттш университету Павлодар к., 140008, ^азакстан Республикасы, e-mail: bkudryshova@mail.ru. Капустин Алексей Петрович

Сэулет-к¥рылыс факультетi, «Сэулет жэне дизайн» кафедрасы, С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттш университету Павлодар к., 140008, ^азакстан Республикасы, e-mail: ap_effekt@mail.ru. Материал баспага 27.02.19 тYCтi.

Комплекстiк коспалар аркылы арболиттi композициялардын тиiмдiлiгiн арттыру

Бул жумыста агаш-цемент композщияларыныц физика-механикалыц цасиеттерi талцыланды. Сондай-ац, мацалада K0Mn03ummi арболит материалдары, органикалыц толтыргыш цоспасы, цемент цурамын байланыстыргыш жэне арнайы материалдардын цасиетт жацсартуга арналган цоспалар корсетыген. Бул композит жецш бетондарга жатады. Органикалыц толтыргыштарретшде агаш Yгiндiлерi цолданылды.

Комплекстi цоспалар мен суперпластификаторды цолдану арцышы композщиялыц цоспаныц цату жышдамдыгы жогары жэне соцгы берiктiлiгiнiц артуына байланысты цурышыста осы материалды цолдану спектiрi кецейтшген.

Осышайша, стттщ узац уацыт бойы агашпен озара эрекеттесутщ эсерiнен агаштын шаймалауына жэне оныц ыдырауына ыцпал етедi.

Суперпластификатор мен комплекстх цоспаларды цолдану барысында цемент тасы тыгыздалган, реакцияга ушырамаган цемент ертшдтершц жэне жарыцтарыныц ец томенгi санын цурайды. Сонымен цатар, агаш цемент композиттершщ цатаю урдiсi барынша турацты турде жалгасады.

Кiлттi создер: арболит, агаш-цементтi композит, цоспалар, берттж, кальций хлорuдi, суперпластификатор.

Sarsenbay Aidyn Sarsenbaevich

Department of «Architecture and Design», Faculty of Architecture and Construction,

S. Toraighyrov Pavlodar State University,

Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,

e-mail: aidyn_3@mail.ru.

Stanevich Victor Tadeushevich

Department of «Architecture and Design», Faculty of Architecture and Construction,

S. Toraighyrov Pavlodar State University,

Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,

e-mail: svt_18@mail.ru.

Kudryshova Bayan Chakenovna

Department of «Architecture and Design»,

Faculty of Architecture and Construction,

S. Toraighyrov Pavlodar State University,

Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,

e-mail: bkudryshova@mail.ru.

Kapustin Alexey Petrovich

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Department of «Architecture and Design»,

Faculty of Architecture and Construction,

S. Toraighyrov Pavlodar State University,

Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,

e-mail: ap_effekt@mail.ru.

Material received on 27.02.19.

Improving the efficiency of wood concrete compositions of complex additives

This paper discusses the physical and mechanical properties of wood-cement compositions. The article also presents arbolite composite materials, a mixture of organic filler, cement binder and additives to improve the specific properties of the material. This composite refers to lightweight concrete. Chips and sawdust are used as organic aggregates.

It was determined that the use of complex additives and superplasticizer increases the rate of hardening of the composite mixture and its final strength, thereby expanding the range of use of the material in construction.

Thus, the effects of alkali for long-term and its interaction on the wood, produces a leaching of the wood and its decomposition.

In the application of complex additives superplasticizer with cement stone of the most compact, and contains the smallest number of non-reacted cement cores and cracks. At the same time, the process of hardening of wood-cement composites proceeds most steadily.

Keywords: wood concrete, wood-cement composite, additives, strength, calcium chloride, superplasticizer.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.