CC BY
61<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 674.093
ВЛИЯНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ОПИЛОК НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА
ОПИЛКОБЕТОНА
С. Н. Долматов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
В результате экспериментальных исследований установлено влияние фракционного состава опилок на прочностные свойства опилкобетона и характер разрушения опилкобетона при сжатии.
Ключевые слова: опилки, опилкобетон, фракционный состав, прочность.
FRACTIONAL COMPOSITION EFFECT OF SAWDUST ON THE STRENGTH PROPERTIES OF CONCRETE-BASED SAWDUST
S. N. Dolmatov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
As a result of experimental studies the research establishes the fractional composition impact of sawdust on the strength properties of concrete-based sawdust. It identifies a type of destruction of concrete-based sawdust under compression.
Keywords: sawdust, concrete-based chips, fractional composition, strength.
Использование всей биомассы дерева является перспективным направлением деятельности всего лесного комплекса России. Сейчас в основном находит применение стволовая древесина. Доля низкокачественной древесины, отходов лесозаготовок и лесопиления составляет, соответственно 15-40, 30-40 и 19-20 % [1]. В объемном исчислении это очень внушительная цифра - более 45 млн м3 древесных отходов, из них более 2286 тыс. м3- это опилки [2].
Одним из направлений утилизации отходов лесопиления в виде опилок является производство конструкционно-теплоизоляционных материалов на основе портландцемента.
Увеличение объемов строительных работ по возведению новых зданий, реконструкции и ремонту существующего жилого фонда гарантирует в ближайшем будущем стабильный спрос на материалы для теплоизоляции. Производство теплоизоляционных материалов из отходов лесопиления позволит не только увеличить выпуск теплоизоляционных материалов и изделий, но и частично решить еще одну проблему - утилизацию древесных отходов.
Опилкобетон - легкий бетон, получаемый на минеральном вяжущем и органическом целлюлозном заполнителе (опилках). Принципиально технология получения опилкобетона схожа с технологией арболита. В принципе, арболит является более изученным материалом. Но многие положения и принципы с некоторой натяжкой применимы и к опилкобетону.
Одним из самых весомых недостатков арболита и опилкобетона является сравнительно небольшая прочность, существенно меньшая, чем прочность исходных компонентов (древесина, песок, цементный камень). Это объясняется крупнопористой структурой с незаполненным межзерновым пространством (80-90 % объема твердого тела занимает древесный заполнитель и только 10-20 % приходится на цементный камень) [3] и характеризуется тем, что объем цементного камня оказывается недостаточным для заполнения пустот между частицами органического целлюлозного заполнителя. Поэтому получение изделий на древесном заполнителе марок 5-35 МПа (ГОСТ 19222-73) возможно только при значительном расходе цемента (260-400 кг на 1 м3).
Свойства органобетонов в значительной степени зависят от форы и размеров частиц, используемых в качестве наполнителя. Форма и размер опилок формируются при раскрое пиловочного сырья и зависят, в основном, от режущего инструмента, который используется для раскроя древесины.
Цель исследований - определить влияние размеров частиц опилок, получаемых при лесопилении оборудованием различного типа (рамные, ленточные и цепные пилы), на прочность опилкобетона на портландцементе.
Задачи исследований: определить предел прочности на сжатие и характер разрушения образцов опилкобетона, выполненного на портландцементе. При этом использовать в качестве органического
'Комплексная переработка возобновляемого сырья
наполнителя опилки различного фракционного состава.
Опилки в основной своей массе - это отходы лесопиления. Для лесопиления существует различное головное оборудование: лесопильные рамы, кругло-пильные и ленточнопильные станки различных моделей. На каждой технологиченской операции используется специальный инструмент с разными видами и параметрами зуба [4].
Исследования показали [4], что для головного лесопильного оборудования можно выделить три группы размеров частиц опилок: 1-я группа - 5,5-3,5 мм; 2-я группа - 3,25-1 мм; 3-я группа - 0,63 мм и менее. В первой группе наибольшее значение фракционного состава опилок - для рамных пил (27,66 %), наименьшее - для ленточнопильных станков (19,13 %). Для круглых и ленточных пил эти значения практически одинаковы, кроме сит с диаметрами отверстий 3,5 мм. Основная доля приходится на вторую группу опилок фракцией 3,25-1 мм и составляет в среднем 17,8 % для всего оборудования. Содержание опилок в третьей группе наименьшее и составляет 5-5,93 % для всего головного оборудования. Во второй группе наибольшее среднее значение - для ленточнопильных станков (74,9 %), для лесопильных рам - меньше на 7 %, для круглопильных станков - меньше на 3 %.
Для определения влияния фракционного состава опилок на прочность опилкобетона изготавливались образцы в виде параллелепипедов размерами 50x50x50 мм. Использовалась рецептура для опилко-бетона марки М 15: в перерасчете на 1 м3 смеси 210 кг цемента М400, 600 кг песка, 210 кг опилок. Опилки использовались 3 видов: 1) опилки, взятые из-под лесопильной рамы Р-63; 2) опилки из-под ленточной пилорамы «Кедр»; 3) опилки, полученные при поперечном пилении бензомоторной пилой «Штиль». Во всех случаях влажность древесины соответствовала свежесрубленной, порода - сосна. Перед замешиванием опилки просеивались через сито с отверстиями диаметром 10 мм. При этом удалялись крупные частицы коры, т. е., в принципе, приготовление образцов проводилось из опилок практически не сортированных или облагороженных.
Водоцементное соотношение составляло 1 л воды на 1 кг цемента. Для уменьшения негативного влияния водорастворимых веществ, содержащихся в опилках, при замешивании добавлялось жидкое стекло из расчета 15 л на 1 м3 смеси. После замешивания образцы формовались в формы и вручную трамбовались. Изготавливалось по 10 блоков каждого вида. Образцы набирали прочность при температуре 15-20 °С в условиях естественной влажности в течение 28 суток.
При испытании разных по форме и размерам образцов для сопоставления бетонов по критерию прочности необходимо полученные результаты приводить к прочности базового образца (в форме куба с ребром 15 см) [5]. Используя расчетные значения масштабного коэффициента [5], в результате интерполирования для принятых образцов масштабный коэффициент принимался равным 0,75.
После окончательного набора прочности (выдержка 28 суток) образцы подвергались силовому воздей-
ствию на силоизмерительной машине до их разрушения. Фиксировалось усилие, величина деформации и проводился расчет пределов прочности на сжатие. При сжатии среднее значение прочности составило для указанных выше смесей соответственно 2,3; 2,8; 2,1 МПа. Причем образец, выполненный на основе смеси 3, разрушился при более значительных (на 2025 %) величинах относительной деформации по сравнению с другими образцами.
Анализ данных исследований позволяет сделать следующие выводы:
1. Подтверждается влияние вида лесопильного оборудования на показатели прочности опилкобетона на основе опилок, получаемых при распиловке древесины этим оборудованием.
2. Опилкобетон на основе опилок более мелкой фракции (смесь 2) имеет больший предел прочности на сжатие. Видимо это объясняется сопоставимыми размерами частиц опилок от ленточной пилорамы и частиц песка, что приводит к образованию более плотного каркаса из цементного камня, по сравнению со смесями на основе крупных частиц опилок, где основная причина разрушения - нарушение адгезии крупных частиц и цементного камня.
3. Образцы опилкобетона до своего разрушения испытывают значительные пластические деформации, что характерно для нежестких материалов. С одной стороны, это снижает риск внезапного разрушения конструкций, выполненных из опилкобетона. С другой стороны, это ограничивает его применяемость в качестве чисто конструкционного материала.
Библиографические ссылки
1. Коробов В. В., Рушнов Н. П. Переработка низкокачественного сырья (проблемы безотходной технологии). М. : Экология, 1991. 288 с.
2. Скорикова Л. А. Обоснование состава топливных гранул и технологии подготовки древесных опилок для их производства : дис. ... канд. техн. наук. Йошкар-Ола, 2012. 236 с.
3. Наназашвили И. Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции. Л. : Стройиздат, 1990. 415 с.
4. Суровцева Л. С., Шунина М. А. Анализ фракционного состава опилок при раскрое пиловочного сырья // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2013. № 205. С. 153-161.
5. Баженов Ю. М. Технология бетона. М. : Изд-во АСВ, 2002. 500 с.
References
1. Korobov V. V., Rushnov N. P. Pererabotka nizkokachestvennogo syr'ja (problemy bezothodnoj tehnologii) [Processing of low-grade raw materials (waste technology issues)]. M. : Ecology, 1991. 288 p.
2. Skorikova L. A. Obosnovanie sostava toplivnyh granul i tehnologii podgotovki drevesnyh opilok dlja ih proizvodstva: dis. k-ta tehn. nauk [Justification composition pellets and wood chips preparation technology for their production: dis. ... kand. technical sciences]. Joshkar-Ola, 2012. 236 p.
Решетневс^ие чтения. 2016
3. Nanazashvili, I. H. Stroitel'nye materialy iz drevesno-cementnoj [Building materials made of wood-cement composition]. L. : Strojizdat, 1990. 415 p.
4. Surovceva L. S., Shunina M. A. Analiz frakcionnogo sostava opilok pri raskroe pilovochnogo syr'ja [Analysis of fractional composition of sawdust
when cutting sawlogs] // Izvestija Sankt-Peterburgskoj lesotehnicheskoj akademii, 2013. № 205, pp. 153-161.
5. Bazhenov Ju. M. Tehnologija betona. [concrete Technology]. M. : Izd-vo ASV, 2002. 500 p.
© Долматов С. Н., 2016
УДК 630.282.1
КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА КОРЫ ХВОЙНЫХ
О. Н. Еременко, Т. В. Рязанова
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Приведены результаты по разработке новой технологии переработки коры хвойных пород, позволяющей более эффективно перерабатывать низкосортное сырье с получением продуктов с высокой добавленной стоимостью, отвечающих запросам потребителя.
Ключевые слова: кора, дубильный экстракт, доброкачественность, ультрафильтрация, биопрепарат.
COMPLEX PROCESSING OF CONIFER CORTEX O. N. Eremenko, T. V. Ryazanova
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The new technology of conifer cortex processing allows to convert low-quality raw material into marketable products more efficiently with high added value.
Keywords: cortex, tanning extracts, good quality, ultrafiltration, bioproduct.
Красноярский край является одним из немногих регионов, в котором сосредоточены большие запасы вторичного сырья - древесных отходов, в частности, коры хвойных пород, которые можно и нужно использовать с целью комплексной переработки растительного сырья. В общем балансе отходов, образующихся в отраслях лесного комплекса, на долю коры приходится около 1 млн м3. Кора хвойных пород является потенциальным сырьем для получения дубильных экстрактов, в которых в настоящее время предприятия кожевенной промышленности испытывают большой дефицит.
Утилизация коры - слабое звено в комплексной переработке растительного сырья. В коре присутствует широкий набор фенолокислот и их эфиров, представители всех классов флавоноидов. Фенольные соединения - одна из самых многочисленных и широко распространённых групп природных соединений, привлекающих внимание, особенно в последние годы, благодаря необычайно широкому спектру их биологической активности. Кора хвойных пород может стать богатым источником биологически активных фенольных соединений, содержание которых достигает 15-18 % от веса сухой коры. Решение данной
задачи в настоящее время является актуальным как с экологической, так и с экономической точек зрения.
Разработанная в СибГТУ технология механо-химической активации коры позволяет интенсифицировать процесс экстракции, сократить продолжительность экстрагирования в 20-25 раз по сравнению с традиционным методом экстракции, а использование нанотехнологии - ультрафильтрации на стадии концентрирования и облагораживания экстрактов, позволяет получить дубильный экстракт с заданными свойствами, который по доброкачественности соответствует лучшим образцам мирового уровня [1-5].
Обладая уникальным химическим составом, кора может быть использована в качестве сырья для получения широкой гаммы продуктов, в том числе защитных биопрепаратов и других продуктов микробного синтеза. Биопрепараты являются современной альтернативой химическим препаратам в борьбе с возбудителями болезней сеянцев хвойных.
Разработанная технология производства дубильных экстрактов и биопрепарата [2; 3] может быть реализована в два этапа. На первом этапе происходит переработка коры хвойных пород с получением дубильных экстрактов с заданными свойствами. Остав-
