CC BY
63
ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ ДЛЯ ДРЕВЕСНО-ЦЕМЕНТНОГО МАТЕРИАЛА НА ЕГО
ПРОЧНОСТЬ
Андреев Александр Александрович
аспирант, Петрозаводский Государственный Университет, РФ,
г. Петрозаводск E-mail: [email protected]
INFLUENCE GRANULOMETRIC COMPOSITION OF CHOPPED WOOD FOR WOOD-CRETE MATERIAL ON ITS STRENGTH
Alexander Andreev
postgraduate student, PetrSU, Russia, Petrozavodsk
Работа выполнена в рамках реализации комплекса мероприятий Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012—2016 гг.
АННОТАЦИЯ
Цель работы: исследование особенностей применения отходов в виде опилок и стружки для изготовления древесно-цементного материала. Экспериментально установлена нелинейная зависимость прочности данного материала от гранулометрического состава отходов. Наибольшая прочность образцов в испытаниях на сжатие получена при использовании смеси 80 % опилок и 20 % стружки (по массе). Это соотношение может потребовать уточнения с учетом особенностей оборудования для деревообработки. Дляконструкционногоматериаларекомендованопреобладаниеопилоквсмеси, для теплоизоляционного — стружки.
ABSTRACT
Objective: to study the specific of waste application in the form of sawdust and shavings for the manufacture of wood-cement material. The nonlinear dependence of the strength of the material on the granulometric composition of the waste established experimentally. The highest strength by compression was obtained for a mixture of 80 % sawdust and 20 % of cuttings (by weight). This ratio may require clarification in view of features of woodworking equipment. Recommended for structural material predominance sawdust, but for thermal insulation — shavings.
Ключевые слова: отходы деревообработки; древесно-цементный материал.
Keywords: wood waste; wood-cement material.
Введение. В данной работе рассматриваются некоторые особенности древесно-цементных материалов, которые по ГОСТ Р 54854-2011 относятся к легким бетонам на органических заполнителях растительного происхождения. В качестве заполнителя растительного происхождения далее рассматриваются отходы деревообработки в виде опилок и стружки. Под отходами понимается та часть древесного сырья, которая не попадает в основную продукцию.
На уменьшение количества отходов ориентированы многие исследования всех стадий заготовки и переработки древесины [1, 3, 4, 5, 14]. Однако проблемы уменьшения количества отходов и рационального их использования сохраняют свою актуальность [2, 13].
Опилки и стружка могут использоваться в качестве сырья для изготовления арболита и других древесно-цементных материалов. Особенности взаимодействия цемента и древесины исследованы многими авторами [6, 8, 10, 11, 13]. Предложены добавки и модификаторы древесно-цементных композиций [2, 7, 8, 11, 13]. Разработаны методы расчета, в том числе с учетом анизотропии древесно-цементных материалов [6, 9, 12, 13]. Исследовано влияние предварительной обработки опилок на прочность древесно-цементного материала [8, 15]. Однако недостаточно изучены вопросы влияния гранулометрического состава измельченной древесины как основы древесно-цементного материала на его прочность.
Материалы и методы. В качестве объекта исследования использованы образцы в форме куба с ребром 10 см, изготовленные из древесно-цементной смеси и различающиеся только соотношением количества опилок и стружки. Предмет исследования — влияние количественного соотношения опилок и стружки на прочность образцов при сжатии. Были изготовлены образцы с
соотношениями стружки и опилок (по массе): 1:0; 0,8:0,2; 0,5:0,5; 0,2:0,8; 0:1. Гранулометрический состав опилок и стружки определен ситовым методом, (таблица 1).
Таблица 1.
Гранулометрический состав наполнителя
Ячейка
сита, Опилки, % Стружка, %
мм
10 0,13 7,02
7 0,49 15,38
5 2,51 15,72
3 11,55 23,41
2 29,67 16,05
1 53,49 17,39
0,5 1,71 1,07
0,25 0,32 2,41
поддон 0,13 1,54
Всего: 100 100
Использовалась смесь при следующем соотношении компонентов в единицах массы: портландцемент М400 — 100, опилки и стружка — 100, жидкое стекло (натриевое, по ГОСТ 13078-81) — 15, сульфат алюминия (по ГОСТ 30515-97) — 7.
Структура поверхности образцов показана на рисунке 1. Цена деления линейки на рис. 1 равна 1 мм. Очевидно, что наиболее однородная структура материала имеет место при соотношении опилок и стружки (по массе) 0,8:0,2. Инструментальное подтверждение различий получено при испытаниях на сжатие (рис. 2).
Рисунок 1. Поверхность композита при соотношениях стружки и опилок (по массе): (1) 0.8:0.2; (2) 0.5:0.5; (3) 0.2:0.8; (4) 0:1. Цена деления линейки
1 мм .
Рисунок 2. Образец в испытательной машине
Образцы испытывались после набора прочности в течение 28 суток. Обозначим Й1 и Й2 = 1 — Й1, соответственно, массовую долю стружки и опилок исследуемом в композитном материале. Аналогично, Я1 и —
прочность композита с наполнителем только в виде стружки и, соответственно, только опилок. Тогда по правилу аддитивности [10] прочность композита Я0 = Я1С1 + Я2С2 (пунктир на рис. 3). В этой формуле игнорируется взаимовлияниечастиц опилок и стружки, существенно различающихся по форме и размерам.
_с
? 1,5
О)
-м
со
I 1,0
'со со О)
Ё. 0,5
Е о
и 0,0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
С2
Рисунок 3. Прочность древесно-цементного материала в зависимости от массовой доли опилок С2. Экспериментальные данные обозначены
маркерами
Заключение. Таким образом, экспериментально установлен нелинейный характер зависимости прочности древесно-цементного композитного материала от гранулометрического состава смеси опилок и стружки. Наибольшая прочность образцов в испытаниях на сжатие получена при использовании смеси 80 % опилок и 20 % стружки (по массе). Однако, с учетом вариабельности свойств древесины это соотношение может потребовать уточнения с учетом особенностей деревообрабатывающего оборудования. Дляконструкционногоматериаларекомендуетсяпреобладаниеопилоквсмеси, для теплоизоляционного — преобладание стружки. Разработка математической модели для прогнозирования свойств рассмотренного композитного материала требует продолжения исследований.
Список литературы:
1. Андреев А.А. Ресурсосбережение и использование отходов заготовки и переработки древесного сырья // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. — 2014. — № 10. — С. 148—155.
2. Борков П.В., Мелконян В.Г. Эффективные строительные материалы на основе отходов деревопереработки и металлургической промышленности
// Фундаментальные исследования. — 2014. — № 3 (часть 1). — стр. 18— 21.
3. Васильев С.Б., Девятникова Л. А., Доспехова Н.А., Колесников Г.Н. Интенсификация сортировки транспортируемых рольгангом круглых лесоматериалов по критерию длины при их подготовке к измельчению на щепу // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 10-2. — С. 257— 260.
4. Васильев С.Б., Девятникова Л.А., Колесников Г.Н. Влияние изменения длины баланса, измельчаемого в дисковой рубительной машине, на размеры частиц древесной щепы // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2012. — № 81. — С. 270—279.
5. Васильев С.Б., Колесников Г.Н., Никонова Ю.В., Раковская М.И. Влияние локальной жесткости корпуса корообдирочного барабана на изменение силы соударений и величину потерь древесины // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. — 2008. — № 96. — С. 84—91.
6. Запруднов В.И., Санаев В.Г. Макроскопические свойства древесно-цементных композитов // Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник. — 2012. — № 6 (89). — С. 168—171.
7. Лукутцова Н.П., Горностаева Е.Ю., Поляков С.В., Петров О.Р. Модифицирование древесно-цементных композиций комплексными добавками // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2013. — № 2. — С. 13—16.
8. Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции. Л.: Стройиздат, 1990. — 415 с.
9. Осипович Л.М. Исследование контактной зоны «цементный камень древесина» деревобетона // Известия вузов. Строительство. — 2007. — № 2. — С. 28—33.
10. Наумова Ю.А. Синергизм и синергические эффекты в технологии переработки полимеров // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. — 2013.
— Т. 8. — В. 3. — С. 76—86.
11. Пошарников Ф.В., Филичкина М.В. Анализ структуры смеси для опилкобетона на основании многофакторного планирования эксперимента // Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник. — 2010. — № 1. — С. 111—114.
12. Цепаев В.А., Один А.И. Длительная прочность арболита с учетом анизотропии строения // Приволжский научный журнал. — 2007. — № 1.
— С. 51—56.
13. Цепаев В.А., Яворский А.К., Хадонова Ф.И. Легкие конструкционные бетоны на древесных заполнителях // Орджоникидзе: Ир, 1990. — 134 с.
14. Шегельман И.Р. Концепция развития технологических процессов лесозаготовок с комплексным использованием древесины // Resources and Technology. — 2001. — № 3. — С. 102—104.
15. Aigbomian E.P., Fan M. Development of wood-crete from treated sawdust // Construction and Building Materials. — 2014. — Vol. 52. — Pp. 353—360.
