CC BY
47
УДК 674.2: 624.011.15
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ЦЕМЕНТНО-ВОЛОКНИСТОГО КОМПОЗИТА
НА ЕГО СВОЙСТВА
INFLUENCE OF COMPOSITION FIBER CEMENT COMPOSITE AT ITS PROPERTIES
Руденко Б.Д., Изотов В.Т., Плотников С.М. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ) Rudenko B.D., Izotov V.T., Plotnikov S.M. (SibGTU, Krasnoyarsk, Russian Federation)
Исследованы закономерности изменения прочности и плотности в зависимости от состава, приведены графические зависимости и уравнения связи. При формирования прочности на изгиб рассматриваемого композита, волокно является активным заполнителем, т.к. имеется существенное увеличение данного показателя по сравнению с цементом.
The regularities of changes in the strength and density as a function of composition are shown graphic dependence and constraint equations. When forming, etc., of bending under consideration of the composite fiber is an active filler, because there is a significant increase in this indicator compared with cement.
Ключевые слова: композиционный материал, древесное волокно, образцы, прочность при изгибе, плотность, водоцементное отношение.
Key words: composite, wood fiber, samples, etc., of the flexural, density, water-cement
ratio
Условием получения композиционного материала оптимальной структуры [1] является организация необходимого взаимодействия между компонентами. Нужное взаимодействие будет происходить при выполнении некоторого условия.
Условие получения композита = f (вяжущее, условия твердения, формирование связей между элементами, компонент(ы), состояние компонентов, взаимное расположение компонентов, соотношение компонентов, пространственная укладка компонентов, технологические условия изготовления композита).
Частные случаи получения композита будут включать меньшее число составляющих элементов, однако оптимальность структуры [1] должна быть выполнена (наилучшее соотношение компонентов, при которых функциональные возможности композита максимизированы или минимизированы).
Целью данной работы является исследование закономерностей формирования свойств композиционного материала на основе заполнителя - древесного волокна, при минимальном количестве элементов среды его получения.
При использовании древесного волокна в цементно-древесном композите не требуется использование элементов «добавка», также будем использовать обычные условия формирования среды.
В качестве древесного заполнителя использовалось высушенное древесное волокно, полученное на ЗАО Новоенисейский ЛХК. В качестве вяжущего применялся портландцемент марки 400 бездобавочный (ПЦ 400 Д20) ГОСТ 1017885.
Образцы формовались размером 4x4x16 см, выдерживались в форме 28 суток, затем производилось определение прочности на изгиб, ГОСТ 310.4-81, плотности, ГОСТ 12730.1-78 и другие показатели механических свойств.
Так как поверхность заполнителя получила новые характеристики свойств, требуется исследовать, как это влияет на формирование свойств изучаемого композита при изменении количества компонентов: цемента, древесного волокна и воды.
Наиболее удобным инструментом для данного исследования является постановка эксперимента в системе диаграммы «состав-свойство», которые наглядно отображают взаимосвязь исследуемых факторов и характеристик композита.
Для выбора интервала варьирования компонентов, используем данные [2, 3, 4], и определим их границы в пределах, указанных в таблице 1.
Таблица 1 - Значение факторов
Наименование факторов Обозначение фактора Уровни варьирования факторов, % в смеси
Верхний +1 Средний 0 Нижний -1
1 Волокно Х1 25 15 5
2 Цемент Х2 60 45 30
3 Вода Х3 65 50 35
Такой диапазон наилучшим образом характеризует исследуемую область существования факторов при формировании прочности образцов.
Для обработки экспериментальных данных по методике [5], использовались: пакет - STATGRAPHICS; Тип экспериментального плана - Mixture (смесь); план - Simplex-Ctatroid (Симплекс-центроидный план); тип модели для описания свойств смеси - Quadratic (квадратичная модель). Графическая иллюстрация полученных результатов представлена на рисунках 1,2 где указаны максимальные граничные для рассматриваемого случая содержания компонентов.
По методике [5], используя программу STATGRAPHICS по изучению смесей (Mixture), получим взаимосвязь исследуемых факторов, где Y1 - прочность
-5
при изгибе, МПа., Y2 - плотность, кг/м .
Y1 = 8,18-X1 + 55,11-X2 - 0,81-X3 -109,96-X1 -X2 - 9,06-X1 X3 - 7,56-X2 -X3 (1) Y2 = 501-X1 + 1308-X2 + 656-X3 - 939-XrX2 + 208-XrX3 + 389-X2-X3 (2)
Из рисунка 1 видно, что при увеличении содержания цемента в смеси, прочность растет, что в общем то объяснимо. Причем, в соответствии с изменением прочности, плотность изменяется практически симватно, рисунок 2. Как видим, наблюдается устойчивая связь, с повышением содержания цемента, увеличивается прочность, плотность. Изменение изучаемых свойств, в зависимости от содержания древесного волокна и воды некоторым образом взаимосвязаны.
Рисунок 1 композита
- Поверхность прочности для цементно-волокнистого
Рисунок 2 - Поверхность плотности для цементно-волокнистого композита
Заключение
1 Согласно ГОСТ 10178 - 85 предел прочности при изгибе цемента марки 400 должен соответствовать значению 5,4 МПа, в случае использования древесного волокна этот показатель увеличивается до50 МПа. Для формирования прочности на изгиб рассматриваемого композита, волокно является активным заполнителем, т.к. имеется существенное увеличение данного показателя по сравнению с цементом.
2 Наибольшая прочность соответствует содержанию компонентов, %, по массе: цемент - 60; волокно - 5; вода - 35. Что соответствует отношениям по массе компонентов: В/Ц = 0,58; В/Д = 7; Ц/Д = 12. В таблице 3 представлены сопоставимые значения отношений компонентов для арболита класса В2,5, ЦСП и рассматриваемого цементно-волокнистого композита (ЦВК).
Таблица 3 - Соотношения компонентов для арболита, ЦСП и ЦВК
Материал Соотношение компонентов
Ц/Д В/Д В/Ц
Арболит класса В 2,5 1,5 1,66 1,11
ЦСП 3 1,5 0,5
3 Наибольшее влияние на формирование прочности, при рассматриваемых условиях, оказывает содержание цемента, затем заполнитель - древесное волокно, затем вода. Эту взаимосвязь можно выразить числами: 55; 8; 1 для прочности и 1300; 500; 660 для плотности.
Список использованных источников
1. Рыбьев, И. А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ / И. А. Рыбьев. - М.:Высшая школа, 1978. - 309 с.
2. Наназашвили, И. Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции / И.Х. Наназашвили. - М.: Стройиздат, 1990. - 415 с.
3. Влияние соотношения древесной стружки на свойства древесностружечных плит на цементном связующем / Yan Jian-min, Yu You-ming, Bao Bin-fu, Qian Jun, Ye Liang-ming, Ma Ling-fei // Zhejiang linye keji = J. Zhejiang Forest. Sci. and Technol. - 2005. - 25, № 5. - С. 13-16.
4. Руденко, Б. Д. Исследование процесса и разработка технологии цементно-стружечных плит из древесины лиственницы [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.21.05: защищена 17.10.80/ Б. Д. Руденко. - Красноярск, 1980. - 143 с.
5. Дюк,В. Обработка данных на ПК в примерах [Текст] / В.Дюк. - СПб.: Питер, 1997. - 240 с.
Работа выполнена в рамках госзадания по НИР1.9/2 СибГТУ 2014 г.
