CC BY
24<<шушдщщ~^©[шма1>>#2щ12)),2(ж / Ошибка! Неверная ссылка закладки._
Ошибка! Неверная ссылка закладки.
УДК 66.022.32
Лебедева Н.А.
Научные руководители: Воропай Л.М., канд. хим. наук., доцент Тихановская Г.А., канд. биол. наук., доцент Вологодский государственный университет DOI: 10.24411/2520-6990-2019-11107 ЗАВИСИМОСТЬ ПРОЦЕССОВ ТВЕРДЕНИЯ ОТ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА
АРБОЛИТА
Lebedeva N. A.
Scientific advisors:
Voropay L. M., Candidate in Chem. sciences, assistant professor Tikhanovski, G. A., Candidate of biol. sciences, assistant professor
Vologda state University
DEPENDENCE OF HARDENING PROCESSES ON THE GRANULOMETRIC COMPOSITION OF
ARBOLITE
Аннотация
Данная статья посвящена определению гранулометрического состава древесного заполнителя и изучению его влияния на скорость схватывания композита. В результате исследования установлена зависимость изменения массы образцов арболита от гранулометрического состава древесного заполнителя. Введение древесной опилочной смеси способствует сохранению определенной концентрации воды в структуре арболита, в результате чего сохраняется масса исследуемых образцов арболита через семь суток, когда объемная концентрация опилок составляет 0,20% от общего объема древесной смеси. Плотность полученных образцов соответствует отметке плотности марок D500-D800.
Abstract
This article is devoted to the determination of the granulometric composition of wood aggregate and the study of its influence on the rate of setting of the composite. As a result of research dependence of change of weight of samples of arbolite on granulometric structure of wood filler is established. Introduction of wood sawdust mixture contributes to the preservation of a certain concentration of water in the structure of arbolit, resulting in continued weight samples of arbolit after seven days, the volumetric concentration of the sawdust is 0.20% of the total wood volume of the mixture. The density of the samples obtained corresponds to the density mark D500-D800.
Ключевые слова: гранулометрический состав, арболит, древесный заполнитель, вторичные ресурсы, гравиметрический метод.
Key words: granulometric composition, arbolite, wood aggregate, secondary resources, gravimetric method.
Одним из ключевых моментов повышения эффективности производства строительных материалов является использование вторичных ресурсов. Применение отходов деревоперерабатываю-щих и лесозаготовительных предприятий в качестве сырья при получении новых строительных композиционных материалов, таких как арболит, позволяет частично решить проблему глубокой переработки древесины, а также расширить рынок строительных материалов, которые можно использовать не только в качестве теплоизоляционных материалов, но и конструкционных [1]. Сырьем для производства арболита является цемент, к которому в качестве древесного заполнителя добавляют целлюллосодержащие вещества, разного гранулометрического состава, например щепу, которая имеет размеры до 30 мм и древесные опилки.
В качестве вяжущего применяют портланд-
цемент, который при добавлении воды подвергается схватыванию и твердению. При твердении происходит сцепление частиц древесины с цементом с формированием гетерогенной структуры.
Известно, что свойства арболита зависят от многих факторов - марки портландцемента, во-доцементного соотношения, химического состава древесного заполнителя, условий выдержки, а также от гранулометрического состава заполнителя, которые в свою очередь влияют на силы сцепления древесного заполнителя и частиц портландцемента. Значением сил сцепления колеблется от 0,05 МПа до 1,3 МПа [2]. Размеры древесных фракций влияют на скорость схватывания композита; процессы массообмена, протекающие при формировании структуры арболита; а также характеристики композита, такие как механическая прочность при сжатии, водопоглощение, коэффициент теплопроводности, морозостойкость, удель-
Ошибка! Неверная ссылка закладки. / «СО
готовлены образцы древесного заполнителя с разным гранулометрическим составом.
Подготовка при получении опытных образцов проводилась на участке предприятия «ПК Тех-станки» г. Вологда. В качестве сырья при производстве композиционной смеси используют древесные отходы, еловые щепа и опилки. Древесные отходы сортируют и измельчают в дисковой рубильной машине, для получения щепы. Для получения однородной, регламентированной требованиями стандарта, массы заполнителя, щепа после измельчения проходит одноуровневый отсев через сито с размерами ячейки 30 мм. Крупные частицы направляются на повторное измельчение в рубильную машину.
Для определения влияния мелких древесных фракций - опилок на процессы твердения готовили растворную смесь с разными соотношениями щепы и еловых опилок, состав которой представлен в таблице 1. После приготовления древесной смеси они поступают в смеситель, куда также подаются другие компоненты будущего композита: цемент, сульфат алюминия и вода. При приготовлении смеси к цементу массой 300 кг добавляется древесный заполнитель, объем которого составляет 1,1 м3, сульфат алюминия массой 10,4 кг и 167 литров воды. Древесный заполнитель имеет разный фракционный состав. В первый образец добавляют только щепу; начиная со второго образца в заполнителе увеличивают содержание опилок и уменьшают фракцию щепы, в следующей пропорции 7,6:1; 5,4:1; 4,2:1; 3,3:1; 2,3:1.
После тщательного перемешивания готовая арболитовая смесь укладывается в формы, в которых методом вибропрессования подвергается уплотнению и далее поступает на склад первичной выдержки, где при постоянной температуре находится не менее 12 часов, после чего происходит распалубка изделия и укладка его для последующей выдержки в течении 28 суток при температуре 16-20°С и влажности 65%.
Таблица-1
ная плотность. Известно, что чем больше размеры древесного заполнителя, тем сложнее получить плотную и вязкую структуру арболита с высоким пределом прочности. Однако, использование в качестве заполнителя только фракций древесных опилок, также недопустимо, так как полученный композит имеет большее значение удельной плотности и высокий коэффициент теплопроводности. Выполненные предварительно исследования доказывают, что оптимальным решением этой проблемы является применение в качестве заполнителя смеси щепы и опилок.
В связи с этим целью данной работы является выявление гранулометрического состава древесного заполнителя и исследование влияния гранулометрического состава на скорость схватывания композита. При выполнении данного исследования решаются следующие задачи:
1. Подобрать оптимальный гранулометрический состав древесного заполнителя, для получения арболита.
2. Исследовать влияние древесных опилок на процессы структурообразования арболита.
Объект исследования - изучение влияния древесных опилок на процессы структурообразования арболита.
Предмет исследования - древесные фракции разных размеров опилки, щепа.
При выполнении работы использовались современные методы анализа: гравиметрический, фотоэлектроколориметрический, титриметриче-ский. Чтобы сделать вывод о возможности применения разного гранулометрического состава древесного заполнителя при производстве арболита, необходимо экспериментальным путем определить на первом этапе исследования особенности изменения массы арболитовой смеси в процессе твердения, по величине которой можно сделать предварительный вывод о формировании структуры арболита с определенными ее эксплуатационными характеристиками. В связи с этим были при-
Составляющие экспериментального замеса
№ образца Технологическая щепа, м3 Опилки, м3 Цемент, кг АЬ^Ь, кг Вода, л.
1 1,08 0 300 10,4 167
2 0,95 0,125 300 10,4 167
3 0,92 0,17 300 10,4 167
4 0,875 0,21 300 10,4 167
5 0,83 0,25 300 10,4 167
6 0,75 0,33 300 10,4 167
При выполнении эксперимента использовали гравиметрический метод анализа, т.е. особенности процессов твердения определяют по изменению массы арболита за счет процессов дегидратации, в
зависимости от срока выдержки. В процессе твердения испытуемых образцов арболита. Образцы взвешиваются через 3, 7, 14 и 28 суток после распалубки. Результаты представлены в таблице 2.
<<шушетим~^®и©мак>>#28(1!2)),2©1]9 / Ошибка! Неверная ссылка закладки.
Таблица-2
Зависимость изменения массы растворной смеси от ее гранулометрического состава
№ образца Фракционный состав за- 3 полнителя, м3 Масса арболита в возрасте сут., кг
Щепа, м3 Опилки, м3 1 сутки 3 сутки 7 сутки 14 сутки 28 сутки
1 1,08 0 18,33 17,08 15,83 13,95 13,75
2 0,95 0,125 20 18,33 16,67 16,67 15,83
3 0,92 0,17 25,83 22,5 20,83 19,17 18,33
4 0,875 0,21 20 19,17 18,26 18,26 18,26
5 0,83 0,25 19,17 18,68 17,43 17,43 17,43
6 0,75 0,33 21,58 20,75 19,92 19,92 19,92
Из анализа полученных данных следует, что в процессе набора марочной прочности (в течение 28 суток) объемная масса образцов уменьшается от 7,5% до 25%. Причем наибольшая потеря массы в течение данного периода наблюдается в образцах с большим содержанием щепы и меньшим содержанием опилок. Это объясняется тем, что опилки больше поглощают свободной влаги. Введение в смесь опилок, приводит также к уменьшению пористости арболита за счет заполнения пор фракциями опилок, следствием чего является увеличение плотности.
Значительное снижение массы образца, не содержащего в составе заполнителя опилочной фракции, является следствием активной миграции влаги к поверхности образцов и последующей дегидратации. При этом формируется крупнопористая структура, схватывание и твердение при этом происходит значительно быстрее, что отражается на скорости процессов схватывания. Однако активное и быстрое удаление влаги из структуры композита вызывает преждевременное обезвоживание контактной зоны древесина - цемент и негативно отражается на процессе гидратации цементного клинкера. При внесении опилок, пористость уменьшается, т.к. мелкие древесные частицы заполняют контактную зону между крупными элементами, создают более плотную однородную структуру. При этом удаление влаги из материала происходит медленнее, за счет чего поддерживается оптимальное содержание влаги для структу-рообразования. Поэтому, изменение массы образцов арболита, которые получают с добавлением опилок, прекращается уже через 7 суток, где объ-
емная доля опилок составляет примерно 20%.
Таким образом, установлена зависимость массы образцов арболита от гранулометрического состава древесного заполнителя. Чем больше содержание опилок в смеси, тем меньше наблюдается изменение массы арболита в течение 28 суток после распалубки в процессе структурообразования. Следовательно, можно предположить, что введение в состав древесной смеси опилок способствует сохранению определенной концентрации воды в структуре арболита, следствием чего является сохранение постоянства массы испытуемых образцов арболита через семь суток, при объемной доле опилок 0,20% от общего объема древесной смеси. Прекращение испарения внутренней воды способствует увеличению скорости схватывания и формированию более плотной структуры. Плотность полученных образцов соответствует марке по плотности D500-D800. Арболит с такой плотностью можно использовать как в качестве теплоизоляционного материала, так и конструкционного.
Список литературы
1. Осипов Ю. Р., Воропай Л. М., Сеничев В. П. Эффективность применения ультразвуковой технологии в процессе структурообразования дре-весно-цементного композита // Экология и промышленность России. - 2016. - №2. - С. 4-8.
2. Композиционные материалы на основе модифицированных древесных опилок обработанные ВЧ плазмой / Р. Р. Сафин, Л. И. Аминов, Е. Ю. Разумов [и др.] // Деревоперерабатывающая промышленность. - 2009. - №1. - С. 24-26.
