СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ДРЕВЕСНОГО КОРОЗАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ БЕТОНОВ
METHOD OF PREPARIN CONCRETE BARK FILLER

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для подготовки древесного заполнителя при производстве легкого бетона, арболита или золошлакокоробетона.
Известны легкие бетоны с применением древесного заполнителя, называемые арболитом (Арболит / под ред. Г.А.Бужевича. - М., 1968. - С.3-12.; Арболит. Производство и применение / Сост. В.А.Арсенцев. - М., 1977. - С.3-14.; Справочник по производству и применению арболита / под ред. И.Х.Наназашвили. - М., 1987. - С.4-20). В соответствии с требованиями ГОСТ 19222-84 в древесной дробленке (заполнителе для бетона) не допускается содержание коры более 10% по массе сухой смеси заполнителя из-за наличия редуцирующих веществ и ее высокой реакционной способности по отношению к цементному вяжущему. Таким образом, кора практически не используется и идет в отвалы или сжигается, загрязняя атмосферу.
Известны способы подготовки древесного заполнителя в горячих растворах хлорида кальция (а.с. №1740346) или в водной суспензии дрожжей с ячменным суслом (а.с. №1456387), однако данные способы подготовки отличаются сложностью технологического цикла и многокомпонентностью пропитывающих составов. Кроме того, рекомендуемые растворы требуют длительного времени пропитки в течение многих часов или суток, а выделяемые из горячих пропиточных составов химические реагенты опасны для работающих на данном производстве. Получаемый при такой подготовке переувлажненный древесный заполнитель требует длительной сушки, т.е. больших временных и энергетических затрат.
3
Известен состав арболитовой сырьевой смеси по а.с. №1719343, содержащий кору, покрытую керосинобитумной эмульсией, однако получаемый по этому рецепту арболит отличается низкими показателями прочности (менее 3,0 МПа) при достаточно высоком расходе цемента (более 350 кг/м).
3
3
3
3
В целях более полного применения коры деревьев, объем которой достигает 12-15% от общего объема перерабатываемой древесины, т.е. миллионы тонн, а также для повышения прочности бетона с древесным заполнителем при пониженном расходе минерального вяжущего древесный заполнитель - кора деревьев - подвергается следующим подготовительным операциям: дробление корозаполнителя до фракции 0,003-0,025 м с последующим увлажнением коры до влажности 30-60% (в зависимости от породы древесины) и обработки (опудривания) гипсом для кольматации пор и повышения адгезионной способности поверхности коры. После этого корозаполнитель покрывают полимерсиликатной защитной композицией из латекса и жидкого стекла в соотношении 88-92%:8-12%. Получаемый таким способом корозаполнитель характеризуется низкой насыпной плотностью (250-450 кг/м), хорошей водостойкостью, нейтральной средой по отношению к цементному вяжущему и длительным сроком хранения. Полученные на основе корозаполнителя легкие бетоны отличаются пониженной плотностью (до 600-700 кг/м), высокими теплозащитными свойствами (коэффициент теплопроводности менее 0,25-0,30 Вт/(м·°С) при минимальных расходах цемента (до 200 кг/м) вместо 350-450 кг/м для обычного арболита.
Пример. Предварительно раздробленная кора фракции 3-20 мм, увлажненная до
3
30-60% опудривается гипсом, после чего подвергается обработке полимерсиликатным составом. Полученный органический корозаполнитель насыпной плотностью 280-340 кг/м дозируется в соответствии с рекомендуемой рецептурой и смешивается в течение 2-3 минут с золошлаковой смесью, цементом и водой для получения однородной массы, после чего полученная смесь укладывается в форму, уплотняется и твердеет в течение двух суток в форме, а затем без формы при нормальной температуре +18-20°С до набора 50-75% расчетной марочной прочности. Качество подготовки древесного сырья (коры) определяли по водородному показателю водного раствора с находящимися в нем гранулами. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
Изменение водородного показателя водной вытяжки защищенных образцов коры
№ п/п
Защитная композиция
Расход, кг/м<sup>3</sup>
Водородный показатель, рН
Сосна
Осина
Береза
1.
Без защиты
-
3,2-3,7
3,9-4,1
3,8-4,2
2.
СФЖ-3066
0,3
4,1-4,4
4,4-4,7
4,2-5,1
СФЖ-3066
0,4
4,7-5,0
4,8-5,2
4,7-5,1
3.
Латекс
0,3
3,9-4,2
4,1-4,8
4,5-5,0
Латекс
0,4
5,0-5,3
4,8-5,0
5,2-5,4
4.
Жидкое стекло (ЖС)
0,3
3,4-4,1
3,9-4,3
3,9-4,2
Жидкое стекло (ЖС)
0,4
4,0-4,5
4,3-4,8
4,3-4,6
Жидкое стекло (ЖС)
0,5
5,2-6,1
5,2-5,6
5,3-5,7
Жидкое стекло (ЖС)
0,6
6,1-6,2
6,0-6,4
5,7-6,5
5.
Латекс + ЖС (5%)
0,3
3,4-3,9
4,1-4,8
4,0-5,2
Латекс + ЖС (7%)
0,2
4,8-5,5
5,2-5,7
4,7-5,9
Латекс + ЖС (8%)
0,2
6,3-6,5
6,2-6,5
6,0-6,4
Латекс + ЖС (10%)
0,2
6,4-6,6
6,3-6,5
6,4-6,6
Латекс + ЖС (12%)
0,2
6,4-6,6
6,5-6,6
6,3-6,5
Латекс + ЖС (13%)
0,3
5,9-6,2
5,8-6,1
5,8-6,2
Латекс + ЖС (20%)
0,4
5,6-6,0
5,8-6,0
5,9-6,1
3
Анализируя степень влияния защитных композиций на исключение прямого контакта сахаров коры с цементным камнем и отрицательным воздействием на формирование структуры бетона, можно сделать вывод о значительных материальных затратах, т.к. средний расход компонентов составляет от 30-40 кг до 100 и более кг/м заполнителя, что практически неприемлемо. Поэтому были проведены исследования по модифицированию латекса СКС-65ГП жидким стеклом с целью увеличения вязкости и создания условий по снижению пропитывающей способности латексом древесной коры.
Совмещение жидкого стекла с латексом при соотношениях от 1:1,2 до 1:0,4 приводит к расслоению композиции, разделению на фракции и получению составов, не обладающих защитной пленкообразующей способностью с очень большими сроками высыхания состава.
Введение жидкого стекла в латекс также сопровождается изменением свойств композиции, в первую очередь, резким увеличением вязкости системы. В интервале 8-12% расхода жидкого стекла в латексе отмечено равновесие композиции по вязкости (η=100-120 с по ВЗ-4) адгезии и укрывистости. Такой модифицированный латекс, обладая повышенной вязкостью, создает благоприятные условия по защите пористого минерального и органического заполнителя без излишнего расхода пленкообразующей композиции на пропитку и заполнение открытых пор.
Дальнейшее увеличение содержания жидкого стекла от 12 до 25% приводит к интенсивной коагуляции композиции, сопровождаемой повышением вязкости системы и приводящей к образованию пастообразного состава. В то же время для латексных композиций с добавкой 8-12% жидкого стекла отмечено формирование достаточно устойчивой прочной пленки, обладающей высокой адгезией к коре различных пород деревьев.
С учетом проведенных исследований была выявлена потребность предварительной кольматации пор и пустот, т.к. корозаполнитель обладает значительной открытой пористостью и водопоглощением от 60 до 200%. Уменьшение открытой пористости осуществляли минеральными порошками: золой, гипсом, цементом, глиной. Нанесение минеральных тонкодисперсных материалов производилось в барабанном бетоносмесителе путем обычного перемешивания в течение 60-120 с. Затем осуществлялось взвешивание образцов и производился расчет средней величины «прилипшего» порошка. При этом варьировалась влажность коры от абсолютно сухой до 60-90%.
В таблице 2 представлены оценочные результаты этих исследований для различных пород коры и средних значений влажности, а также адгезионной способности корозаполнителя при обработке минеральными порошками. При этом фиксировались не только показатели расхода минерального порошка (гипса) и полимерной композиции, но и учитывалась устойчивость защищенного (обработанного) корозаполнителя к истирающим воздействиям в бетоносмесителе.
Таблица 2
Результаты обработки корозаполнителя минеральным порошком
Вид коры
Средняя влажность коры, %
Адгезия корозаполнителя
Зола
Гипс
Цемент
Глина
0
Неуд.
Неуд.
Неуд.
Неуд.
10
Удовл.
Хор.
Удовл.
Неуд.
30
Удовл.
Отл.
Хор.
Удовл.
60
Неуд.
Отл.
Хор.
Неуд.
90
Неуд.
Удовл.
Удовл.
Неуд.
Осина
0
Неуд.
Неуд.
Удовл.
Неуд.
10
Неуд.
Удовл.
Удовл.
Неуд.
30
Неуд.
Хор.
Хор.
Неуд.
60
Неуд.
Удовл.
Удовл.
Неуд.
0
Неуд.
Неуд.
Удовл.
Удовл.
10
Неуд.
Хор.
Удовл.
Неуд.
30
Неуд.
Хор.
Удовл.
Неуд.
60
Неуд.
Удовл.
Неуд.
Неуд.
Из таблицы 2 следует, что лучшей удерживающей способностью минерального порошка обладает увлажненная кора: до 25-30% для осины и березы и до 30-60% - для сосны. Снижение влажности коры приводит к уменьшению удерживающей способности корой минерального порошка и, как следствие, распределение его в полимерном составе при нанесении защитной композиции. При этом следует отметить повышенный расход полимерной защитной композиции за счет активного проникновения в открытые поры коры, что экономически нецелесообразно. При доведении влажности коры березы и осины до 60% и более имеет место крайне низкая адгезия защитного состава из-за большой толщины слабо затвердевшего минерального порошка, что приводит к массовым дефектам покрытия.
Таким образом, дополнительным рациональным приемом подготовки корозаполнителя для золошлакобетона можно считать его обработку гипсом при предварительном увлажнении сосновой коры до 45±10% и березовой и осиновой коры - до 30±5%. Это обеспечивает снижение открытых пор при достаточно высоких значениях адгезии и минеральных расходах полимерной защитной композиции и отвечает технологическим требованиям корозаполнителя при его совмещении с золошлакобетонной смесью в барабане бетоносмесительной установки.
3
Состав и свойства золошлакокоробетона в производственных условиях представлен в таблице 3 (в кг на 1 м)
Таблица 3
Составы и свойства производственных замесов ЗШКБ
Компоненты
Осиновая кора
Березовая кора
Портландцемент
215-235
260-280
Золошлаковая смесь
370-395
410-460
Корозаполнитель
175-200
225-265
Вода (Щ)
1,4
1,5
Пластификатор - подмыльный щелок
1,5-1,8
1,9-2,5
Свойства
Показатели
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
820
870
Предел прочности при сжатии, МПа
5,1
7,5
То же, при изгибе, МПа
1,0
1,4
Теплопроводность, Вт/(м·°С)
0,28
0,31
Водостойкость
0,87
0,90
Водопоглощение, %
8,9
7,8
Морозостойкость, циклы
25
25