Исследование прочности цементного раствора в зависимости от характера кислотности воды затворения

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ДЕРЕВООБРАБОТКА

то же время водостойкость выше у плит на основе хвойных пород древесины, так как, кроме защитных свойств клеевого шва, дополнительную защиту оказывают смолистые вещества в древесине, а также перешедшие в отвержденное состояние при термообработке в процессе прессования. Эксплуатационные характеристики плит на основе фурфуролацетонового мономера ФА удовлетворяют требования строительной сферы и мебельной промышленности для использования их в качестве конструкционного материала, эксплуатируемого в условиях переменной влажности и контакта с водой.

Библиографический список

1. Моделирование свойств и процессов пресссова-ния реактопластов: монография / под общ. ред. А.Н. Обливина. - М.: МГУЛ, 2005. - 284 с.

2. Мельникова, Л.В. Технология композиционных материалов из древесины: 2-е изд., испр. и доп. / Л.В. Мельникова. - М.: МГУЛ, 2004. - 234 с.

3. Мелони, Т Современное производство древесностружечных и древесно-волокнистых плит / Т. Мелони; пер. с англ. А.А. Амалицкого, Е.И. Карасова.

- М.: Лесная пром-сть, 1982. - 416 с.

4. Азаров, В.И. Технология связующих и полимерных материалов / В.И. Азаров, В.Е. Цветков. - М.: Лесная пром-сть, 1985. - 216 с.

5. Тармошин, К.В. Структурообразование и свойства высоконаполненных фурановых композиций : дисс. ... канд. техн. наук / К.В. Тармошин. - М.: МНИИЖТ, 1983. - 168 с.

6. Брацыхин, Е.А. Технология пластических масс.

- 3-е изд., перераб. и доп. / Е.А. Брацыхин, Э.С. Шульгина. - Л.: Химия, 1982. - 328 с.

7. Пижурин, А.А. Исследование процессов деревообработки / А.А. Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесная пром-сть, 1984. - 232 с.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА

в зависимости от характера кислотности воды затворения

Б.Д. РУДЕНКО, доц. каф. ТКМиДСибГТУ, канд. техн. наук, Д.П. ПРОКОПЬЕВА, асп. каф. ТКМиД СибГТУ

Для получения качественных цементнодревесных материалов, таких как арболит, цементно-стружечные плиты, велокс, дюризол, бризолит, требуется преодолеть вредное воздействие используемых древесных частиц на процесс твердения портланд-

bdrudenko@mail.ru, bor.rudenko@yandex.ru

цемента. Необходимым условием твердения цемента является наличие щелочной среды, однако наличие древесины в цементном растворе приводит к снижению показателя pH. В [1] приведены результаты исследований, проведенных для определения изменения

0,5 24 72

Промежуток времени, когда определялся pH, час

Рис. 1. Изменение водородного показателя pH в водном растворе

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013

79

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 2. Изменение водородного показателя pH в щелочном растворе

водородного показателя pH в зависимости от влияния породы древесины. Рассмотрим представленные данные в виде графических зависимостей, изображенных на рис. 1 и 2. Наблюдается снижение pH в течение времени в результате выдержки древесины в воде на рис. 1 и в щелочном растворе (pH = 12) на рис. 2. Более сильное влияние на снижение pH оказывает древесина сосны, хотя с течением времени это влияние несколько замедляется. В растворе щелочи тенденция повторяется, однако временной фактор играет большую роль.

Процесс твердения цемента имеет сложную природу многочисленных взаимодействий. Однако характерным моментом данного процесса является то, что в воде, присутствующей в капиллярах и порах цементного камня, находятся в растворенном виде разные вещества. Главное место занима-

Т а б л и ц а 1

Показатели кислотности используемой

воды затворения

Вода затворения Величина pH

Экстракт древесины ели 5,6

Экстракт древесины сосны 5,2

Экстракт древесины лиственницы 4,2

Раствор кислоты лимонная 1 5,6

Раствор кислоты лимонная 2 5,2

Раствор кислоты лимонная 3 4,2

Раствор кислоты серная 1 5,6

Раствор кислоты серная 2 5,2

Раствор кислоты серная 3 4,2

ют гидраты окисей кальция, натрия, калия и др., количество которых достигает величины 1,5 г/л (в пересчете на СаО), в связи с чем наблюдается высокая щелочность среды. Показатель концентрации ионов водорода pH при этом может доходить до 13 [2].

Можно предположить, что любое нарушение равновесия в образующейся системе, особенно изменение одного из главных показателей, величины pH, отразится на показателях образующейся структуры вообще и прочности в частности. Это будет одной из причин снижения прочности цементно-древесных материалов.

Целью данной работы является исследование прочности цементного раствора при использовании воды затворения разной кислотности для выбранных пород древесины. Кроме того, исследовать влияние характера кислотности, который определяется использованием воды затворения двух видов, как экстракты древесины и как растворы кислот, органической и неорганической, соответственно соответствующим показателем pH. (Вид древесины и вид воды затворения).

В ходе эксперимента использовались образцы, изготовленные из портландцемента марки ПЦ 400 ДО ГОСТ 31108-2003. В качестве заполнителя применялся песок строительный ГОСТ 8736-93, в соотношении Ц/П = 1/3. В качестве воды затворения выбраны водные экстракты ели, сосны и лиственницы, кислотность которых указана в табл. 1.

80

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ДЕРЕВООБРАБОТКА

Таблица 2

Прочность на сжатие цементной композиции

Вид древесины (А) Прочность, МПа

Вид воды затворения

Раствор лимонной кислоты

код В1 код В2 код В3

Ель (pH = 5,6) код А1 2,029 2,031 2,027 2,237 2,230 2,244 2,694 2,690 2,698

Сосна (pH = 5,2) код А2 1,783 1,780 1,786 1,884 1,880 1,888 2,176 2,170 2,182

Лиственница (pH = 4,2) код А3 1,653 1,650 1,656 1,674 1,670 1,678 0,011 0,023 0,045

Также использовались соответствующие, для полученных pH, растворы органической (лимонной) и неорганической (серной) кислоты, табл. 1. Для изготовления контрольных образцов принята дистиллированная вода с показателем рН = 7. Эксперименты проводились в лабораторных условиях.

В смесь из песка и портландцемента добавляли воду затворения соответствующей кислотности и вида кислоты. После смешивания компонентов полученные образцы выдерживались в формах при комнатных условиях в течение 28 суток. Испытания на прочность при сжатии проводились согласно ГОСТ 5802-86.

Рассмотрим дисперсионный анализ для выявления закономерностей влияния этих факторов. Так как в основе его лежит разложение общей вариации рассматриваемой (случайной) величины на слагаемые, которые не зависят друг от друга, то эти слагаемые характеризуют влияние выбранного фактора на исследуемое свойство, а также их взаимодействия. В качестве факторов рассмотрим показатель кислотности водного раствора для затворения цементного раствора, который соответствует экстрактам для древесины ели сосны и лиственницы (вид древесины) и вид воды затворения (раствор лимонной, серной кислот и экстракт древесины лиственницы).

При использовании дисперсионного анализа требуется соблюдать определённые требования:

- результататами наблюдений могут быть только независимые случайные величины;

- рассматриваемые результаты должны иметь нормальное распределение;

- оцениваться одинаковой дисперсией.

При соблюдении этих требований можно дать оценку значимости полученных значений дисперсий и математических ожиданий, а также построить доверительные интервалы [3]. Рассмотрим полученные данные, представленные в табл. 2.

Варьируемые факторы: А - Вид древесины; его уровни код А1, код А2, код А3. Фактор В - Вид воды затворения; его уровни код В1, код В2, код В3. Число уровней каждого фактора равно m = k = 3. Каждый вариант испытывался для каждого вида древесины, поэтому получилось m-k = 9 различных сочетаний уровней факторов. Для каждого из них получено 3 образца, n = 3. Общее число наблюдений N = m-k-n = 27. Выходной величиной эксперимента является предел прочности при сжатии, МПа.

Согласно методике [4], полученные результаты обработанысредствами Multifactor ANOVA, из программы Statgraphics. Воспользуемся графическими возможностями отображения результатов анализа, проведенного для полученных результатов.

На рис. 3 показан график зависимости средних значений прочности в зависимости от уровня pH. Ясно видно, что уровень pH сильно влияет на значения получаемой прочности образцов. Вместе с тем, наибольшая прочность наблюдается для величины pH 5,2, а не 5,6, как можно было ожидать.

При рассмотрении влияния взаимодействия вида воды затворения и уровня pH (рис. 4) видно, что с уменьшением величины pH прочность значительно уменьшается (практически до нуля) для лиственницы, од-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013

81

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 4. График взаимодействия исследуемых факторов

нако для ели и сосны наблюдается некоторое увеличение прочности.

Величина прочности образцов из цементного раствора зависит от вида воды за-творения, наибольшая прочность соответствует древесине ели, затем древесина сосны и наименьшая прочность соответствует использованию экстракта древесины лиственницы (рис. 4, легенда). Данные по распределению прочности соответствуют данным [1], где приведены значения прочности арболита из ели и сосны. Причем, по данным [1,5] прочность арболита из древесины сосны на 15 % меньше прочности арболита из ели. В нашем случае уменьшение составляет 16 %. Данные [6], в которых приведена степень пригодности древесины для цементных бетонов, также соответствуют полученным результатам.

Следует заметить, что контрольный образец (показатель для воды затворения рН = 7) имеет прочность 4 МПа. Это показывает, что снижение величины pH воды затворения приводит к общему уменьшению прочности.

Уменьшение pH воды затворения цементного раствора приводит к уменьшению прочности образцов на сжатие. Величина уменьшения прочности соответствует породе древесины. Использование экстракта древесины лиственницы со значением pH 4,2 в качестве воды затворения для цементного раствора приводит к значительной потере прочности образцов. Видно, что кроме кислотности на процесс набора прочности цементного раствора влияют также и особенности строения древесины лиственницы. Наиболее характерным является значительное содержание водорастворимых ве-

82

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013