Разработка модифицированного опилкобетона с повышенными эксплуатационными характеристиками

ARCHITECTURE AND CONSTRUCTION | Juvenis scientia 2016 № 1

33

разработка модифицированного опилкобетона с повышенными эксплуатационными характеристиками

Д. С. Фунтяков, М. А. Смирнов

Тверской государственный технический университет Россия, 170026, г. Тверь, наб. Афанасия Никитина, 22

Представлены результаты, доказывающие целесообразность и эффективность использования полимерной добавки в производстве опилкобетонных изделий. Полученные образцы обладают повышенными прочностными характеристиками, по сравнению с образцами без введения добавки. Показана возможность регулирования физикомеханических характеристик материала путем введения полимерной добавки.

Ключевые слова: строительство, опилкобетон, комплексная добавка, модификатор, теплоизоляция, свойства, технология, безотходное производство.

development of a modified sawdust concretewith improved performance characteristics

D. S. Funtyakov, M. A. Smirnov

Tver State Technical University

22 Afanasy Nikitin Emb., 170026, Tver, Russia

The results prove the feasibility and effectiveness of the use of polymer additives in the production sawdust concrete products products. The samples have high strength characteristics, in comparison with samples without the introduction of additives. The possibility of the regulation of physico-mechanical characteristics of the material by the introduction of polymer additives.

Keywords: construction, sawdust concrete, complex additive, modifier, thermal insulation, properties, technology, non-waste production.

На сегодняшний день крупные промышленные города столкнулись с проблемой утилизации древесных отходов. Например, в Москве ежедневно вывозится на полигоны ТБО до 5 тыс. кубометров древесных отходов ежедневно. Однако предприятия по хранению и утилизации отходов неохотно принимают данный вид отходов по причине их горючести [1]. В связи с этим, помимо ячеистого бетона и керамзитобетона, широкое применение в строительстве находят легкие бетоны на основе отходов древесной промышленности [2]. Одна из причин использования древесины - экологическая безопасность теплоизоляции, созданной на основе древесных частиц, которая сочетается и с другими свойствами, привлекающими потребителей. Помимо прочего практически все органические теплоизоляционные материалы изготавливаются в виде крупноразмерных блоков, что упрощает производство строительных работ и удешевляет строительство [3]. Помимо некоторых эксплуатационных преимуществ в пользу теплоизоляции на основе древесины говорит и тот факт, что основное сырье для этого материала - возобновляемый ресурс. Основным сырьем служат древесные отходы: опилки, стружка, горбыль.

Главной проблемой опилкобетонных изделий являются вредные примеси, содержащиеся в опилках. К таким вредным веществам относятся моносахара, замедляющие гидратацию вяжущего вещества (портландцемента), создавая оболочку вокруг зерен вяжущего, которая препятствует к ним доступу воды затворения. Следовательно, при обычном перемешивании цементного теста с опилками невозможно получение качественного и долговечного опилкобетонного изделия [4]. Возникает необходимость применять специальные химические добавки, которые будут решать две задачи: исключение образования пленки вокруг зерен вяжущего вещества и создание пленки вокруг частиц древесного наполнителя с целью защиты цемента от вредных веществ, содержащихся в опилках [5].

К таким добавкам относятся хлористый кальций, хлорид алюминия и комплексные добавки на их основе; латексы, жидкое стекло и др. Например, жидкое стекло выполняет одновременно огне- и биозащиту древесины. В древесине образуется кремниевая нерастворимая кислота, продлевающая антипиреновый и антисептический срок действия модификатора. Плюсом к этому улучшается адгезия дерева к вяжущему компоненту. Жидкое стекло выступает в качестве ускорителя твердения, однако, конечная прочность полученных изделий снижается примерно в 1.5-2 раза по сравнению с изделиями, в которых в качестве минерализатора применялся хлористый кальций [6, 7].

Повышенная прочность опилкобетонных изделий, модифицированных полимерной добавкой, объясняется повышением адгезии между составными компонентами сырьевой смеси и увеличением контактной зоны между частицами [8].

Основываясь на этом, в проекте модификации опилкобетона предлагается применение комплексной полимерной добавки, которая как предполагается будет нейтрализовывать действие моносахаров и обладать свойствами антипирена, благодаря наличию в своем составе гидроксида алюминия. Данная добавка является отходом одного из предприятий Тверской области по производству стеклохолста.

В лаборатории кафедры ПСК Тверского государственного технического университета были изготовлены опытные образцы опилкобетона из следующих сырьевых компонентов: портландцемент М500, опилки хвойных пород древесины (опилки мелкие: кг/мз; опилки крупные (стружка): кг/мз;),

песок, вода, минерализатор. В качестве минерализатора использовался хлорид кальция в порошкообразном виде. В качестве добавки-модификатора использовался полимерный отход производства стеклохолста финской компании «Ahlstrom».

Было использовано два способа совмещения опилкобетона с добавкой модификатором:

34

Juvenis scientia 2016 № 1 | АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО

1. Добавка, представляющая собой шлам очистки сточной воды от производства стеклохолста, находилась в твердом (творожном) состоянии и разбавлялась водой затворения. Основа сухого остатка - гидрооксид алюминия как продукт гидролиза сульфата алюминия, сульфат алюминия, сульфат натрия;

2. Добавка находилась в жидком состоянии, представляет собой чистый отход производства стеклохолста - акриловые полимеры, частично присутствует мочевино-формальдегид-ная смола.

Перед испытаниями добавки-модификатора были проведены следующие опыты: определение наиболее плотной упаковки частиц древесного наполнителя (параметром наиболее плотной упаковки служит величина насыпной плотности) и выбор минерализации смеси. По результатам данных опытов установлено, что наилучшие прочностные результаты достигаются при равном соотношении крупных (стружки) и мелких опилок в составе сырьевой смеси (Рисунок 1).

В качестве минерализатора принято использовать хлористый кальций. Для дополнительной минерализации в состав вводится гипсовое вяжущее марки Г7 в количестве 20% от портландцемента. Зависимость прочности образцов на сжатие от количества введенного гипсового вяжущего представлена на рисунке 2.

Изготовление сырьевой смеси проводилось смешиванием сухой смеси из портландцемента, гипса и песка с опилками с водой затворения. Уплотнение сырьевой смеси осуществлялось методом вибрирования с пригрузом. Для изготовления опытных образцов были использованы стандартные металлические формы-кубы размером 100 100 100 мм. Испытание полученных образцов на прочность проводилось на гидравлическом прессе.

03 1 1 £ 0,9 03 £ 08 03 ь О 0,6 3 . а. 0,5 Г Зависимость прочности на сжатие от количества стружки

0 25 50 75 100 Содержание стружки, %

Рисунок 1 - Определение наиболее плотной упаковки опилок в сырьевой смеси

Рисунок 2 - Подбор оптимального количества гипса

Первый способ совмещения опилкобетона с добавкой-модификатором. Добавка вводилась в состав в твердом состоянии, предварительно растворенной в воде затворения с хлористым кальцием. Добавка вводилась в состав сырьевой смеси в количестве от о до 25% от массы вяжущего вещества. Сырьевая смесь перемешивалась 3 минуты, была провибри-рована на виброплощадке с использованием металлического пригруза. Были определены показатели прочности образцов на сжатие в зависимости от концентрации добавки.

Рисунокз - Зависимость прочности образцов от концентрации добавки: ряд 1 - прочность образцов в возрасте 28 суток; ряд 2 -прочность образцов в возрасте 7 суток.

Зависимость прочности образцов от концентрации добавки (Рисунок з) показывает, что максимальное значение прочности при сжатии достигается при концентрации добавки около 15% в возрасте 7 и 28 суток. При более высоких концентрациях добавки прочность образцов на сжатие снижается. Это объясняется тем, что при большем содержании добавки в воде затворения, соответственно, содержится и большее количество полимеров, ухудшающих гидратацию портландцемента.

Введение в состав смеси добавки-модификатора в жидком виде. Добавка вводилась в состав в жидком состоянии в количестве от 25 до 100% от воды затворения. Процесс формования производился идентично первому способу совмещения. Образцы были испытаны в возрасте 7 и 28 суток. Результаты испытаний представлены на рисунке 4 (погрешность измерений 0.05 МПа).

Испытания показали, что содержание добавки, равное 50% от воды затворения, дает максимальный прирост прочности образцов на сжатие. При увеличении количества модификатора свыше 50% от воды затворения происходит снижение прочности образцов на сжатие. Это обусловлено тем, что

Рисунок 4 - Зависимость прочности образцов от концентрации добавки в жидком виде: ряд 1 - прочность образцов в возрасте 28 суток; ряд 2 - прочность образцов в возрасте 7 суток.

ARCHITECTURE AND CONSTRUCTION | Juvenis scientia 2016 № 1

35

в составе смеси значительно уменьшается количество воды затворения, в следствие чего ухудшается процесс гидратации портландцемента.

Таким образом, установлено, что введение в сырьевой состав смеси добавки-модификатора существенно улучшает прочностные показатели опилкобетона. Применение указанной добавки-модификатора показало улучшение прочности на сжатие приблизительно на 40% по сравнению с образцами без введения модификатора. Это обусловлено тем, что полимерная добавка обволакивает древесные частицы опилкобетона, нейтрализуя тем самым выделение моносахаров. Данная добавка является комплексной и сочетает в себе как свойства модификатора, так и свойства антипирена, что позволяет существенно экономить на производстве опилкобетона. Исходя из проведенных испытаний, можно судить о целесообразности применения данной добавки и работе по установлению оптимальных рецептур состава модифицированного опилкобетона.

литература

1. Наназашвили И.Х. Древесные отходы - вторая жизнь. Арболи-товые стеновые блоки // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века, №7, 2011. с. 24-25.

2. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы и изделия - М.: Изд-во АСВ, 2007. - 520 с.

3. А. Лукичев. Строительство из деревобетона // Дерево^и, №6,

2012. с. 156-161.

4. Ефремова О.В. Особенности фазообразования древошлакового композиционного материала // Строительные материалы, №1,

2013. с. 66-67.

5. Сушков С.И. Принципы формирования древесно-композиционных материалов с использованием отходов лесопромышленного производства // Строительные и дорожные машины, №1, 2014. с. 12-17.

6. Русина В.В. Бетоны на основе отходов древесины // Строительные материалы, №12, 2006. с. 40-41.

7. Ефремова О.В. Модифицированный древошлаковый композит // Строительные материалы, №2, 2010. с. 66-68.

8. Филичкина М.В. Выбор состава смеси для древесно-композиционного материала на основе отходов лесопромышленного производства // Строительные и дорожные машины, №2, 2014. с. 15-18.

Поступила в редакцию 10.01.2016