Исследование кинетики твердения цементно-волокнистых древесных композитов

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТВЕРДЕНИЯ ЦЕМЕНТНО-

ВОЛОКНИСТЫХ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИТОВ KINETICS HARDENING CEMENT-FIBER WOOD COMPOSITES

Прокопьева Д.П., Руденко Б.Д.

В статье рассмотрен рост прочности цементно-волокнистого композита в зависимости от количества добавки и водоцементного отношения.

The article describes the rise in strength of cement-fiber composite, depending on the amount of additives and water-cement ratio.

Ключевые слова: цемент, цементно-волокнистый древесный композит, твердение

Key words: cement, cement-fiber wood composites, hardening

При использовании древесного волокна в цементно-древесных композиционных материалах следует отметить некоторые особенности, как свойств, так и процессов твердения, обусловленные формой используемых древесных частиц. Опыт применения древесного волокна в гипсоволокнистых плитах [1] показывает ряд положительных свойств получаемого материала, таких как повышение физико-механических свойств и простотой технологии его применения. Однако гипс, как вяжущее, не обладает водостойкостью. Имеется опыт получения древесноволокнистого бетона [2], где приводится технология изготовления данного материала. В связи с этим, вопросы нарастания прочности, количественные соотношения В/Ц и хлористого кальция, требуют подробного изучения.

Для изучения кинетики твердения цементно-волокнистых древесных композитов было проведено исследование, целью которого являлось установление зависимости прочности композита от количества ускорителя твердения цемента и водоцементного соотношения (В/Ц).

Эксперименты проводились в лабораторных условиях. Проведены три параллельных серии опытов, для анализа взяты средние значения.

При изучении кинетики твердения цементно-волокнистого древесного композита, которая характеризуется увеличением прочности материала с течением времени, для нейтрализации вредных для цемента веществ, выделяемых из древесины, был выбран хлористый кальций - ускоритель твердения цемента. Из теории бетонов известно, что прочность цементного камня напрямую зависит от водоцементного отношения, поэтому этот показатель будет являться одним из факторов.

Натуральные значения факторов были преобразованы в форму, которая была бы одинаковой, несмотря на различие их размерностей, путем кодирования. Число взаимных сочетаний уровней было представлено в виде таблицы 1.

Таблица 1 - Факторы и уровни их варьирования

Наименование факторов

Обозначения

Уровни варьирования

-1 0 +1

Продолжительность выдержки, сут. X! 7 21 35

Количество добавки (CaCl2), гр. X2 0,69 1,38 2,07

Вода, мл. Хз 80 138 196

Необходимое количество древесного волокна (23 гр. на 1 образец) смешивали с хлористым кальцием (0,5, 1 и 1,5 % к массе цемента), растворенным в воде затворения при различном водоцементном соотношении (1/0,6; 1/1; 1/1,4), затем добавляли 138 гр. портландцемента М400. Из полученной смеси формировались образцы размером 4х4х16 см, которые были испытаны согласно плану эксперимента (таблица 2) в возрасте 7, 21 и 35 суток. Испытания на прочность проводились на машине FM 500, оборудованной специальным устройством, состоящим из двух параллельных цилиндрических опор. Расстояние между опорами составляло 86 мм. Нагружение образца производилось непрерывно с постоянной скоростью. Полученные данные были обработаны в программе STATGRAPHICS по методике [3].

Таблица 2 - План и результаты реализации эксперимента для прочности

цементно-волокнистого композита

№ образца Нормализованные Натуральные Прочность, МПа

Х1, продолжительность Х2, СаС1 2 Х3, В/Ц продолжительность, сут. СаС12, Ф Вода, мл

1 0 0 0 21 1,38 138 1,46

2 0 0 0 21 1,38 138 1,75

3 0 0 0 21 1,38 138 1,20

4 -1 -1 0 7 0,69 138 0,35

5 1 -1 0 35 2,07 138 3,28

6 -1 1 0 7 0,69 138 0,59

7 1 1 0 35 2,07 138 2,79

8 -1 0 -1 7 0,69 80 0,57

9 1 0 -1 35 2,07 80 0,22

10 -1 0 1 7 0,69 196 0,22

11 1 0 1 35 2,07 196 0,55

12 0 -1 -1 21 1,38 80 0,50

13 0 1 -1 21 1,38 80 0,21

14 0 -1 1 21 1,38 196 0,52

15 0 1 1 21 1,38 196 0,96

Из диаграммы главных эффектов (рисунок 1) видно, что максимальное значение прочности достигается в возрасте 35 суток при среднем значении водоцементного соотношения. Влияние на прочность добавки в выбранных пределах незначительно. Снижение прочности при изменении водоцементно-го соотношения от среднего значения к максимальному обусловлено образованием пор в объеме композита, которые являются следствием излишка воды, которая не вступает в реакцию с компонентами портландцемента. Низкое значение прочности при минимальном водоцементном соотношении объясня-

ется недостатком воды для гидратации цемента, в объеме композиционного материала остаются непрореагировавшие компоненты портландцемента, которые и снижают прочность. Как видно из графика, скорость набора прочности имеет практически линейный характер, и увеличивается от более раннего срока испытаний к более позднему, что закономерно.

а

С

2,4 2 1,6

л

I 1,2

И

о 0,8 CP

С 0,4

0

-1,0 1,0 -1,0 1,0 Продолжительность Добавка

1,0 1,0 В/Ц

Рисунок 1 - Диаграмма главных эффектов влияния на прочность возраста образцов, количества добавки и водоцементного соотношения

Вывод: В ходе исследования установлено, что количество добавки хлористого кальция в выбранных пределах практически не влияет на набор прочности цементно-волокнистого материала, водоцементное отношение имеет большое влияние на этот процесс, максимальная прочность образцов достигается при среднем значении отношения (1/1), недостаток воды, также как и ее избыток снижают прочность композита. Рост прочности образцов из цементно-волокнистой композиции с течением времени увеличивается практически линейно.

Список использованных источников

1 Гипсоволокнистые плиты. - Экспресс-информ.: Заруб. опыт. - М.: ВНИПИЭИлес-пром, 1985, с.2.

2 Рябков, В.М. Древесные плиты на минеральном вяжущем (обзорная информация) [Текст] / В.М. Рябков, А.А. Леонов, Р.М. Фаренюк. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1980. - 40 с.

3 Дюк, В. Обработка данных на ПК в примерах [Текст] / В. Дюк - Питер, 1997. - 240 с.