Улучшение характеристик цементно-стружечных плит на основе термодревесины

УДК 674.04

УЛУЧШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕМЕНТНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ НА ОСНОВЕ ТЕРМОДРЕВЕСИНЫ

IMPROVED PERFORMANCE OF CEMENT-BONDED BOARDS BASED ON

THE THERMOWOOD

Салимгараева Р.В., Сафин Р.Р., Белякова Е.А., Калимуллин А.А., Губернаторов В.В.

(Казанский национальный исследовательский технологический университет,

г.Казань, РФ)

Salimgaraeva R.V., Safin R.R., Belyakova E.A., Kalimullin A.A.,

Gubernatorov V.V.

Проведены экспериментальные исследования основных свойств цементно-стружечных плит, созданных на основе термодревесины.

Experimental studies of the basic properties of cement-bonded boards created on the basis of the thermo.

Ключевые слова: термодревесина, цементно-стружечная плита Key words: thermowood, cement particle board

В строительстве наблюдается повышенный интерес к натуральным материалам. В данной работе предлагается использовать термообработанное древесное сырье для производства цементно-стружечных плит (ЦСП). Такой вид обработки органического наполнителя способствует улучшению отдельных его свойств, используемых при получении ЦСП с высокими эксплуатационными характеристиками [1].

Цементно-стружечная плита представляет композиционный листовой строительный материал, изготавливаемый из тонкой древесной стружки, портландцемента и химических добавок, снижающих вредное воздействие экстрактов древесины на цемент [2]. Данный вид плит в наше время пользуется большим спросом для различных строительных работ. Их используют во внешней и внутренней отделке помещений, например, для укладки пола, формирования кровельного пирога, производства мебели, строительства дополнительных зданий. Также плиты ЦСП применяют при создании опалубки, изготовления строительных блоков, для отделки погреба и т.д.

Цементно-стружечные плиты имеют ряд преимуществ, такие как: экологическая безопасность, высокая прочность, влагостойкость, легкость в использовании, низкие эксплуатационные затраты, биологическая стойкость, хорошая звукоизоляция и теплоизоляция.

Основные направления использования в наружных строительных работах: строительство каркасных быстровозводимых конструкций; изготовление несъемной и многоразовой опалубки для монолитного строительства; производство «сэндвич-панелей» с использованием дополнительного утеплителя -минеральной ваты; облицовка жилых зданий и производственных объектов; возведение мобильных зданий; возведение ограждений; строительство гаражей, сараев и других нежилых сооружений; мощение дорожек. Во внутрен-

них работах: строительство перегородок; сооружение черновых полов; строительство потолков; изготовление подоконников.

В зависимости от назначения применяются цементно-стружечные плиты различной толщины. Так, для облицовочных, кровельных работ и потолков используются облегченные плиты минимальной толщины (8-16 мм), плиты средней толщины (16-26 мм) подходят для создания межкомнатных перегородок, полов и опалубки, наиболее массивные плиты (16-36 мм) используются для изготовления подоконников.

Цементно-стружечные плиты российского производства должны соответствовать ГОСТ 26816-86. В зависимости от физико-механических свойств ЦСП российского производства выпускаются двух марок: ЦСП-1 и ЦСП-2. При толщине 8-16 мм ЦСП-1 имеют показатель прочности при изгибе 12 МПа, а плиты ЦСП-2 - 9 МПа, при толщине 18-24 мм прочность составляет соответственно 10 и 8 МПа, при толщине от 26 до 40 - 9 и 7 МПа. Кроме того, плиты ЦСП-1 превосходят плиты ЦСП-2 по показателю упругости, поэтому в качестве конструкционного строительного материала предпочтительнее использовать плиты ЦСП-1.

Цементно-стружечные плиты выпускаются разной площади и толщины, в зависимости от производителя: толщина - 8-40 мм;длина - 2600-2700 мм и 3200 мм, ширина - чаще всего 1200 мм или 1250 мм, но может быть и 250 мм, 350 мм, 450 мм (преимущественно при толщине свыше 24 мм).

По классу пожарной безопасности цементно-стружечная плита обладает следующими параметрами: группа Д1 (СНиП 21-01-97), малая дымообразующая способность (ГОСТ 12.1.044-89); трудновоспламеняемый материал (СНиП 21-01-97), группа В1 (ГОСТ 30402-96); слабо горючий материал (СНиП 21-01-97), группа Г1 (ГОСТ 30244-94); не распространяющий пламя (СНиП 21-01-97), группа РП1 (ГОСТ 30444-97); группа Т1 (СНиП 21-01-97), малоопасен по токсичности продуктов горения (ГОСТ 12.1.044-89).

Свойства ЦСП позволяют использовать их практически для всех видов строительных, реставрационных, отделочных работ.

Цементно-стружечная плита имеет следующие показатели прочности: прочность на изгиб - 11-14 МПа; прочность на сжатие - 15 МПа; прочность на растяжение - 0,4 МПа; модуль упругости - 300 МПа. Высокие показатели прочности ЦСП достигаются благодаря ее многослойной структуре: внутренний слой плиты производится с применением древесной стружки крупной фракции, что обеспечивает прочность на изгиб, а два наружных слоя изготавливаются на основе мелкой стружки, которая обеспечивает материалу не только ровную поверхность, но и повышенную твердость, плотность, упругость и влагостойкость.

Коэффициент теплопроводности ЦСП составляет около 0,2 Вт/мк, этот показатель может увеличиваться в зависимости от толщины плиты. Такой уровень теплопроводности достигается за счет монолитной внутренней структуры цементно-стружечной плиты.

ЦСП относятся к группе слабогорючих и трудновоспламеняемых материалов, при нагревании не выделяет токсичных веществ. Эти свойства делают

материал ЦСП пригодным для создания объектов с повышенными требованиями к огнестойкости, например, огнеупорных перегородок и т.п., вплоть до сооружений с IV степенью огнестойкости.

Цементно-стружечная плита характеризуется хорошей способностью к звукоизоляции, поэтому ЦСП целесообразно применять в качестве обшивки внутренних перегородок, потолочных перекрытий и наружных стен, особенно в сочетании с утеплителем из минеральной ваты.

Содержание влаги в цементно-стружечной плите - не более 9%, коэффициент влагопоглощения составляет менее 16% в сутки. Хорошие показатели влагостойкости предохраняют материал от разбухания (не более 2%), деформации, гниения, распространения грибка и делают его подходящим для облицовочных, кровельных и других наружных работ, а также для изготовления бетонной опалубки.

ЦСП превосходит другие плитные материалы по многим техническим параметрам, однако при этом его также легко подвергать разного рода обработке и отделке, при работе с цементно-стружечными плитами используются аналогичные инструменты, желательно с твердосплавными обрабатывающими поверхностями.

Исследования процесса термообработки древесной стружки проводили на экспериментальной установке вакуумно-кондуктивной тепловой обработки. Подвод тепловой энергии к обрабатываемому материалу осуществляется контактным способом с помощью теплоподводящих поверхностей, представляющих собой перфорированную металлическую пластину [3-6]. В зависимости от плана эксперимента производили предварительную подготовку обрабатываемого материала путем сушки вакуумно-кондуктивным способом. Исследуемый материал взвешивали и помещали в камеру. После чего ее герметизировали. В результате контакта материала с греющими поверхностями происходит интенсивное его нагревание. Одновременно в работу включается вакуумный насос. При проведении экспериметов древесные частицы подвергаются нагреву до заданной температуры в течение заданного планом временного интервала при одновременно работающей линии вакуумирования. Далее, разгерметизировав камеру, открывали крышку и исследовали образцы. Далее формировали ЦСП на основе термообработанной стружки с целью дальнейшего изучения свойств.

Целью экспериментальных исследований было изучение изменения прочностных характеристик ЦСП вследствие изменения физико-химических и физико-механических свойств древесного наполнителя при высокотемпературной термической обработке. Для создания образцов ЦСП на основе термодревесины были изготовлены металлические контейнеры с размерами полости 100*100*40 мм. Далее создавалась смесь с соотношением компонентов, определенным согласно плану эксперимента.

В результате проведенных исследований по определению предела прочности на сжатие ЦСП, полученных из термообработанной древесной стружки, и прошедших многократное увлажнение и сушку с количеством циклов 20, заморозку и оттаивание с количеством циклов 20, установлено, что пред-

варительная термообработка древесных частиц в процессе изготовления ЦСП позволяет значительно увеличить эксплуатационные характеристики данного материала при тепловом воздействии в диапазоне 185-205оС и, как следствие, расширить области его возможного использования

В результате проведенных экспериментальных исследований основных свойств ЦСП, созданных на основе термодревесины, показана возможность использования данного вида обработки древесного наполнителя для улучшения эксплуатационных характеристик композиционного материала. Термическое воздействие в диапазоне температур 180-210°С существенно увеличивает эксплуатационные характеристики ЦСП повышая их влагостойкость и соответственно снижая водоцементное соотношение.

Список использованных источников

1. Разумов, Е.Ю. Термомодифицирование древесины в среде топочных газов / Е.Ю. Разумов, Р.Р. Хасаншин, Р.Р. Сафин, Н.А. Оладышкина // Вестник Московского государственного университета леса «Лесной вестник» 2010г. №4 (73). С. 95-99

2. Богданов, Р.Р. Цементно-стружечные плиты: преимущества и перспективы / Р.Р. Богданов, А.А. Калимуллин, Е.А. Белякова // Деревообрабатывающая промышленность. 2016. № 3. С. 27-31.

3. Ахметова, Д.А. Разработка энергосберегающей технологии термомодифицирования древесины / Д.А. Ахметова, Р.В. Данилова // Деревообрабатывающая промышленность. 2012. № 4. С. 31-35.

4. Данилова, Р.В. Камера термомодифицирования пиломатериалов в топочных газах / Р.В. Данилова, Ф.В. Назипова, С.А. Угрюмов // Деревообрабатывающая промышленность.

2013. № 4. С. 44-46.

5. Сафин, Р.Р. Исследование свойств древесно-полимерных композитов на основе термомодифицированного наполнителя / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Р.В. Данилова, Д.Р. Хазиева // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 24. С. 53-55.

6. Сафин, Р.Р. Усовершенствование технологии производства ДПК / Р.Р. Сафин, Р.В. Салимгараева, К.В. Бикмуллина // Вестник Казанского технологического университета.

2014. Т. 17. № 5. С. 191-193.

Представленная работа выполнялась при поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - докторов наук (МД-5596.2016.8).