Выбор состава смеси для древесно

ОБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Выбор состава смеси для древесно-композиционного
материала на основе отходов
лесопромышленного производства
Обоснован состав смеси для получения опилкобетона – строительного материала с хорошими прочностными и теплоизоляционными
свойствами. Приведены методика и результаты расчёта необходимого количества каждого
компонента формируемой смеси и испытаний
опытных образцов из опилкобетона, а также
разработанная номограмма определения количества необходимых компонентов для получения поризованного композиционного материала с необходимыми физико-механическими
свойствами.
Ключевые слова: опилкобетон, стены, прочность, теплопроводность, строительная
смесь, опилки, химические добавки.
Одним из наиболее перспективных
материалов для малоэтажного
строительства является опилкобетон. Это
сравнительно дешёвый строительный
материал, при изготовлении которого
в качестве наполнителя используются
опилки – отходы лесоперерабатывающих
и деревообрабатывающих предприятий.
Производство строительных материалов из
опилкобетона особенно выгодно, если оно
расположено вблизи этих предприятий или
входит в их структуру.
Н
едостаточное применение строительных изделий из опилкобетона объясняется тем, что в основном их выпускали на специализированных предприятиях, что практически сводило на нет возможности использования такого малоценного продукта, как опилки, вследствие
дополнительных транспортных затрат [2].
Возможность расширения области использования опилкобетона обусловлена тем, что
на его основе можно получать материалы с
высокими прочностными и теплоизоляцион-
ными свойствами и использовать для строительства как несущих (капитальных) стен,
так и перегородок.
Преимущества опилкобетона по сравнению с другими строительными материалами
следующие:
• сравнительно невысокая плотность
(400–850 кг/м3) и низкая теплопроводность
(0,08–0,17 Вт/(м·ºС). Так, теплопроводность
стены из опилкобетона толщиной 30 см
соответствует таковой у кирпичной стены
толщиной 1 м;
• повышенная сопротивляемость ударным
нагрузкам, какой не обладает ни один строительный материал [1, 2];
• облегчённая структура в сочетании с
экологичностью и эффективной теплоизоляцией;
• обеспечение минимального расхода
электроэнергии и хорошего воздухообмена.
Опилкобетон марки 5 используется в качестве теплоизоляционного материала,
марки 10 – для наружных стен одноэтажных зданий и несущих внутренних капитальных стен, марки 25 – для наружных стен
двухэтажных зданий и несущих внутренних
капитальных стен.
Анализ аналогичных сырьевых смесей и
производственный опыт свидетельствуют
о том, что добавки наиболее эффективно
действуют, если их смешивать в определённом соотношении с основным компонентом. Установлено, что для ускорения процесса отверждения цемента количество сернокислого алюминия должно составлять
1–1,2% от массы цемента, а для эффективного нейтрализующего действия выделяемых опилками органических веществ достаточно добавить жидкое стекло в количестве
8–12% от общей массы опилок [3, 5].
Масса смеси равна сумме составляющих
её компонентов:
Mсм = Mц + Mус + Mоп + Mн,
М.В. ФИЛИЧКИНА,
А.С. СУШКОВ
(Воронежская
государственная
лесотехническая
академия)
(1)
15
ОБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
где Mц, Mус, Mоп и Mн – масса соответственно
цемента, ускорителя отверждения цемента,
опилок и нейтрализатора.
Состав цемента в смеси и его масса устанавливаются заранее в зависимости от назначения строительного изделия, т.е.
M ц = k2Mсм,
где k 2 – показатель, характеризующий
для данной смеси количественный состав
цемента (20, 30% и более).
Масса ускорителя отверждения:
M ус = k1Mц,
где k1 – коэффициент, учитывающий соотношение масс добавки и цемента.
Масса опилок в смеси зависит от количества цемента:
Mоп = k3Mсм,
но её значение заранее установить нельзя,
так как оно зависит от состава других компонентов [4, 5].
Поскольку масса добавки нейтрализатора
связана с массой опилок,
Mн = k4Mоп,
где k4 – коэффициент, учитывающий соотношение масс добавки нейтрализатора и
опилок.
Тогда выражение (1) можно записать в
виде:
Mсм = k2Mсм + k1k2Mсм + k3Mсм + k3k4Mсм (2)
или, приняв Mсм = 1,
1 = k2 + k1 k2 + k3 – k3 k4
(3)
Тогда k1 = 0,01…0,012; k2 = 0,2…0,8 и
k4 = 0,8…1,2.
Значение k3 можно рассчитать по формуле:
k3 =
Рис. 1. Общий вид контейнера (а) для производства опилкобетона и полученные лабораторные
образцы (б)
Рис. 2. Зависимость предела прочности на сжатие q
опилкобетона от содержания цемента в смеси
16
1 − k 2 (1 + k1 )
1 + k4
.
(4)
Пример расчёта состава смеси при
наличии в ней 30% цемента. Примем массу
смеси равной 100 кг, тогда Mц = 0,3·100 =
= 30 кг. Примем k1 = 0,01, тогда масса ускорителя отверждения цемента Mус = 0,3 кг.
Примем k 4 = 0,1 и рассчитаем по формуле (4) значение k3 = 0,6336. Масса опилок Mоп = 0,6336·100 = 63,36 кг, масса нейтрализатора Mн = 0,1·63,36 = 6,336 кг.
Выполним проверку по формуле (1):
100 = 30 + 0,3 + 63,36 + 6,34.
Таким образом, для любой смеси с определённым содержанием цемента можно рассчитать состав компонентов.
Для апробации предложенной методики
расчёта состава смеси и получения опилкобетона в лаборатории Воронежской государственной лесотехнической академии
были изготовлены опытные образцы, для
чего использовались стандартные спаренные металлические контейнеры с полостью
размером 100×100×100 мм (рис. 1). Испытание их на прочность проводилось на стенде
с тарировочным устройством.
ОБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рис. 3. Номограмма определения состава смеси для получения опилкобетона
На рис. 2 приведена зависимость предела
прочности на сжатие опилкобетона от содержания цемента.
Для определения содержания в смеси опилок, жидкого стекла и сернокислого алюминия применялась разработанная авторами
номограмма (рис. 3): по оси абсцисс для
заданного количества цемента (в %) проводим вверх вертикальную линию до пересечения с линией, характеризующей количество цемента в смеси (зона А); затем от
т. О1 вниз – вертикальную линию до пересечения с линией, характеризующей количество сернокислого алюминия (зона Б), длина
отрезка от линии абсцисс до т. О2 соответствует количеству этого компонента. Горизонтальная линия от т. О1 до т. О3 определяет
количество опилок в смеси (зона В), равной
длине отрезка от т. О3 до линии абсцисс.
Длина отрезка от т. О4 до линии абсцисс –
количество жидкого стекла в смеси.
Опытная партия стеновых блоков из
смеси, составленной на основе расчёта её
компонентов по предлагаемой методике,
была изготовлена на установке (рис. 4).
Принцип действия установки. На пульте
управления имеются два пускателя: первый – для включения и выключения вибрационного устройства, второй – для опускания и поднятия формы. Перед заполнением формы приготовленной смесью она
Рис. 4. Установка для формирования опилкобетонных блоков:
1 – рама; 2 – колёса; 3 – форма; 4 – пригруз; 5 – направляющие; 6 – электродвигатель; 7 – редуктор;
8 – блок; 9 – упорные балки; 10 – канат; 11 – стойки;
12 – пульт управления; 13 – вибрационное устройство
смазывается эмульсолом. Подачей на себя
рычага рукоятки фиксатора пригруз под
собственным весом опускается на смесь. С
помощью пускателя включается вибрационное устройство и происходит уплотнение смеси до тех пор, пока упорная балка
не примет вертикальное положение и не
упрётся во втулку пригруза. Нажатием
второй кнопки пускателя форма поднимается вверх. После того как втулка формы
упрётся во втулку пригруза, происходит
отжатие упорной балки в сторону, форма
с пригрузом поднимается в крайнее верхнее положение, и пригруз фиксируется в
верхнем положении.
Результаты исследования опытной
партии образцов из опилкобетона
свидетельствуют о том, что по
разработанной методике можно
рассчитать состав его компонентов
для изготовления строительных
конструкций с заданными прочностными и
теплоизоляционными свойствами.
17
ОБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Список литературы
1. Мурзин В.С. Технология композиционных материалов и изделий: учеб. пособ. Воронеж: Воронеж. гос. лесотех. акад., 1999. 106 с.
2. Пошарников Ф.В., Филичкина М.В., Мешков Д.А. Обоснование и разработка дополнительного участка в лесопильном цехе для переработки древесных опилок в опилкобетон // Актуальные
проблемы лесного комплекса: сб. науч. тр. / под
ред. Л.Т. Свиридова. Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2010. Вып. 1. Т. 1. С. 22–25.
3. Свидетельство о государственной регистрации
программ для ЭВМ № 2009613994. Программа
подбора компонентов для формирования оптимального состава строительного материала на основе древесного сырья для проектных и строительных
организаций / Филичкина М.В., Кондрашова Е.В.;
ГОУ ВПО «ВГЛТА». № 2009612731; заявл. 3.06.
09; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ
28.07. 09.
4. Филичкина М.В. Производство опилкобетона
в условиях нижнего лесного склада // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова.
2010. № 3. С. 27–29.
5. Пошарников Ф.В., Филичкина М.В. Анализ
структуры смеси для опилкобетона на основании
многофакторного планирования эксперимента //
Вестник Московского государственного университета. Лесной вестник. 2010. № 1 (70). С. 111–115.
Filichkina M. V., Suchkov А.S.
The selection of wood composition for material on
the base of wastes of timber industry production
The substantiation of a mix for sawdust concrete
which allows to produce building products with
good range durability and heat conductivity
properties depending on purpose of products is
given. The design procedure of components of a mix
and results of calculation of components of a mix
and results of tests of received samples, and also the
description graph and rules of its use is resulted at
definition porosity structure of components of a mix.
Keywords: sawdust concrete, walls, durability,
heat conductivity, a building mix, sawdust,
chemical additives.
CДM
18