Строительные материалы из древесно-цементной композиции 1

Наназашвили И. X. Строительные материалы из древесно-цементной композиции.—2-е изд., перераб. и доп.—Л.: Строй-издат, 1990.—415с.: ил.—ISBN 5-274-00758-9. Изложены научные основы структурообразования древесно-цементных композитов (ДЦК) и пути повышения их качества. Уделено внимание специфическим свойствам целлюлозосодержащих заполнителей, их влиянию на качество арболита и других ДЦК, а также специфической адгезии композиции «древесина — цементный камень» и ее деформативности. Освещен опыт производства древесно-цементных материалов, приведена экономическая эффективность их применения в строительстве. Издание 1-е вышло в 1984 г. под названием «Арболит — эффективный строительный материал». Издание 2-е переработано и дополнено сведениями о фибролите, цементно-структурных плитах, ксиломете, скопо-, камыше- и бамбукобетоне, получаемых с использованием дикорастущих растений, а также отходов деревопереработки и сель-хозпроизводства. Для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских, проектных и строительных организаций. Книга может быть полезна также индивидуальным застройщикам при строительстве малоэтажных домов усадебного типа. Печатается по решению секции литературы по технологии строительных материалов редакционного совета Стройиздата Isaac Hiskovich Nanazashvili «Building materials from woodcement corn-posits. Scientific edition» SUMMARY Scientific approach to evaluation of ecological economic and social aspects of the expediency for extending the production and use of building materials based on the wastes of timber processing, agricultural production wastes as well as wild, cellulose-containing aggregates (wood, flax shive, hemp, jute, chopped cotton, reed, bamboo, rice straw and trusk, coconut fibres etc. is presented). Scientific fundamentals of structural formation of building materials based on mineral and synthetic binders with the use of the aggregate of vegetable origin are examined. Attention is paid to the specific properties of cellulose-containing aggregates and to their influence on the quality of building products and structures as well as to the specific adhesion «wood-cement stone». Production practice of wood-cement materials (WCM) — fibrolite, arbolite, cement-chipboard slabs (CCS) — skopoconcrete, xylolite, etc. is described. Economic efficiency of their application for individual and mass construction is provided. First edition was published in 1984 under the title «Arbolit—efficient building material». ВВЕДЕНИЕ Значительным резервом повышения эффективности строительства является снижение материалоемкости и использование вторичных ресурсов при производстве строительных материалов и конструкций. Это становится, возможным при широком применении прогрессивных научно-технических достижений, ресурсо-и энергосберегающих технологий, последовательном сокращении расхода материальных и трудовых ресурсов на единицу продукции. В целях ресурсосбережения целесообразно наращивать темпы использования древесных отходов и довести ежегодное потребление эффективных строительных материалов на их основе до 70…75 млн м³. Такая программа должна содействовать существенному расширению номенклатуры древесных композитов на цементном вяжущем (ДЦК), производимых на новом техническом уровне, таких как фибролит, арболит, цементно-стружечные плиты (ЦСП), скопобетон, ксилолит. Для их изготовления могут быть использованы тонкомер, фаунтная и дровяная древесина, отходы лесозаготовки и лесопильно-деревообрабатывающих предприятий, сучья, ветви, горбыль, срезки, торцы, а также мягкие отходы в виде отсевок щепы, станочной стружки и лесорамных опилок. Другим значительным сырьевым ресурсом для производства композитов с использованием целлюлозосодержащих заполнителей, главным образом для производства арболита и ЦСП, являются отходы сельскохозяйственного производства и дикорастущие растения: костра льна, конопли, джута, кенафа, стебли хлопчатника, тростника, рисовой соломы и др., а также шелуха риса. Для изготовления скопобетона стабильной сырьевой базой могут стать отвалы скопа — отходов картонажно-бумажного производства. Эффективность применения древесно-цементных композитов (ДЦК) и практически неограниченная сырьевая база дают право рассматривать развитие их производства не как временное мероприятие по ликвидации дефицита на стеновые материалы, а как на одно из важнейших направлений в освоении новых прогрессивных строительных материалов. Эффект от применения отходов обрабатывающих предприятий возрастает в тех случаях, когда они используются без специальной энергоемкой подготовки и из отвалов (например, при производстве ксилолита и скопобетона). Расширение применения ДЦК позволит наряду с более полным удовлетворением потребностей массового и индивидуального строительства решать параллельно и экологическую задачу по очистке территорий от производственных отходов. Впервые сделана попытка с единых теоретических позиций рассмотреть процессы структурообразования древесно-цемент-ных композитов и выявить закономерности, влияющие на дефор-мативность и другие важные свойства этих материалов, оценить влияние специфических свойств древесины и других целлюлозо-содержащих растений, применяемых для их изготовления. На примере арболита установлена зависимость прочностных свойств композитов от адгезионной прочности отдельных их компонентов (зависимость Оарб—То композиции’«древесина—цементный камень»). Сделана попытка ответить на вопросы о виде напряженного состояния, при котором связь Оарб и то будет проявляться наиболее отчетливо и, следовательно, о том, какие испытания лучше проводить для изучения зависимости Старб—то. Высказано предположение, что для таких специфических материалов, как ДЦК, марочная прочность не всегда может характеризовать прочностные свойства материала в эксплуатационных условиях, так как древесина как анизотропный материал подвержена значительным самопроизвольным влажностным деформациям от 0,01% вдоль волокна до 12% в тангенциальном направлении. Если учесть, что цементный камень набухает всего 1/100%, то можно предположить, что в процессе структурообразования и в эксплуатационных условиях повышение в контактной зоне напряжений, близких к пределу прочности материала, не исключается. Поэтому, а также учитывая и то, что при влажно-стных деформациях древесины возможно развитие удельного давления набухания порядка 4…4,5 МПа, большое значение придается фракционному составу целлюлозосодержащего заполнителя. Проведенные исследования позволили автору убедиться, что структурообразование ДЦК сопряжено с двумя противоположно направленными процессами. С одной стороны, идут конструкционные процессы, связанные с твердением вяжущего, с другой стороны, наблюдаются деструкционные процессы, характеризуемые подверженностью целлюлозосодержащих заполнителей значительным влажностным деформациям (набухание, усушка, коробление) . Это обстоятельство делает целесообразным введение, наряду с коэффициентом размягчения Лр, коэффициента прочности при полной усушке Ку (абсолютно сухом состоянии), а также определение прочности материала после пяти циклов увлажнения и высушивания. Новый состав композита может быть признан более высокого качества, если остаточная прочность после пяти циклов увлажнения и высыхания больше, чем у известных составов. Разработка автором новых составов арболита с улучшенными прочностными и деформативными свойствами для применения в строительстве, защищенных авторскими свидетельствами, велась на принятой научной основе с учетом специфической особенности древесного заполнителя, что подтвердило правильность методологии подхода. Важной специфической особенностью древесного заполнителя, существенно влияющей на структурную прочность композита, является его анизотропность не только в различных направлениях среза (поперечном, радиальном, тангенциальном) и частях ствола (заболони и ядра), но и в пределах одного годичного слоя на участке ранней и поздней древесины, которые по плотности отличаются примерно в два раза. Как показали наши исследования, адгезионная прочность на этих участках также существенно различается. Из-за неоднородности анатомического строения древесины и других сырьевых материалов растительного происхождения проводимость в разных их частях различна. Вследствие этого следовало ожидать неодинаковую степень «минерализации» древесного заполнителя — блокирования или перевода в менее растворимое состояние легкогидролизуемых веществ, содержащихся в растительном сырье и отрицательно влияющих на процессы гидролиза и гидратации цемента. Поэтому было сделано предположение, что при разрушении ДЦК центры деструкции в структуре будут в контактных зонах, зонах с наличием частичек заполнителя ядровой древесины и на участках поздней древесины, предрасположенной к развитию больших самопроизвольных объемных влажностных деформаций и давления набухания, обладающей меньшей адгезионной прочностью к цементному камню; дальнейшее разрушение происходит уже по ослабленным контактам структуры. Управление качеством ДЦК должно осуществляться с учетом всех специфических особенностей заполнителя растительного происхождения: повышенная химическая агрессивность по отношению к цементу; значительные объ’емные влажностные деформации и развитие давления набухания; резко выраженная анизотропия; высокие проницаемость и проводимость; низкая адгезия по отношению к цементному камню; значительная упругость при уплотнении смеси. Проведенные автором исследования позволили количественно оценить воздействия специфических свойств целлюлозосодержащих заполнителей, что создало предпосылки максимального их учета в технологии ДЦК. В зависимости от древесно-цементного отношения (Д/Ц) в композициях, степени уплотнения, вида и формы заполнителя можно получить композиты существенно различными физико-механическими свойствами. Так, если фибролит представляет собой теплозвукоизоляционный материал со средней плотностью 300…500 кг/м³, а арболит — конструкционно-теплоизоляционный материал со средней плотностью 400…850 кг/м³, то ЦСП — плитный материал характеризуется средней плотностью 1100…1300 кг/м³. Несмотря на различие физико-механических и строительных свойств этих материалов, их структурообразование и повышение качества подчиняются общим закономерностям. Рассматривая эти закономерности можно отметить, что существенными отличительными признаками вышеперечисленных материалов являются удельная поверхность применяемого древесного заполнителя (5) или других целлюлозосодержащих заполнителей и степень уплотнения (Р). Поэтому выведенная для арболита зависимость оптимальной прочности от удельной поверхности заполнителя и фактора фазового отношения (Д/Ц, В/Д) в композиции в некотором приближении справедлива для других ДЦК, в частности фибролита, ЦСП и др. В связи с этим можно утверждать, что пути повышения качества таких материалов идентичны, они зависят от оптимизации формы и размеров древесных частиц, повышения степени сцепления цементного камня с заполнителем (в том числе путем химического облагораживания заполнителя), степени уплотнения, количества, активности и химического состава вяжущего, а также сближения показателей деформативности заполнителя и цементного камня путем его модифицирования. Область применения этих материалов определяется их физико-механическими и эксплуатационными свойствами, а также экономической целесообразностью использования в различных частях жилых и производственных зданий. Фибролит отличается наименьшей плотностью, поэтому имеет наилучший показатель теплоизоляционных свойств, на его изготовление расходуется наименьшее количество портландцемента и химических добавок. Однако к недостаткам фибролита можно отнести необходимость использования древесных отходов в виде чураков длиной не менее 50 см, тогда как для арболита можно применять практически все виды отходов лесопиления и деревообработки (горбыль, срезки, сучья, стружки, опилки). Арболит нашел широкое применение в ограждающих конструкциях. Высокие прочностные показатели ЦСП расширили номенклатуру получаемых на их основе ограждающих и несущих конструкций для жилых, общественных и производственных зданий. Выполнение программы строительства на селе домов усадебного типа без снижения объемов строительства производственных и промышленных объектов, а также городского строительства невозможно без максимального вовлечения местных сырьевых ресурсов и побочных продуктов (отходов) промышленного и сельскохозяйственного производства для изготовления эффективных местных строительных материалов. Прогресс в области строительства, широкая программа по увеличению выпуска индустриальных малоэтажных домов усадебного типа для села и культурно-бытовых зданий повышенной комфортности требуют увеличения выпуска плитных, конструкционно-изоляционных и изоляционных материалов повышенного качества, совмещающих несколько функций: например, теплоизоляцию, звукоизоляцию и возможность придания им архитек-турно-декоративной выразительности при достаточно высоких производственных показателях. Современный уровень строительства предъявляет высокие требования к строительным материалам в части повышения теплозащиты, долговечности, экономичности и эстетичности. Разработка композитов с улучшенными изоляционными свойствами и их широкое применение в строительстве в условиях строжайшей экономии теплоэнергетических ресурсов приобретают большое народнохозяйственное значение. Этим требованиям в большей мере отвечают древесные композиты на основе цемента (фибролит, арболит, ЦСП, скопобетон и др.). В нашей стране ежегодно образуется более 110 млн м³ отходов на лесопильных и деревообрабатывающих производствах и 35 млн м³ отходов лесозаготовок. Существенная их часть пока остается неиспользованной. Значительные сырьевые ресурсы для изготовления ДЦК образуются и в сельскохозяйственном производстве, где объем неиспользуемых отходов ежегодно составляет: костра льна и конопли—около 0,9 млн т; стебли хлопчатника—2…2,5 млн т; рисовая солома—1 млн т. Если учесть и то, что производство нетоксичных ДЦК, обладающих положительными свойствами древесины и цементного камня, базируется на использовании некондиционной древесины, отходов ее переработки и ежегодно возобновляемых дикорастущих растений, эту отрасль можно считать стабильно обеспеченной сырьем и перспективной. Такой подход к развитию производства ДЦК обоснован и заботой человечества о неизменности ландшафтов и русл рек, которые из-за непомерно большой добычи щебня, гравия, глины и песка претерпевают значительные, иногда непоправимые, экологические изменения. В связи с этим следует предположить, что дальнейшему развитию ДЦК, наряду с другими ресурсосберегающими материалами, будет оказано должное внимание с учетом достижений науки и совершенствования технологии конструкций и изделий на их основе. Значительный вклад в развитие науки и в практику производства ДЦК внесли следующие отечественные и зарубежные специалисты: А. А. Агчабаев, Г. А. Батырбаев, Г. А. Бужевич, Б И Бухаркин, Г. Е. Евсеев, М. И. Кауфман, М. И. Клименко, Е Д Маев И П Мещерякова, А. И. Минас.Б. Н.Понамаренко, И А Рыбьев В. И. Савин, Р. Б. Сироткина, С. Г. Свиридов, Н’ И’ Склизков, Б. Н. Смирнов, М. М. Чернов, Л. М. Шмит, А’ С’Щербаков, Т. Ваврин, И. Граф, С. Дал, Нгуен Ван Тхинь, Д Пакер, А. Карлсон, Ф. Кольман, В. Сареток, Шварц и др. Автор надеется, что монография окажется полезной научным подразделениям при разработке ими новых эффективных, более стойких к эксплуатационным влагопеременным воздействиям ДЦК с улучшенными деформативными свойствами, практикам производства и проектировщикам, занимающимся совершенствованием технологии с учетом всех специфических особенностей заполнителя растительного происхождения, а также специалистам изучающим проблему повышения качества ДЦК.

Глава 1

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ДРЕВЕСНО-ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ

1.1. Специфические особенности целлюлозосодержащих заполнителей растительного происхождения и их влияние на’структурообразование древесно-цементных композитов

Для производства строительных композиционных материалов — арболита, фибролита, стружкобетона, скопобетона, опило-бетона, цементно-стружечных плит, королита, ксилолита, применяются различные целлюлозосодержащие заполнители растительного происхождения (низкосортная и некондиционная древесина, тонкомер, дровяное долготье, неделовой горбыль, срезки, торцы, станочная стружка, щепа, лесорамные опилки, одубина; отходы сельскохозяйственного производства — костра льна, конопли, кенафа, джута, стебли хлопчатника, рисовой соломы, камыша; отходы целлюлозно-бумажного производства (ЦБП)—скоп и др.). Все эти заполнители как целлюлозосодержащий растительный продукт характеризуются рядом общих специфических свойств, оказывающих существенное влияние на процессы струк-турообразования, структурно-механические и строительные свойства композитов. В качестве минерального связующего для получения ДЦК используются портландцемент, шлакощелочное вяжущее и др. В настоящее время многие вопросы теории и практики производства ДЦК остаются пока еще не вполне решенными, вследствие чего ряд положений заимствуется из теории производства бетона на минеральных заполнителях. Однако при наличии об-‘!1,их свойств у органического целлюлозосодержащего заполнителя растительного происхождения и у минеральных пористых заполнителей имеются и существенные различия, без учета которых трудно получить композиты высокой прочности со стабильными физико-механическими свойствами. В связи с большей изученностью влияния на процессы струк-турообразования и структурно-механические свойства ДЦК специфических особенностей древесного заполнителя, а также учитывая, что примерно 80…90% их производства у нас в стране и мировой практике осуществляется с использованием древесины, будем в дальнейшем более полно рассматривать композиты на основе заполнителя этого вида. Древесный заполнитель, как и многие другие целлюлозосо-держащие заполнители растительного происхождения, наряду с присущими им ценными свойствами (малая средняя плотность, недефицитность, хорошая смачиваемость, легкость обработки, в частности дроблением, и др.) имеет и отрицательные качества, которые затрудняют получение материала высокой проч-ности из высокопрочных компонентов (цементный камень и древесина). К специфическим особенностям целлюлозосодержащих заполнителей, отрицательно влияющим на процессы структурооб-разования, прочность и стойкость ДЦК к влагопеременным воздействиям, а также на технологические процессы производства, относятся: повышенная химическая активность; значительная степень объемных влажностных деформаций (усушка, разбухание) и развитие давления набухания; сравнительно высокие проницаемость и проводимость; наличие упругопластических свойств; низкая адгезия по отношению к цементному камню; резко выраженная анизотропия (ортотропность) не только в разных структурных направлениях (для древесного заполнителя даже в пределах одного годичного слоя древесины); значительная упругость при уплотнении смеси. Степень влияния этих свойств заполнителей растительного происхождения на процессы структурообразования и физико-механические свойства ДЦК различна, однако для получения высококачественных изделий и конструкций должна учитываться в технологии их производства.

1.2. Химическая агрессивность заполнителя растительного происхождения по отношению к клинкерному цементу

Из всех специфических особенностей целлюлозосодержащих заполнителей наиболее хорошо изучена их агрессивность по отношению к клинкерному цементу. Исследование свойств композиции «древесина—цементный камень» началось с 1924 г. Было выдвинуто предположение, что низкая прочность этой композиции связана с химическим составом древесины (табл. 11). Древесина представляет собой сложный комплекс веществ главным образом органического происхождения. Она состоит из целлюлозы (примерно 50% всей массы древесины), лигнина, ге-мицеллюлозы и небольшого количества экстрактивных ‘ веществ — таннидов (дубильных и красящих веществ), жиров, Таблица 1.1. Химический состав некоторых пород древесины

эфирных масел, органических кислот, водорастворимых Сахаров, минеральных солей. Целлюлоза и лигнин, составляющие основную массу клеточных оболочек растений и определяющие их механическую прочность, являются достаточно стойкими веществами и вредного влияния на процесс твердения клинкерных цементов не оказывают. Гемицеллюлозная часть древесины представляет собой сложные органические вещества (полисахариды), способные в щелочной среде (которой является цементный раствор, покрывающий древесный заполнитель) гидролизоваться и переходить в водорастворимые сахара. Водорастворимые сахара—сильнейшие «цементные яды». Экстрактивные вещества — танниды имеют большие размеры молекул, порядка 100 мкм. Они вымываются из древесины только горячей водой или горячим раствором «минерализатора» и хорошо осаждаются. Вследствие этого танниды не оказывают существенного влияния на процесс твердения цемента. nike air max 90 femme gris rose Простейшие водорастворимые сахара (сахароза, глюкоза, фруктоза) содержатся в древесине в небольшом количестве (0,1…0,5% от ее массы). Благодаря малому размеру молекул, порядка 1 мкм, водорастворимые сахара легко вымываются из нее раствором «минерализатора» и, попадая в цементное тесто, могут в значительной степени замедлить процесс его твердения. Смолистые вещества, содержащиеся в древесине, также не оказывают влияния на процесс твердения цемента. Смоляные кислоты, выделяющиеся из древесного заполнителя, при взаимодействии со щелочами, которые находятся в цементном тесте, образуют мыльные растворы. При значительном содержании смолистых веществ в древесине прочность ДЦК может несколько снизиться вследствие уменьшения смачиваемости частиц древесины и ухудшения сцепления с цементным тестом (камнем). Первые исследования показали, что древесина содержит легкогидролизуемые и экстрактивные вещества — «цементные яды», вредные для цемента, которые и замедляют набор прочности изделиями. Поэтому все усилия исследователей и практиков были направлены на нейтрализацию такого вредного влияния. Позднее работами, проведенными отечественными и зарубежными исследователями, было установлено, что наиболее вредное воздействие оказывают легкорастворимые простейшие сахара: сахароза, глюкоза, фруктоза и часть гемицеллюлозы, способной в определенных условиях перейти в форму таких Сахаров, и в меньшей степени опасны крахмал, танниды и смолы. Щелочная среда цементного теста способствует выделению «цементных ядов», количество которых изменяется в значительных пределах в зависимости от породы древесины, условий и сроков ее хранения. Было выявлено, что воздействие водорастворимых веществ древесины на твердеющий цемент проявляется в стабилизирующем эффекте аналогично действию поверхностно-активных веществ (ПАВ). «Цементные яды», состоящие в основном из углеводных групп НОСН, осаждаясь на поверхности частичек минералов цемента ЗСаОЗЮа (трехкальциевый силикат) иЗСаОАЬОз (трехкальциевый алюминат), образуют тончайшие оболочки, которые изолируют частицы цемента от воды, замедляют ход процессов гидролиза и гидратации цемента. Содержание полисахаридов в различных видах растительного сырья значительно отличается, наименьшее их количество, как видно из табл. 1.2, содержится в древесине ели (17,3%), наибольшее—в стеблях хлопчатника (в сечке гуза-паи), и виноградной лозе (соответственно 26,4 и 27,1%). Для уменьшения отрицательного влияния водорастворимых экстрактивных и лег- Т а б л и ц а 1.2. Содержание полисахаридов в различных видах растительного сырья Количество полисахаридов, % от абсолютно сухого вс-Вид сырья и место щсства произрастания когидролизуемых веществ на прочность ДЦК были предложены различные способы и технологические приемы, сущность которых заключалась в частичном удалении этих веществ из древесного заполнителя, в переводе простейших Сахаров в нерастворимые или безвредные для цемента соединения, в ускорении твердения портландцемента (т. е. в сокращении времени воздействия Сахаров на процессы твердения). В большинстве своем предложенные способы «минерализации» древесного заполнителя предусматривают достаточно сложные технологические процессы, требующие многоступенчатой обработки заполнителя различными химикатами с последующим кипячением или промывкой, выдержки в силосах для стабилизации его свойств или сушки и др. Из многочисленных добавок, опробованных в отечественной и зарубежной практике, приняты такие, при которых «минерализаторами» заполнителя растительного происхождения служат хлористый кальций и жидкое стекло (исключение составляет технология, используемая фирмами «Велокс» и «Дюризол»). Однако применяемые способы «минерализации» древесного заполнителя, хотя и повышают скорость нарастания прочности в начальный период, все же, как видно из табл. 1.3, не позволяют получать достаточно прочный материал. Таблица 1.3. Прочность и расход компонентов композиции <древесина — цементный камень*

Проведенные исследования [35, 46, 41] показали, что при почти полном удалении легкогидролизуемых веществ из древесного заполнителя прочность арболита удается увеличить лишь на 10…15%. Следовательно, наличие таких веществ в заполнителе можно рассматривать лишь как один из его недостатков. Это означает, что кроме химической агрессивности (содержание экстрактивных, и легкогидролизуемых веществ) древесный заполнитель обладает и другими специфическими свойствами, которые отрицательно воздействуют на структурную прочность ДЦК и поэтому должны учитываться в технологии их производства.

1.3. Влажностные деформации древесного заполнителя и развитие давления набухания

Существенным недостатком древесного заполнителя и других органических целлюлозных заполнителей, отрицательно влияющих на прочность ДЦК и их стойкость при переменном влаж-ностном режиме, являются объемные влажностные деформации заполнителей, меняющиеся в широких пределах в зависимости от влажности и температуры среды. К таким деформациям относятся усадка-усушка вдоль волокон (0,1…0,3%) в радиальном (от 3 до 5%) и в тангенциальном (6…12%) направлениях, набухание, изменение формы (коробление). Для сравнения укажем, что усадка цементного камня из портландцементного клинкера составляет всего лишь 0,3…0,4%. Древесный заполнитель, как и другие целлюлозосодержащие заполнители растительного происхождения, в процессе твердения и сушки ДЦК, а также и при эксплуатации конструкций на его основе подвержен объемным деформациям: может попеременно усыхать и набухать в зависимости от атмосферных условий, изменять форму и размеры, что способствует возникновению внутренних напряжений и деструкции контактных зон, снижению прочности структуры композита. Взаимосвязанное стеснение деформаций твердеющего минерального вяжущего— цементного камня и самих частиц древесного заполнителя может, по-видимому, явиться основным источником, обусловливающим начальное напряженное состояние твердеющего ДЦК. Однако суммарное напряженное состояние, возникающее в процессе структуро-образования в конгломерате типа арболита, не ограничивается действием только усадочных напряжений клеевой прослойки — цементного камня и древесного заполнителя. На определенных этапах на образование структуры арболита могут повлиять напряжения влажностные, температурные и от упругого действия органического целлюлозного заполнителя, особенно на стадии уплотнения и формирования изделий. Эти составляющие напряженного состояния арболита и их количественные значения изучены пока недостаточно. Наиболее значительными самопроизвольными объемными деформациями древесного заполнителя являются влажностные деформации (усушка, набухание), которые сильно отличаются по величине в различных направлениях его морфологического строения из-за анизотропности древесины и могут достигать соотношения 1 : 120. При этом объемная усушка древесного заполнителя может составить 15…20%, тогда как объемная усадка цементного камня—всего 0,9…1,2%. Естественно предположение, что напряженное состояние в структуре композита типа ар-болит зависит в большей мере от напряжений, возникающих в результате усушки и набухания древесного заполнителя, чем от усадки или набухания цементного камня (так как усадка древесного заполнителя в десятки раз больше, чем цементного камня), в то время как у многих бетонов на минеральном заполнителе это состояние обусловливается деформациями цементного камня. Целесообразность уменьшения усадочных деформаций арболита определяется и тем, что отпускная влажность изделий и конструкций из него, регламентированная ГОСТ 19222—84, принята равной 25%, древесный же заполнитель интенсивно усыхает при удалении гигроскопической влаги (при снижении влажности от 27…30% до нуля), т. е. возможна усадка арболита в уже возведенных зданиях. Обследование стеновых панелей из арболита в животноводческих и птицеводческих зданиях, проведенное ЦНИИЭПсельстроем в разное время года, подтвердило высказанные нами опасения. Результаты этого обследования показали (табл. 1.4), что к концу зимнего и началу весеннего пета блиц а 1.4. Влагосодержание стеновых панелей зданий различного назначения

риода влажность арболита в стеновых панелях составила в среднем 9,3…23% (по СНиП 11-3—79 допустимое значение влажности арболита во влажных условиях эксплуатации равно 15%). В летнее время за счет естественного высушивания сооружений содержание влаги в арболите снижалось до 7,5…15,6%. Большой градиент влажности внутри его слоев—от 7,8% (наружный слой) до 26,2% (внутренний слой) —показывает, что при высыхании в арболите могут развиваться значительные влажностные напряжения, вызывающие вследствие неравномерной усадки слоев деструкционные процессы. Следовательно, резервом получения арболита высокой прочности со стабильными физико-механическими показателями можно считать уменьшение отрицательного влияния влажностных деформаций древесного заполнителя, т. е. снижение влажностных напряжений. В процессе твердения цементного теста и тепловой обработки арболита при температуре выше 35…55° С в структуре последнего возникают незначительные температурные напряжения, которые можно не учитывать. При этом перепад между температурами окружающей среды (цеха) и сырья не превышает 20…30°С, температурный коэффициент линейного расширения древесного заполнителя вдоль волокон составляет 4,5- Ю»⁶⁰^¹; поперек волокон—46,2- Ю»⁶⁰^¹. В работе Я. В. Столярова показано, что изменение температуры в пределах 4…55°С заметно не влияет на линейное расширение бетонов на минеральных заполнителях. Практическое значение имеют влажностные деформации ДЦК, вызываемые набуханием, усушкой и короблением (изменением формы) заполнителя. При исследовании влажностных объемных деформаций, развивающихся в структуре арболита как в процессе его твердения, так и при эксплуатации, значительный интерес представляют работы по выявлению влияния влажностных деформаций на прочность бетона на минеральном заполнителе, проведенные А. В. Беловым, С. В. Александровским, А. А. Гвоздевым, Н. X. Арутюня-ном, И. И. Улицким, Г. Д. Дибровым, М. М. Королевым и др. Важное значение имеют работы Б. Н. Уголева, В. М. Хрулева, изучавших влияние режимов сушки на напряженное состояние клееной древесины [11, 12, 16, 32, 41, 82, 84], и ряд фундаментальных работ по гидротехническим бетонам, работающим в условиях увлажнения и высыхания, которые характерны и для ДЦК. Влияние влажностных напряжений на прочность бетонов на минеральном заполнителе в основном обусловлено деформациями цементного камня и может быть в некоторой степени объяснено на основе концепций о расклинивающем действии тонкого слоя воды, развитых Б. В. Дерягиным, а также представлений П. А. Ребиндера о двухмерной миграции молекул водной фазы и участии ее в появлении раздвигающих усилий в микрощелях. Однако деструкционные процессы, возникающие в бетоне типа арболит под воздействием переменного влагосодержания в процессе твердения и эксплуатации, носят несколько более сложный характер. Помимо влажностных деформаций, в цементном камне появляются более опасные объемные влажностные деформации органического целлюлозного заполнителя. Другой важной специфической особенностью древесного заполнителя является значительное давление набухания, влияние которого на процессы структурообразования ДЦК, в частности арболита, до проведения нами исследований [35, 41] не изучалось, хотя из результатов работ Ю. М. Иванова и И. Д. Грачева следует, что при увлажнении древесины развивается большое давление набухания. Для принятых размеров образцов и пород древесины Ю. М. Иванов определил, что давление набухания находится в пределах 0,76…1,5 МПа для радиального направления и 0,86…3,1 МПа для тангенциального направления; для ранней зоны годичного слоя древесины сосны оно составило 1,68 МПа, для поздней древесины—4,47 МПа. Столь близкие значения давления набухания отдельных участков древесины в контактных зонах и прочности арболита, как нам представляется, определенным образом сказываются на структурной прочности композита, поэтому изучение степени влияния давления набухания заполнителя и самого арболита в частично стесненных условиях, близких к реальным условиям эксплуатации изделий и конструкций, имеет как научный, так и практический интерес. Таким образом, арболит можно рассматривать как специфический легкий бетон, в котором самопроизвольные влажностные деформации заполнителя (древесины и др.) и, как следствие, возникновение значительного давления набухания проявляются особенно сильно. Следует отметить, что до настоящего времени изучению влияния самопроизвольных влажностных деформаций на структурную прочность и стойкость арболита в условиях переменного увлажнения и высыхания уделялось мало внимания. В 1972—1974 гг. нами начато исследование отрицательного влияния влажностных деформаций древесного заполнителя на структурную прочность арболита и его стойкость во влагопере-менных условиях (в частично стесненных условиях) и способов улучшения прочностных свойств .этого материала. Результаты исследований доложены на производственно-техническом семинаре, организованном Госстроем СССР в 1974 г. в Краснодаре.

1.4. Анизотропные свойства древесины

Древесный заполнитель представляет собой анизотропный, ортотропный материал неоднородного строения в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (поперечный, радиальный, тангенциальный срезы). Исследование технологических свойств древесного заполнителя, влияющих на качество арболита, затруднено не только из-за анизотропности различных частей дерева (комель, ствол, ветви, заболонь, ядро), но и вследствие неоднородности строения в пределах одного годичного слоя ранней и поздней древесины. Рыхлые клетки древесины^бвдаумябя в«><эдои.в, период роста дерева, более плотные клетки 1^Ж^%?^@мЙ^»-1 осенью. В единице объема поздней древесины содержится больше древесного вещества, чем в ранней, поэтому поздняя древесина подвержена большим влажностным деформациям, вызываемым изменением содержания гигроскопической (связанной) влаги. Высокая степень анизотропности механических свойств древесины (и другого органического целлюлозного сырья) является также следствием ее морфологического строения. В зависимости от породы древесины и направления нагрузки сопротивление сжатию поперек волокон в 6…18 раз меньше чем вдоль волокон (для сосны средние значения, соответственно 5,8 МПа и 41,8 МПа). Предел прочности при разрыве поперек волокон в радиальной плоскости у всех пород выше, чем при разрыве в тангенциальной плоскости (для сосны—соответственно 84,1…11,5 МПа и 3,2…2,5 МПа). Очевидно, что в последнем случае разрыв происходит преимущественно по слабой ранней зоне годичных слоев, тогда как при разрыве по радиальной плоскости он идет по ранней и плотной поздней зонам. С учетом этих свойств древесины, с нашей точки зрения, целесообразно использовать получаемую из нее дробленку с возможно меньшими размерами в радиальном направлении, а если принять во внимание набухание и усушку в тангенциальном направлении, то с сечением минимальным в двух поперечных направлениях. При работе на скалывание для древесины характерна хрупкость: сопротивление скалыванию сосны в радиальном направлении равно 6…8 МПа, в тангенциальном направлении—5,9…7,7 МПа. Установлено, что прочность на разрыв поздней и ранней древесины сильно различается; поздняя древесина ели почти в три раза прочнее на разрыв, чем ранняя; По данным В. Е. Вихрова, физико-механические свойства ранней и поздней древесины лиственницы также неодинаковы. Поздняя древесина более чем в два раза тяжелее ранней (плотность ранней древесины — 383кг/м³, поздней—863 кг/м³); для поздней древесины характерна почти вдвое большая усушка. Прочность поздней древесины по сопротивлению на статический изгиб в три—пять раз выше, чем ранней (250 МПа и 48,3 МПа), сопротивление растяжению более чем в два раза выше (151,0 МПа и 44,2 МПа). Поверхностная пористость (в %), наоборот, у ранней древесины более чем в три раза выше чем у поздней (66 и 21%), объемная пористость первой почти в два раза больше чем у второй (75,3 и 46,7%). В табл. 1.5 приведены значения тангенциальной усушки элементов годичного слоя древесины хвойных пород. Из таблицы видно, что разница между величиной усушки ранней и поздней древесины у лиственницы значительно больше, чем у сосны и ели, причем абсолютные значения усушки поздней древесины у лиственницы гораздо выше, чем у сосны и ели. Это в значительной степени объясняет, почему в древесине лиственницы возни- Таблица 1.5. Сравнительная деформатнвность элементов годичного слоя

кают сравнительно большие скалывающие напряжения вдоль годичного слоя при высыхании. В. Е. Вихров мотивирует это тем, что в единице объема поздней древесины содержится около 53% древесного вещества, а в ранней—только 25%. Видимо, одной из причин малой пригодности заполнителя из лиственницы является наибольшая, по сравнению с другими хвойными породами, анизотропность ранней и поздней древесины, способствующая развитию различных по величине влажност-ных деформаций в контактных зонах, что нарушает целостность структуры арболита. Между тем до настоящего времени получение арболита низкой прочности на дробленке из лиственницы объясняли исключительно большим содержанием в ней легкогид-ролизуемых веществ, замедляющих твердение цемента.

1.5. Проводимость и проницаемость древесного заполнителя

Древесина, как и другое сырье растительного происхождения, представляет собой капиллярно-пористоколлоидное тело, или ограниченно набухающий гель. Это позволяет вводить в нее инородную жидкость, т. е. возможна пропитка древесины растворами [57]. Вода, проникая в волокна древесины, разрыхляет ми-целлярные ряды, разрывает водородные связи между гидрокси-дами смежных молекул и таким образом разрыхляет структуру волокна. Присутствие сорбированной жидкости в древесине не только меняет ее механические характеристики, но и обусловливает проводимость древесиной жидкостей. Из-за неоднородности анатомического строения древесины в одном срезе заболони, по которой проходит восходящее сокодви-жение, и ядра, отличающегося наибольшей плотностью и состоящего из мертвых затилованных клеток, ход и характер пропитки древесины химическими растворами различен. Вследствие этого следует ожидать неодинаковую степень «минерализации» различными химическими растворами-добавками отдельных частиц древесного заполнителя, полученного из заболонной и ядровой частей древесины. Можно предположить, что при разрушении ДЦМ, центры деструкции в структуре будут в зоне наличия частичек ядровой древесины и на участках частиц заполнителя поздней древесины, предрасположенной к большим самопроизвольным деформациям и характеризуемой меньшей адгезией с цементным камнем. Степень «минерализации», или определение процента поглощения пропиточного раствора а (по сухому веществу) по отношению к сухой массе древесины должно определяться лабораторным путем. Изменение влажности ДЦК прежде всего связано с миграцией влаги в древесном заполнителе. Находящаяся в древесине влага в зависимости от местонахождения и степени связи по-разному проявляет себя. Свободная влага размещается в капиллярах или полостях клеток, а также между клетками, достаточно легко мигрирует и удаляется из древесины. Связанная влага частично образует на мицеллах целлюлозы адсорбированные пленки, частично вклинивается между, мицеллами в виде субмикроскопических прослоек. Химически же связанная влага входит в состав древесного вещества самих клеточных оболочек. При изменении влажности древесины за счет связанной влаги в пределах от абсолютно сухого состояния до точки насыщения волокна и наоборот древесина изменяет линейные размеры, а следовательно, и объем. Только в абсолютно сухом состоянии и при влажности, равной точке насыщения волокна и выше (1У== =30%), объем древесины становится постоянным. Такое изменение размеров древесины обусловливается раздвижной межми-целлярной структуры водными прослойками. Из-за сравнительно высокой проницаемости органический целлюлозный заполнитель обладает большим водопоглощением, чем любой минеральный пористый заполнитель. Чтобы предотвратить отбор воды из приготовленной смеси и обезводить контактную зону (что противоречит основополагающим положениям теории прочности бетона), при приготовлении, например, арбо-литовой смеси приходится поддерживать высокие значения В/Ц (1…1,3), а это ведет к значительным усадочным деформациям и снижению прочности материала. Наличие влаги в древесине и влажностные деформации отрицательно влияют на процессы структурообразорания арболита, поэтому одним из путей получения арболита с постоянными физико-механическими показателями следует считать стабилизацию объема древесного заполнителя.

1.6. Адгезия древесины с цементным камнем

Крупнопористая структура арболита, как и других ДЦК с незаполненным межзерновым пространством (80…90% объема твердого тела занимает древесный заполнитель и только 10…20% приходится на цементный камень), характеризуется [45] объемом цементного камня, недостаточным для заполнения пустот между частицами органического целлюлозного заполнителя. Прочность и долговечность неплотной структуры арболита в значительной степени обусловливается сцеплением древесного заполнителя с минеральным вяжущим, т. е. адгезией древесины с цементным камнем. Поэтому получение арболита на древесном заполнителе марок 5…35 (ГОСТ 19222—84) при расходе цемента 260…400 кг на 1 м³ предположительно может быть объяснено недоиспользованием прочности его компонентов, что обусловливается ослаблением структуры конгломерата из высокопрочных компонентов, вызываемым нарушением сцепления между ними. Представление об арболите как о композитной структуре, у которой непрерывный каркас образует тонкие пленки цементного камня, согласуется с общими положениями теории искусственных строительных материалов—композитов, разработанной В. И. Соломатовым, а также с результатами исследований В. Н. Юнга, Б. Г. Скрамтаева, Н. А. Попова, И. А. Рыбьева, Ю. Б, Корниловича, И. А. Иванова [30, 32, 37, 68, 69, 76, 80], которые считают одним из основополагающих факторов упрочения структуры бетона улучшение сцепления заполнителя с прослойками цементного камня. Это предопределило необходимость глубокого изучения процессов и явлений, имеющих отношение к сцеплению древесины (заполнителя со специфическими свойствами) с цементным камнем, так как рассматриваемое свойство двух разных по своей природе материалов (органического целлюлозного заполнителя и цементного камня) является важным условием, определяющим прочность и долговечность арболита. Особое значение для повышения структурной прочности арболита может иметь изучение прочности сцепления древесины с цементным камнем с учетом склонности древесного заполнителя к значительным влажностным деформациям, так как в процессе твердения и сушки арболита эти деформации влияют определен- . ным образом на структурную .прочность композиции «древесина—цементный камень». В настоящее время нет общепризнанной теории адгезии, поэтому объяснение природы адгезионных процессов для таких сложных по своему составу материалов, как портландцемент и древесина, представляется затруднительным. Результаты, полученные разными исследователями, весьма разноречивы и из-за отсутствия единой методики испытаний практически несопоставимы. В нашей стране первые работы по определению сцепления древесины с цементным камнем были связаны с изучением возможности применения деревобетона (бетон с деревянной арматурой) в строительстве. Деревобетон представляет собой конструктивное соединение двух материалов, характеризующихся различными структурно-механическими свойствами. Проблема заключается в необходимости обеспечения совместной работы его составляющих. Трудность решения этой задачи в том что при тепловой обработке и применении насыщенной водой арматуры возникает опасность нарушения сцепления между бетоном и древесиной (деревянной арматурой) из-за усушки последней и образования вокруг нее сквозного зазора, при использовании же сухой арматуры в бетоне образуются трещины в результате разбухания дерева. • Проблему сцепления древесины с цементным камнем в нашей стране изучали [41] проф. И. А. Кириенко, М. А. Киения (1930- I³ ^1^7^°^» (¹⁹³³‘^г•)> ^в— ^п— Петров и И. М. Пушкин (1У^й—1У37 гг.). Было установлено, что сцепление древесины с цементным раствором и бетоном зависит от В/Ц смеси условии хранения конструкций, влажности, шероховатости и формы деревянных стержней (брусков). В зависимости от принятых условии величина сцепления колебалась от 0,05 до 1 25 л’Ша (из-за несовершенства принятой методики (см табл 1’6) истинное сцепление значительно меньше). Г. А. Евсеевым [25] показано существенное влияние водорастворимых Сахаров, содержащихся в древесине, на ее сцепление °п Т^т™»» ^камнем— Аналогичный вывод сделан в 1960 г л. м. Шмидтом [86]. Было получено значение адгезии древесины с цементным камнем 0,26…0,3 МПа. К сожалению, результаты этих исследований значительно различаются (табл 1 6) и трудно сопоставимы по следующим причинам: в опытах использовались разные методики; применялась древесина неодинаковых пород, с разными плотностью, направлением волокон в зоне склеивания и начальной влажностью; виды и качество обработки ^^^сины ^Р^⁰⁸™-«¹) были различными; неодинаковыми принимались размеры склеиваемых образцов и характер разрушения сцепления, активность и степень помола вяжущего а также толщина клеевого шва; на величину сцепления, кроме сил адгезии, влияли силы защемления (трения при выдергивании деревянных стержней). До настоящего времени в лабораторной практике не существует общепринятой методики определения величины сцепления древесины с минеральными вяжущими веществами Методы определения сцепления арматурной стали (выдергивание или выдавливание стержней из затвердевшего бетона) при замене стержня деревянным бруском не могут быть приняты нами из-за ^и¹‘⁰;⁴»^{0 при вытягиван!1и} бРУСка из затвердевшего раствора фиксируется не только сила сцепления материалов, но также сила трения материала о затвердевший раствор, на которую влияет защемление, вызываемое набуханием деревянного бруска или его короблением. В ЦНИИМЭ опробовалась методика [17], испытывались образцы, полученные методом формования цементной призмы 40Х X 40Х160 мм, с деревянной пластинкой 40Х40Х20 мм (образцы до распалубки хранились 14 суток), расположенной в середине. Однако зарегистрировать приборами величину сцепления не удалось. По нашему мнению, это объяснялось тем, что в экспериментах не исключалось нарушение сцепления вследствие усадочных процессов в начальные сроки, так как силы трения и сцепления частей цементной призмы со стенками формы в начальные сроки превышали величину сцепления призм с деревянной пластинкой. В принятой нами методике в целях предотвращения отрыва деревянной пластинки от твердеющего тела призмы образцы рекомендовано распалубливать через 24 ч и в дальнейшем хранить в вертикальном положении во влажных опилках до испытания. Определение сцепления путем -помещения в форму деревянной пластины в виде стандартной восьмерки сечением 5 см² с последующим заполнением формы цементным раствором из-за неточности показаний также не может быть рекомендовано, так как возможно нарушение сцепления вследствие разницы объемных деформаций материалов в местах наибольшей концентрации напряжений по периферии (опасного сечения восьмерки). Методика Л. М. Шмидта [86], измененная позднее Г. А. Евсеевым [25], для определения адгезионной прочности при склеивании двух деревянных пластин (с площадью склеивания 100 см²) портландцементом также не может быть рекомендована, так как на результаты существенно влияют деформативные и анизотропные свойства крупных образцов (100Х100 мм). Неэффективно и определение силы сцепления древесины с цементным камнем по ГОСТ 3056—74 * и ГОСТ 10636—78* (определение прочности клеевого шва при склеивании древесины на машине УМ-5), поскольку затруднена регистрация малых величин, а в начальные сроки цементный камень слабо сцепляется с древесиной (в первые сутки сила удельного сцепления равна О…0,005 МПа), из-за чего образцы, склеенные цементным тестом, разрушались, когда их помещали в приспособление для испытания. Возникла необходимость разработки методики, учитывающей все специфические особенности древесины. Нами была предложена методика определения адгезии композиции «дерево — цементный камень», которая позволяет определять величину сцепления, обусловленную только способностью данных материалов к склеиванию и исключающую возможность повышения сцепления вследствие защемления древесины раствором вяжущего. Предложенная методика дает также возможность выявить специфическую адгезию элементов годичного слоя (ранней и поздней древесины). В результате изучения специфической адгезии древесины с цементным камнем для получения сопоставимых результатов была предложена методика, учитывающая особенности древесины: содержание ранней древесины в контактной зоне, плоскость среза (радиальная или тангенциальная); направление волокон, шероховатость поверхности, толщину прослойки цементного камня, условия изготовления и хранения моделей. В гл. 4 представлены результаты исследования адгезии древесины с цементным камнем с учетом анизотропных свойств субстрата, влажностных деформаций и повышенной проницаемости древесины.

1.7. Проявление упругих свойств при уплотнении древесно-цементной смеси

Арболитовая смесь представляет собой сыпучее тело, которое можно охарактеризовать как дискретную систему, включающую частицы древесины, связующее (цементное тесто)» влагу (внутри заполнителя) и воздух. Древесина проявляет упруговязкопла-стичные свойства. Арболитовая смесь, состоящая на 80…90% по объему из древесного заполнителя, в процессе формования и уплотнения также проявляет эти свойства. Податливость ее— сжимаемость при формовании — зависит от доли свободного объема. Древесно-цементные смеси до уплотнения содержат значительное количество воздуха между частицами заполнителя и внутри них, поэтому обладают очень высокой сжимаемостью, чему способствует эластичность тонких нежестких частиц древесины. В процессе структурообразованйя с изменением влажности древесного заполнителя меняются такие его свойства, как жесткость и пластичность, что естественно отражается на его структуре и прочности. Известно, что древесина характеризуется сравнительно большой жесткостью (большим значением модуля упругости) — способностью сопротивляться упругому деформированию. С увеличением влажности жесткость древесных частиц заполнителя уменьшается, а с увеличением плотности древесины — увеличивается. Наибольшее влияние на процессы уплотнения и структурообразование арболита оказывает такое свойство древесного заполнителя, как упругость. При динамической нагрузке в процессе уплотнения арболитовой смеси упругость ее может характеризоваться следующими значениями живого упругого сопротивления: сосна—20…30; ель—50…100; береза—50. Упругость древесины зависит от морфологического строения и средней плотности породы. На такое свойство древесины, как пластичность (обратное упругости), существенно влияет влажность; пластичность при изгибении и особенно резко—при вымачивании в горячей воде. Пластичность древесного заполнителя зависит также от его морфологического строения. Хвойные породы обладают меньшей пластичностью, чем лиственные, причем более пластичными оказываются породы с пористым строением древесины. Древесный заполнитель, полученный из заболонной части древесины (отходы лесопиления—горбыль, срезки и др.), обладает более высокой пластичностью, чем из ядра (твердые и мягкие отходы деревообработки). В процессе уплотнения (прессования) древесно-цементной смеси частицы древесины проявляют, кроме пластичности при изгибе, пластичность при давлении (податливость). На величину пластичности также существенно влияет влажность древесины. Со снижением влажности частиц древесины повышается их сопротивление сжатию, так как уменьшение количества воды между мицеллами повышает коэффициент внутреннего трения. В связи с тем, что древесина проявляет упругопластические свойства, для древесно-цементной смеси характерны такие же свойства. Поэтому процесс ее уплотнения сопровождается реде-формацией (распрессовкой) отформованного изделия после снятия приложенной нагрузки. В зависимости от средней плотности формуемых изделий и фракции древесного заполнителя коэффициент уплотнения (для арболитовой смеси) варьирует от 1,2 до 1,8 и более, что также влияет на редеформацию. Поэтому для обеспечения восприятия упругой составляющей при уплотнении арболитовой смеси иногда применяют формы с фиксированными крышками (по способу вибропрессования). Используют и другие способы: силовой вибропрокат, послойное уплотнение (укатка). Однако отрицательное влияние упругости арболитовой смеси на структурообразование и напряженное состояние отформованного изделия из арболита наблюдается во всех случаях. В целях оптимизации процесса уплотнения и улучшения физико-механических свойств ДЦК необходимо учитывать специфические структурно-механические процессы, происходящие при формовании и уплотнении изделий из упругой древесно-цементной смеси, в зависимости от высоты формуемых изделий и их плотности. В связи с этим значительный интерес представляют исследования Г. И. Горчакова, Б. В. Гусева, Ю. М. Баженова и ряда других ученых [14, 23, 24], изучавших уплотнение различных видов бетонов на минеральных заполнителях во взаимосвязи со структурными изменениями, происходящими в процессе уплотнения.

Глава 2

СЫРЬЕВЫЕ КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ КОМПОЗИТОВ С ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ

2.1. Сырье для органического целлюлозосодержащего заполнителя в ДЦК

2.1.1. Древесина

В производстве композитов с целлюлозосодержащим заполнителем наиболее широкое применение нашли различные хвойные и лиственные породы древесины. Это объясняется большей доступностью древесного сырья и сосредоточенностью его в больших количествах в отходах на местах переработки в виде вторичных ресурсов. Все древесные отходы, которые могут быть использованы для получения ДЦК по месту их образования можно разделить на три группы: отходы лесозаготовительной промышленности — образуются на делянках при заготовке леса и на нижних складах; к ним относятся вершины, ветви, тонкомер; сучья, откомлевки, дровяное долготье (дровяная древесина), козырьки, опилки, кора; отходы лесопильного производства — образуются при переработке деловой древесины; к ним относятся горбыли, рейки, срезки, отрезки, опилки, кора; отходы деревообрабатывающей промышленности—образуются при изготовлении строительных конструкций, изделий и деталей, а также столярных изделий и мебели; имеют место отходы в виде отдельных кусков цельной древесины, а также «мягкие» отходы — станочная стружка и опилки (горбыль, рейки, отрезки, срезки, карандаши—отход фанерного производства, отструг— часть бруса или ванчеса, образуемого при получении строганого шпона, шпон-рванина, обрезки шпона, стружки, опилки). В производстве ДЦК при возможности выбора отходам деревообрабатывающих предприятий отдается предпочтение по сравнению с такими же отходами лесопильного производства, так как при изготовлении строительной и мебельной продукции древесину сначала подвергают воздушной и камерной сушке, что существенно влияет на снижение содержания в ней легкогидроли-зуемых водорастворимых веществ, а следовательно, улучшает структурно-механические свойства ДЦК. Отечественными и зарубежными специалистами отмечалось, что в силу неодинакового содержания легкогидролизуемых веществ в разных породах древесины и ее различной морфологической структуры для получения высококачественных ДЦК выбор породы древесины имеет принципиальное значение. Зандерман и Ден в своих «древесина—цемент» работах на примере фибролита установили степень пригодности различных пород древесины для изготовления ДЦК (табл. 2.1).

Древесный заполнитель является сложным материалом, так как в отличие от стабильного минерального заполнителя, применяемого для производства различных видов бетона, способен при изменении влажностных условий среды изменять свойства ДЦК. Свежесрубяенная древесина вробще считается не пригодной для изготовления фибролита и других ДЦК, поэтому древесное сырье необходимо длительное время выдерживать в естественных условиях, для того чтобы в древесине протекали процессы перекристаллизации, а также био- и физико-химические процессы, снижающие содержание вредных водорастворимых химических веществ. Как показали отечественные специалисты, наиболее пригодными древесными породами для изготовления ДЦК являются ель, пихта, сосна, тополь, осина, береза, бук, дуб, лиственница. Существенное влияние на технологию и качество ДЦК оказывают физико-механические, анизотропные свойства и микроскопическое строение древесины. Классификация древесных отходов, применяемых в производстве ДЦК, приведена на рис. 2.1. Малоценная древесина—хворост (маломерная древесина), здоровый валежник и обломки стволов в процессе заготовки леса. . •..:• Отходы кроны—сучья, вершинки, ветви, древесная зелень; отходы раскряжевки — опилки, козырьки, откомлевки. Физико-механические и химические свойства древесины отходов раскряжевки такие же, как и стволовой древесины соответствующей породы. Пни и корни остаются при валке деревьев на лесосеке; по своему строению, физико-механическим и химическим свойствам древесины они мало отличаются от древесины ствола. Строение корня отличается от строения древесины ствола тем, что в древесине корня содержится меньшее количество волокон. Неделовая древесина должна удовлетворять требованиям ОСТ 13-76—79. Сырье древесное для технологической переработки. Диаметр сырья устанавливается от 2 см и выше, длина от 1 до 6 м с градацией через 1 м. В зависимости от качества сырье делится на три сорта—I, II, III. В сырье не допускаются такие дефекты, как наружная трухлявая гниль, обугленность; ядровая гниль ограничивается в зависимости от сорта; остальные пороки и дефекты допускаются. Сырье поставляется любых хвойных и лиственных пород, с корой и в окоренном виде. Обмер и учет древесного сырья длиной до 3 м производят по ГОСТ 3243—46**, а длиной более Зм — по ГОСТ 2292—74 *. Допускается геометрический метод определения объема древесины. Сырье поставляется в пакетированном и непакетированном виде; при длине лесоматериалов менее 2м — только в пакетах. Дровяная древесина (ТУ 13-01-06—66) и кусковые отходы лесозаготовок и лесопильно-деревообрабатывающих производств толщиной не менее 8 см, длиной 47±3 см могут быть использованы для производства фибролита (для других ДЦК размеры кусковых отходов не регламентируются). Тонкомерная древесина получается в основном при проведении рубок ухода, и представляет собой круглый, неокоренный, с обрубленными ветками лесоматериал. Диаметр в верхнем отрубе тонкомера хвойных пород 2…6 см, лиственных 2…8 см, длина 1…3 м с градацией через 0,5 м. Из сучьев может быть получена технологическая щепа (ТУ 13-396—77). Размеры щепы: длина 10…60 мм, толщина не более 20 мм. В щепе допускается содержание коры до 25%, гнили до 3%, зелени (хвоя, листья) до 5%, минеральных примесей до 1%. Содержание кондиционной щепы 70%. Разрешается поставка щепы смешанных пород. Кусковые отходы лесопиления и деревообработки — горбыли, рейки, отрезки бревен и пиломатериалов, обрезки фанеры и плит. Горбыль представляет собой отпиленную периферийную часть бревна, у которой с одной стороны пропиленная пласть, с другой — необработанная поверхность. Количество горбылей зависит от метода раскроя, диаметра и сбега бревен, правильности расчета поставок, подбора бревен по диаметрам и многих других факторов. Рейки являются отходами лесопиления и деревообработки, получающимися при обрезке и раскрое пиломатериалов по ширине. Отрезки получаются при поперечном раскрое, когда размеры пиломатериалов не кратны размерам заготовок по длине, при торцовке бревен и пиломатериалов или при вырезке дефектов и пороков древесины. Обрезки получаются при раскрое фанеры, лущеного и строганого шпона, древесных плит на заготовки. Отходы фанерного производства — карандаш, отструг, отрезки чураков, шпон-рванина. Карандаши—часть фанерного чурака, остающаяся после лущения шпона. Шпон-рванина представляет собой куски шпона, получающиеся в процессе лущения, строгания, сушки, сортировки и рубки шпона по формату. Отструг—часть бруса или ванчеса, остающаяся после строгания, в виде досок нестандартных размеров при изготовлении строганого шпона. Мягкие отходы лесопиления и деревообработки — опилки, стружка, шлифовальная пыль. Опилки—частицы древесины, образующиеся при поперечной и продольной распиловке круглых лесоматериалов, пиломатериалов, при раскрое плит и фанеры. Стружка станочная образуется при строгании, фрезеровании и сверлении пиломатериалов, заготовок и деталей на фуговальных, рейсмусовых, фрезерных и других станках. Форма и размеры стружек зависят от типа станков и характера обработки. Кора по своему химическому составу резко отличается от древесины. В ней содержится большое количество минеральных экстрактивных веществ, лигнин. Кора многих древесных пород (дуба, ели, лиственницы, ивы) содержит растительные танниды. Древесный заполнитель как частица цельной древесины, являясь по строению одновременно гетеропорозным телом и эластичным гелем, представляет собой капиллярно-пористый коллоидный материал и обладает свойствами как капиллярно-пористых, так и коллоидных материалов. В состав древесины в естественном состоянии входят субстанция древесного вещества и многочисленные пустоты, капилляры в виде полостей клеток и сосудов. Эти полости весьма малы по своим размерам и многочисленны, их удельная внутренняя поверхность составляет около 32 м² на 1 г древесины. Вся система полостей и сосудов древесного заполнителя сообщается между собой определенными путями. Стенки клеточных полостей и сосудов эластичны и при поглощении влаги фор-моизменяются (увеличиваются в размерах), что усугубляется высокой степенью анизотропности. Если наличие пустот характерно для капиллярно-пористых тел, то эластичность свойственна коллоидным. Это и является одним из специфических отличий органического целлюлозного заполнителя от минерального пористого заполнителя. Так как одним из важных условий адгезии цементного теста (камня) с древесиной является смачивание, а также В/Ц в контактной зоне, то водопроводящие свойства древесного заполнителя могут оказывать большое влияние на структурную прочность арболита. Миграция влаги и растворов в древесном заполнителе в процессе приготовления смеси и твердения ДЦК происходит по широкоразвитой водопроводящей системе макро-, микро- и субмикроскопического строения, которое зависит от проницаемости и проводимости древесины. Специфичность анатомического строения различных пород и частей дерева (заболони, ядровой или спелой древесины) необходимо учитывать во всех технологических переделах (миграция влаги и жидкой фазы в процессе «минерализации» и приготовления арболитовой смеси, формирования и твердения арболитовых изделий). Микроскопическая структура древесины хвойных и лиственных пород принципиально различается (рис. 2.2 и 2.3). Основными проводящими элементами древесины хвойных пород служат трахеиды, которые, по данным О. И. Ванина, составляют 90,4…95,3% общего объема. Л. А. Иванов приводит следующие данные о размерах трахеид хвойных пород: длина — 2,6…4,4 мм, ширина полости—0,024…0,075 мм (рис. 2.4). Даже в пределах одного годичного слоя трахеиды ранней и поздней древесины значительно отличаются друг от друга формой и размерами полости. В ранней древесине трахеиды имеют форму неправильного многоугольника, средний размер ширины полости которого равен 20…40 мкм (в тангенциальном направлении), а в поздней—округлопрямоугольную. Водогазообмен между трахеидами зависит от размера не их полостей, а окаймленных пор (рис. 2.5), через которые трахеиды сообщаются. Диаметр отверстий таких пор колеблется от 4 до 8 мкм (по данным Л. М. Перелыгина). Согласно данным Л. И. Джапаридзе и Н. Н. Брегадзе, количество закрытых пор в древесине ели и пихты уменьшается в направлении от спелой древесины к заболони. Ширина заболони у сосны довольно значительна, у деревьев в возрасте 120—150 лет она составляет 25…33% радиуса ствола. С возрастом увеличивается процент ядровой древесины. Таким образом, решающее влияние на проницаемость хвойных пород в процессе «минерализации» и приготовления арболитовой смеси оказывает суммарная площадь отверстий окаймленных пор и их состояние. В практике производства арболита и других ДЦК из лиственных пород нашли применение рассеяннососудистые породы— бук, частично береза и осина, используемые в качестве примеси до 20…30% к хвойной древесине [5—8, 10, 17, 41], а также коль-цесосудистые породы—дуб в виде отдубины (отход экстрактивного производства). Древесина лиственных пород имеет весьма сложное, неоднородное строение. Основные анатомические элементы ее—сосуды, которые в основном выполняют проводящие функции (см. рис. 2.4). У лиственных пород диаметр мелких сосудов колеблется в пределах от 0,005 до 0,1 мм, у крупных—от 0,2 до 0,4 мм, в ранней древесине дуба диаметр сосудов почти 0,5 мм. Объем сосудов в зависимости от породы древесины составляет от 7 до 43% ее общего объема. Проницаемость древесины лиственных пород может сильно понижаться в результате закупоривания сосудов и сосудистых трахеид тиллами—выростами клеток древесной паренхимы, внедряющимися в полость проводящих элементов. Проницаемость древесины хвойных пород по сравнению с лиственными меньше как в радиальном, так и в тангенциальном направлениях. Это может быть объяснено почти полным отсутствием пор на боковых стенках элементов хвойных пород, состоянием горизонтальных смоляных ходов, а также смолистостью. Установлено значительное различие проницаемости древесины разных пород, а в пределах одной породы—проницаемости заболони и ядра (спелой древесины). У хвойных пород проницаемость ядровой и спелой древесины значительно ниже проницаемости их заболони: например, у ели—в 200, у кедра—в 76 раз [12, 16]. Это следствие структурной анизотропии древесины, с которым следует считаться на разных стадиях технологии производства арболита и других ДЦК (особенно в процессах замачивания и «минерализации»). Дробленка из заболонной части древесины чаще всего получается из отходов лесопильного производства (горбыль, срезки), из ядровой (или спелой) —из отходов деревообработки (торцы, срезки, отбракованные детали, станочная стружка), хотя/может содержать до 20…25% дробленки из заболонной части. Высокая степень анизотропности механических свойств древесины (и другого целлюлозосодержащего сырья) является следствием ее анатомического строения. Механические свойства древесины изменяются в большем диапазоне, чем у других природных и искусственных материалов. Это обусловливается различными причинами: неоднородностью строения в разных направлениях, изменчивостью плотности в зависимости от возраста дерева, места в стволе, условий роста, влияния влажности, наличия пороков и др. Анизотропность свойств наблюдается не только в различных частях древесины (корни, ствол, ветви, заболонь, ядро), но и в пределах одного годичного слоя (для ранней и поздней древесины). Исследованиями Яхонтова, Баумана и др. показано, что механические свойства древесины хвойных пород зависят от процента содержания поздней древесины. По опытам Яхонтова сопротивление древесины сосны на сжатие вдоль волокон увеличивается с ростом процента содержания поздней древесины: Содержание поздней древесины, % 21 23 26 29 30 34 38 Сопротивление сжатию вдоль волокон, МПа 30 35 40 45 50 55 60 Однако, как показал В. Е. Вихров [16], у сосны при влажности более 30% с увеличением процента содержания поздней древесины временное сопротивление на сжатие увеличивается в значительно меньшей степени, чем при влажности до 30%. В зависимости от породы и направления нагрузки сопротивление древесины сжатию поперек волокон в 6…18 раз меньше сопротивления сжатию вдоль волокон (для сосны среднее значение сопротивлений составляет соответственно 5,8 МПа и 41,8 МПа). Предел прочности при разрыве поперек волокон в радиальной плоскости выше, чем при разрыве в тангенциальной плоскости (для сосны соответственно 3,2 МПа и 2,5 МПа). Очевидно, в последнем случае разрыв происходит преимущественно по слабой ранней зоне годичных слоев, тогда как по радиальной плоскости он идет по ранней и плотной поздней зонам. Учитывая эти свойства древесины, дробленку из нее надо использовать по возможности меньших размеров в радиальном направлении, а учитывая большую набухаемость и усушку—в тангенциальном направлении (по нашему мнению, дробленка должна иметь минимальное сечение в двух поперечных направлениях). Древесина слабо сопротивляется скалыванию вдоль волокон. Работа ее на скалывание носит хрупкий характер: для сосны в радиальном направлении оно равно 6…8, в тангенциальном— 5,9…7,7 МПа. По исследованиям Баумана и Мелехова, поздняя и ранняя древесины сильно различаются по своей прочности на разрыв. Так, например, поздняя древесина ели почти в три раза прочнее на разрыв, чем ранняя. По данным В. Е. Вихрова, физико-механические свойства ранней и поздней древесины лиственницы неодинаковы. Поздняя древесина более чем в два раза тяжелее ранней (плотность ранней древесины составляет 0,383, поздней—0,863 г/см³), имеет почти вдвое большую усушку. Прочность поздней древесины по сопротивлению статическому изгибу в 4—5 раз выше, чем ранней древесины (соответственно 151 и 44,2 МПа). Поверхностная пористость ранней древесины (в %), наоборот, больше более чем в 3 раза (66 и 21%), а объемная пористость—почти в 2 раза (75,3 и 46,7%). Плотность поздней древесины сосны в 2 раза выше чем ранней (соответственно 0,775 и 0,383 г/см³). Различие в усушке ранней (7,87%) и поздней (13,87%) древесины лиственницы значительно больше, чем у сосны и ели (соответственно 8,05 и 11,26%; 8,1 и 10,1%). Абсолютные значения усушки поздней древесины у лиственницы гораздо больше чем у сосны и ели. Это в значительной степени объясняет наличие в древесине лиственницы при высыхании сравнительно больших скалывающих напряжений вдоль годичного слоя. Обусловливается это тем, что в единице объема поздней древесины древесного вещества содержится около 53%, в ранней—только 25%. При насыщении древесины водой в единице объема поздней древесины гигроскопической влаги разместится по объему больше, чем в ранней, а это приведет к большому абсолютному снижению прочности и значительному разбуханию поздней древесины. По этим причинам, а также из-за большого содержания легкогидролизуемых веществ в древесине лиственницы ее применение при производстве арболита в’ качестве заполнителя затруднительно. Таким образом, изучение анатомического строения трахеид, толщины оболочек, поверхностной пористости древесины позволяет в первом приближении объяснить ряд явлений, связанных с изменением формы и размеров частиц древесины, а также сделать вывод о том, что при прочих равных условиях стабильность элементарных частиц хвойных пород (лиственницы и др.) будет более высокая, если эти частицы получены из радиальной древесины (ствола, т. е. ugg slipper заполнитель из отходов стол»ярного производства, а не лесопильного). При этом чем тоньше частицы заполнителя, тем стабильность их выше при переменных влажностных режимах. Древесина представляет собой капиллярно-пористоколлоидпое тело или ограниченно набухающий гель [56, 57]. Благодаря такому ее строению возможно введение в нее инородной жидкости, т. е. пропитка химическими растворами. Вода, проникая в волокна древесины, разрыхляет мицелляр-ные ряды, разрывает водородные связи между гидроксидами смежных молекул и тем самым изменяет структуру волокна (одновременно повышая химическую активность древесного заполнителя). Таким образом, присутствие сорбированной жидкости в древесине не только меняет ее механические характеристики, но и обусловливает проводимость древесины жидкостями. Наличием в древесине полярных гидроксильных групп объясняется ее связь с молекулами воды: целлюлоза и ее спутники поглощают из атмосферы пары воды до тех пор, пока не наступит равновесие. christian louboutin Явление сорбции отражает гетерогенность физической структуры волокна, внутренняя поверхность которой, имея значительную площадь (32 м² на 1 г древесины), содержит валентные или полярные группы, способные адсорбировать влагу. Процесс адсорбции воды на активных участках внутренней поверхности сопровождается тремя характерными явлениями: выделением теплоты адсорбции, возникновением давления набухания, проявлением объемного сжатия. Все эти явления определенным образом влияют на структурообразование ДЦК. Одним из значительных недостатков качества целлюлозосо-держащего заполнителя надо считать самопроизвольные (объемные) вынужденные деформации, которые возникают под воздействием изменений среды (влажности, температуры, экзотермии цемента, влияния агрессивных сред и т. п.). К ним относятся усадка (усушка заполнителя), набухание, линейное расширение, температурные деформации и т. д. Изменение влажности арболита прежде всего связано с миграцией влаги в древесном заполнителе. Находящаяся в древесине влага в зависимости от местонахождения и степени связи по-разному проявляет себя. Свободная влага, размещаемая в капиллярах или полостях клеток, а также между клетками, достаточно легко мигрирует и удаляется из древесины. Одна часть связанной влаги образует на мицеллах целлюлозы адсорбированные пленки, другая — вклинивается между мицеллами в виде субмикроскопических прослоек. Химически же связанная влага входит в состав древесного вещества самих клеточных оболочек. При изменении влажности древесины за счет связанной влаги в пределах от абсолютно сухого состояния до точки насыщения волокна и обратно древесина изменяет свои линейные размеры, а следовательно, и объем. Только в абсолютно сухом состоянии и при влажности, равной точке насыщения волокна (И7=27…30%) и выше, объем древесины становится постоянным Такое изменение размеров древесины обусловливается раздви-жением межмицеллярной структуры водными прослойками. Работы, проведенные К. М. Ханмамедовым по изучению закономерностей разбухания древесины, показали, что, начиная с 14…16%-ной влажности, набухание возрастает не только за счет раздвижки мицелл, но и вследствие капиллярной конденсации. Наличие влаги в древесине и влажностные деформации отрицательно влияют на процессы структурообразования арболи-та, поэтому основным направлением получения его со стабильными физико-механическими показателями надо считать стабилизацию объема древесного заполнителя. Структурно-механические свойства ДЦК отражают структурное состояние, деформативность и сопротивляемость в процессе формования — уплотнения ее в изделии и конструкции (структу-рообразование, закономерность распределения и релаксации напряжений, текучесть).

2.1.2. Отдубина

Отдубина—отход заводов дубильных экстрактов. Последние используются в кожевенной промышленности, для обработки и облагораживания натуральной кожи. Исследования подтвердили возможность организации производства арболита на отдубине фракции 2,5…10 мм. Полученный на этих отходах арболит имеет объемную массу около 650 кг/м³ и прочность 1,5…2 МПа. По данным Семипалатинского кожмехобъединения, ежесуточный выход отдубины с заводов дубильных экстрактов только в Казахской ССР составляет 100 т. Кроме того, имеется огромное количество отдубины, накопившейся в отвалах. Поскольку отду-бина является отходим производства, в стоимость арболита входят только затраты на ее перевозку. Себестоимость 1 м³ арболи-товых изделий на основе отдубины на предприятии мощностью 20 тыс. м³ в год составляет 16,5 руб., стоимость 1 м² стены из арболита на этих отходах равняется 6,96 руб. Эффективность организации производства арболита на отдубине подтверждается опытом работы Вольского завода строительных изделий Саратовского Облмежколхозстроя, который выпустил за последние 4 года более 25 тыс. м³ арболитовых блоков на основе отдубины и получил экономию более 260 тыс. руб. Значительные запасы дубильно-экстрактовых отходов в виде отдубины имеются в городах Уфе и Можге.

2.1.3. Кора

Количество коры у деревьев различных пород зависит от диаметра ствола, места произрастания дерева, части ствола. По данным Союзлеспрома, количество коры на стволах деревьев различных пород в процентах к объему стволов составляет (при ступени толщин ствола от 8 до 64 см): для сосны— 11…17, ели—9…16, березы — 13…15, осины — 11…18, дуба— 16…23, лиственницы—22…24, кедра—11…16, пихты—11…15%. С учетом потерь коры в процессе заготовки и транспортировки леса ресурсы ее только от окорки всего пиловочного и балансового сырья составляют ежегодно около 17 млн м³. До недавнего времени древесная кора считалась безвозвратным отходом и вывозилась в отвалы, при этом затрачивалось 2,0…2,5 руб. в расчете на 1 пл. м³ коры. Кроме того, в месте ее скопления образовывались высококонцентрированные фенольные стоки, которые и в настоящее время наносят существенный вред окружающей среде. Эффективность окорки разными способами различна. При сопоставимых условиях потери древесины в процессе окорки достигают: на ножевых станках—18; механическим способом— 0,8; фрикционным—3%. Таким образом, отходы, получаемые от окорки, отличаются от коры содержанием частиц древесины, что имеет принципиальное значение с точки зрения использования отходов. Отечественные и зарубежные специалисты в последнее время проводят научно-исследовательские работы по разработке эффективной технологии утилизации отходов окорки. В 1971 г. в ЦНИИМОД получен новый строительный материал—королит, состоящий из смеси измельченных отходов окорки, обработанных химическими растворами портландцемента и воды. Качество этого материала зависит от химического состава и физико-механических свойств коры. Для королита наиболее пригодна кора хвойных деревьев, доставленная сплавом, так как в ее составе существенно ниже содержание легкогидролизуемых веществ. Кора ствола у взрослых деревьев состоит из трех слоев: луба (или вторичной корки), феллодермы и пробковой ткани (корки). В результате окорки древесины получаются отходы, отличающиеся по структуре и свойствам от коры. В табл. 2.2 и 2.3 приведены данные о их структурном и гранулометрическом составах. Таблица 2.2. Структурный состав отходов окорки, %

Кора, как и древесина, способна интенсивно поглощать воду. Air Jordan 13 Поэтому у сплавной древесины влажность коры заметно отли

Механические свойства коры зависят от влажности и изменяются в больших пределах. Так, при увеличении влажности коры сосны от 20 до 70% временное сопротивление растяжению вдоль волокон снижается в 2,3 раза, поперек волокон — в 6,7 раз, временное сопротивление срезу поперек волокон—в 2,1 раза, вдоль волокон—в 3,8 раза. Для ели эти показатели еще ниже (соответственно в 2,0; 8,0; 2,7 и 4,0 раза). Работы Свердниипредрева по определению хрупкости коры в зависимости от влажности показали, что хрупкость луба и корки различна. Наибольшее расхождение наблюдается у коры ели при влажности 28%, сосны—при 17%, березы—при 10%. Опыты показали, что корка сосны и ели, луб коры березы являются хрупкими при любой влажности. Луб еловой коры сохраняет хрупкость при влажности О…33%, причем при повышении влажности от 0 до 14% имеет место полный излом, при повышении влажности до 33%—неполный. При влажности, превышающей 33%, луб полностью теряет хрупкость, становится пластичным. Полный излом луба коры сосны наблюдается при влажности О…10%, неполный—при 10…23%, в случае большей влажности излома не происходит. У влажной коры прочностные показатели заметно повышаются при ее замерзании, а силы сцепления с древесиной увеличиваются до пределов, граничащих с силами сцепления между волокнами древесины. По элементарному химическому составу кора несколько отличается от древесины и имеет следующие показатели по содержанию отдельных элементов: в корке—54,7% углерода; 6,4% водорода; 38,8% кислорода; в лубе—соответственно, 53,3; 4,7 и 40,8%. Химические составы луба и корки различны. В лубе содержится больше экстрактивных веществ, урановых кислот и пенто- I а 0 лица 2.5. Химический состав коры, %

,’-)кстрактирусмые спнртово-бензольноп смесью. Содержатся в клеточной стенке (осз экстрактивных веществ). занов, но меньше лигнина (табл. 2.5). В корке имеется ряд веществ, которых в лубе либо нет, либо их содержание ничтожно. Значительная часть водорастворимых веществ в процессе сплава вымывается из коры, при этом соответственно повышается содержание в ней нерастворимых в воде веществ: целлюлозы, лигнина, золы и др. Поэтому сплавная древесина более пригодна для изготовления ДЦК. Наибольшая влажность отходов окорки древесины после сплава наблюдается в июле—августе, наименьшая—в январе— марте. В среднем влажность составляет для ели 194% и для сосны 246%. Химический состав коры резко отличается от состава древесины. Это различие обусловливается их разным анатомическим строением. Кора содержит значительно больше экстрактивных веществ, чем древесина. Клетки тканей луба отличаются от клеток корки повышенным содержанием урановых кислот и пенто-занов, отсутствием суберина. Оболочки ситовых клеток состоят из целлюлозы и гемицеллюлозы, не содержат лигнина. Таблица 2.6. Химический состав коры древесины в свежесрубленном состоянии, %

При сплаве из коры свежесрубленной древесины вымываются органические вещества, изменяется физико-химическое состояние смол. В табл. 2.6 и 2.7 приводятся для сравнения химические составы коры сосны и ели сплавной и несплавной древесины. Таблица 2.7. Химический состав коры древесины после сплава, %

Содержание редуцирующих веществ в коре сплавной древесины составляет: у ели—0,83; у сосны—0,75%, в коре несплавной древесины—соответственно 2,25 и 2,10%.

2.Г.4. Скоп

Скоп—волокносодержащий (в том числе и целлюлозу) отход картонного производства. В скопе, как правило, содержится около 50% волокнистой массы и 50% каолина. До настоящего времени скоп практически не используется, вывоз его в отвалы требует значительных затрат. Отвалы занимают большие площади, зачастую пригодные для земледелия, загрязняют и прилегающие участки химически агрессивными стоками с дождевой водой. В последнее время специалисты и производственники проводят целенаправленные исследования использования скопа для получения эффективных строительных материалов. В Мособл-стройЦНИЛе Главмособлстроя разработали на основе скопа теплоизоляционный материал «Орином». Украинскими специалистами из скопобетона получена широкая номенклатура теплоизоляционных и конструкционно-изоляционных изделий.

2.1.5. Камыш

Камыш—тростник обыкновенный (Р1.1га§тНе5 соттитз Рлп)—многолетнее растение, относится к семейству злаков. Стебли его ежегодно возобновляются, нарастая взамен отмирающих в конце вегетационного периода. Высота их достигает 15 м при диаметре до 4…5 см, урожайность тростника составляет 2…18 т на 1 га. Камыш растет во многих районах нашей страны. Местное название «камыш» относится к различным ботаническим видам растений. В Московской области камышом называют рогоз, в Смоленской, Новгородской, Псковской областях—кугу, на Сахалине—даже курильский бамбук. Однако в подавляющем большинстве районов нашей страны название «камыш» относится к РЬга^пШез. В строительстве и промышленности строительных материалов принято народное название «камыш», а отсюда камышит, камы-шебетон, камышесечковые плиты, камышовые 4⁾ашины и брусья. На территории СССР произрастает три вида камыша: камыш (тростник) обыкновенный—Рпг. соггнтштз Рг1п; камыш (тростник) Изиды—РЬг. {з{асе Кип1сЬ; камыш (тростник) поздний— РЬг. вегогша Кот. Широко и повсеместно распространен только камыш обыкновенный. Камыш Изиды (гигантский) имеется небольшими участками в Средней Азии и в Закавказье. Камыш поздний встречается лишь в Приморском крае. Для производства плит камышита и других строительных материалов применяется в основном камыш обыкновенный. Наряду с камышом определенный интерес представляет собой тростник-арундо, встречающийся в Средней Азии и на Кавказе. Физико-механические показатели (сжатие вдоль и поперек волокон, сопротивление разрыву, изгибающему усилию, скручиванию и упругость) у арундо примерно в 1,5…2 раза выше, чем у обыкновенного камыша. Анатомо-морфологическое строение камыша. Изучение строения камыша позволяет определить наилучшие варианты сочетания этого растения с вяжущими, проволокой, смолами и научно обосновать технологию производства строительных материалов из него. Анатомо-морфологические особенности строения стеблей камыша определяют их физико-механические показатели, в первую очередь прочность и термоизоляционные свойства. В Румынии д-ром Г. Илиеск’у проведены исследования анатомии стебля камыша. Краткое содержание этих исследований сводится к следующему. От периферии к центру междоузлия поперечный разрез стебля позволяет различить под микроскопом следующие концентрические слои и элементы тканей в них: эпидермис—слой, состоящий из одного ряда крупных клеток с извилистыми и утолщенными боковыми стенками; кора — промежуточный слой клеток разной величины; опорная ткань—состоит из удлиненных по вертикали стебля склеренхимных волокон (в разрезе под микроскопом склеренхима имеет мелкоячеистое строение); опорная ткань переходит в следующий паренхимпый концентрический слой постепенно; паренхима—относительно более рыхлая крупноклеточная ткань; в паренхиму «утоплены» сосудисто-волокнистые пучки, представляющие собой тяжи, идущие по всей длине стебля. Внутренняя поверхность стенок междоузлия покрыта тонкой, как папиросная бумага, воздухе- и водонепроницаемой пленкой. Диаметр стебля пропорционален высоте лишь до некоторой степени. Более высокие стебли относительно тоньше. Нижние междоузлия обычно на 2…3 мм тоньше, чем средние, диаметр узлов на 0,5…! мм больше диаметра междоузлия. Длина отдельных междоузлий пропорциональна общей высоте стебля и достигает у шести-семиметрового камыша 40…50 см; у четырех-пятиметро-вого камыша длина наиболее крупных междоузлий не превышает 30…-10 см. Количество междоузлий колеблется от 4…5 у карликовых побегов камыша, до 30…40—у восьмиметровых гигантов. Побег камыша растет следующим образом: вверху развертываются листья и одновременно до полного одревеснения стеблей идет процесс их вставочного (интеркалярного) роста, т. е. удлинения междоузлий. В верхней трети междоузлий долго сохраняется поясок (2…3 см) слабо одревесневшей ткани (меристемы). Клетки меристемы придают зеленым стеблям характерную для камыша гибкость. Верхняя треть стебля имеет более короткие междоузлия, чем средние, несет больше листьев, ткани ее менее одревесневшие. Узлы, по существу, образованы из этих же тканей, сжатых в более узкое кольцо. Выше узла кольцевое сечение междоузлия расширяется, а просвет соответственно сужается. Перегородка узла состоит из довольно рыхлой паренхимы. Листья камыша состоят из листовой пластинки и стеблеобъ-емлющей трубки. У созревающих побегов камыша нижние листья засыхают и постепенно опадают; к концу вегетации остаются лишь 3…5 верхних листьев. Трубки опавших листьев остаются прижатыми к стеблю, образуя чехол, охватывающий нижнюю часть стебля. В камышебетопе остатки трубок на стеблях препятствуют схватыванию раствора с внешними стенками междоузлия, места эти являются очагами пониженной биостонкости. Механические ткани в стебле камыша состоят из клеток с одревесневшими оболочками (рис. 2.6). Проводящие пучки (рис. 2.6, /I, ж и Е) среди основной на-ренхимной ткани как бы разбросаны отдельными островками. В таких пучках сгруппированы: водонроводящие ткани-сосуды (рис. 2.6, Е, б) и другие элементы, составляющие ксилему, или древесинную часть пучка, и обращенные к центру стебля; ситовидные трубки, проводящие органические вещества,—флоэма, или лубяная часть пучка, обращенная в каждом пучке к периферии (рис. 2.6, Е, в). Механические волокна располагаются вокруг проводящих пучков; в стебле травянистых растений они носят название склеренхимы, имеют одревесневшие оболочки (рис. 2.6, Е, д), ближе к периферии залегают сплошной полосой (рис. 2.6, А, е); на поперечном срезе можно хорошо видеть утолщенные оболочки таких волокон и узкие полости (при большом увеличении). Гиподерма (подкожица) —прослойка под эпидермисом механической ткани с одревесневшими и утолщенными оболочками (рис. 2.6, А, б и Б). На продольном срезе (рис. 2.6, Г) можно видеть ткань, состоящую из продолговатых клеток, которые не являются типичными механическими волокнами. В стебле камыша (тростника обыкновенного) механические волокна составляют 20…40% и более объема тканей (в средней части) стебля. Соотношение массы отдельных органов зрелого камыша в зависимости от размеров отдельных побегов (стеблей) показано в табл. 2.8. В среднем по массе стебель составляет 78,2%, трубка (стеблеобъемлющая часть листа)—17,4%, метелка—4,4%. Таблица 2.8. Зависимость массы отдельных органов камыша от высоты, диаметра и массы побегов

Большое значение для соотношения массы стебля и листьев имеет густота расположения побегов, т. е. количество их на единице площади, например на 1 м². Чем гуще заросли, тем меньше облиственность отдельных побегов камыша и соответственно выше средняя плотность стебля. В зависимости от условий водного режима размеры камыша и характер его побегов резко меняются. В одних условиях увлажнения развиваются гигантские экземпляры, достигающие 6…8 м, в других—карлики высотой около 10 см. Распространение камыша происходит семенным и вегетативным путем. Применение камыша, засоренного рогозом и кугой (свыше 5…10%), ограничено теми случаями, когда по технологическому процессу требуется измельчение стеблей, например при изготовлении камышесечковых плит, арболита и др. Физико-механические свойства стеблей камыша. При использовании стеблей камыша в строительстве и промышленности ют следующие физические показатели: структура тканей стебля, наличие и характер пустот, обусловливающих теплоизоляционные свойства камыша и изделий из него; прочность на разрыв, изгиб, сжатие вдоль и поперек стеблей, а также их упругость. Теплоизоляционные свойства камыша зависят от пустотности междоузлий стебля, а также наличия пустот в тканях стенок стеблей. С ростом последних толщина их стенок меняется (табл. 2.9). Исследования, проведенные П. И. Круговым, показали, что толщина стенок стеблей камыша возрастает с увеличением диаметра стебля. Толщина стенок одного стебля неодинакова не только по его длине, но и по окружности одного разреза. Опыты показали, что временное (разрушающее) сопротивление растяжению при изгибе зрелых стеблей камыша составляет 126,5…270 МПа, что значительно больше чем у дуба (90 МПа) и сосны (70 МПа). При испытании пластинок из камыша, не бывшего в употреблении, средний предел сопротивления на растяжение составил 279 МПа, а из стеблей камыша, пролежавшего в кладке стен 12 лет,—276 МПа. Таким образом, механическая прочность камыша с течением времени изменяется незначительно (табл. 2.10). Таблица 2.10. Сопротивление стеблей камыша разрыву

Химические анализы стеблей камыша, проведенные НИИ-стройкамышом, показали, что содержание целлюлозы в стеблях пятиметрового камыша на 5% выше, чем в стеблях двух-трех-метрового, что указывает на наличие некоторой зависимости химического состава от размеров побегов и условий произрастания этого растения. Установлено также, что камыш по своему химическому составу мало отличается от других видов растительного сырья (соломы и др.). Влажность камыша весной устанавливается устойчивая — 14…16% (дельта Волги). Биостойкость растения определяется в основном условиями увлажнения. В условиях сухого климата районов центральной Азии в древнем городе Хара-Хото камыш в глинобитных зданиях сохранился в течение 2 тыс. лет. Известны случаи, когда в условиях влажного климата г. Сочи камыш в сооружениях подвергался порче (гниению) за 2…3 года. После смачивания камыш высыхает сравнительно быстро. Это объясняется трубчатым строением и глянцевитостью его стеблей, а также наличием воскового налета на листьях, вследствие чего поверхность плохо смачивается. Набухание камыша значительно увеличивается при деформации тканей. Водопоглощение камыша детально изучено в ЦНИИСКе. Оно достигает максимума через 14…15 суток и при массе образцов 110…120% составляет в среднем 16,2% от первоначального. У образцов стеблей с листом (трубкой) водопоглощение оказалось несколько большим и масса образцов соответственно достигала 140…160%. При эксплуатации камышовых зарослей промышленного значения для получения на протяжении многих лет высоких ежегодных урожаев этого растения с одних и тех же участков или массивов нужно знать и учитывать особенности его роста и развития: возобновление, урожайность, долговечность и другие биологические свойства, а также их зависимость от условий произрастания и способов эксплуатации. Прочность арболита при использовании сечки камыша в значительной степени зависит от содержания в заполнителе продуктов распада гемицеллюлозы, которые препятствуют нормальной гидратации цемента. В табл. 2.11 приведены данные, показывающие изменение состава камыша в зависимости от вида его обработки. Так, на- Таблица 2.11. Изменение состава заполнителей в зависимости от метода обработки камыша

* — по данным Рудеску ** — по данным Валентинавичуса ** — по данным Пусджукинаса пример, при запаривании сечки ^п^щ^-се^кТм^а ПрИ Давлении 0,4 МПа В Тече- от продолжительности нахождения ние 30 мин, наряду с уменьше- ^ее «^воде нием количества пентазанов и лигнина, увеличивается содержание экстрактивных веществ. При щелочной же обработке сечки в течение 15…60 мин количество экстрактивных веществ уменьшается, что должно положительно отразиться на скорости твердения арболита (щелочную обработку при , рассматриваемом испытании осуществляли при температуре 100°С).

Для приготовления арболитовой смеси в качестве заполнителя применяют сечку камыша, полученную на соломосилосорезке и доизмельченную на молотковой дробилке. Такая сечка сохраняет глянцевую поверхность исходного стебля и, согласно данным Казахского отделения Гипронисельпрома, б. Алма-Атинского НИИСМа и Гипросельстроя, характеризуется следующими размерами: длина—7…35 мм, ширина —2…6 мм, толщина— 1…2 мм. При рассеве остатки на ситах составляют, %: № 10—0,3…!; № 5—от 7 до 36; № 2,5—от 26 до 63; № 1,2—от 17 до 27, 0,5—от 1 до 14; № 0,3—от 2 до 6 и на поддоне остается 1…9% сечки. При дроблении структура камыша разрушается и его физико-механические свойства изменяются. Так, например, за счет деформации тканей, происходящей в результате дробления, водопоглощение сечки (камыш, произрастающий в низовьях реки Или) в течение суток достигло 200…220% ее массы по сравнению с водопоглощением стебля камыша, которое составляет 150…160%. Основное количество воды поглощается сечкой сразу же после погружения ее в воду. Как видно из табл. 2.12, в течение 5…15 мин нахождения сечки в воде поглощается 70…90% воды всего объема суточного водопоглощения. Средняя плотность сечки камыша Уп, определенная путем об- Та блиц а 2.13. Зависимость насыпной плотности и пустотности сечки камыша от размера частиц

мера объема отдельных частиц, составляет 153 кг/м³, объемная насыпная масса 1 кг ее Ун, как видно из табл. 2.13, колеблется в широком диапазоне в зависимости от фракционного состава. Межзерновую пустотность, указанную в табл. 2.13, определяли по формуле (1—Ун/Уп) 100%.

2.1.6. Стебли хлопчатника

Хлопчатник—однолетнее растение. Его стебли—гуза-пая, которые остаются после уборки хлопка, являются отходами, так как, согласно инструкции агрономии, должны быть убраны с полей, а не запахиваться. Поэтому в таких хлопкосеящих республиках Средней Азии, как Казахская, Узбекская, Туркменская, Таджикская, Киргизская, а также в Азербайджане образуются десятки миллионов тонн гуза-паи (только в Узбекской ССР их накапливается более 5 млн т), .Утилизация гуза-паи—важная народнохозяйственная задача. Организация производства строительных материалов из стеблей хлопчатника несколько осложняется из-за большой трудоемкости их сбора. Однако появившиеся в последнее время агрегаты для корчевания стеблей с укладкой их в валки, а также для подборки валков с одновременным прессованием их в тюки, механической погрузки и транспортировки тюков на склады значительно упрощают эту работу. На ремонтно-механическом заводе Узсельхозтехника специально переоборудованы пресс-подборщики, которые механизируют сбор гуза-паи. Проведенный Узглавлеспромом анализ технико-экономической эффективности уборки и заготовки стеблей хлопчатника показал, что издержки в этом случае в расчете на 1 т стеблей при транспортировании тюков на склады, расположенные на расстоянии 10…12 км, составляют около 6 руб. Гуза-пая ко времени уборки хлопка разрастается длиной от 0,5 до 1,2 м, имеет диаметр 10…20 мм, покрыта тонкой корой. Усреднение содержание полисахаридов в гуза-пае (в процентах от абсолютно сухой массы) составляет: легкогидролизуемых— 20,5, трудногидролизуемых—38,3. В зависимости от срока и условий хранения состав гуза-паи меняется в количественном и качественном отношении. В стеблях хлопчатника так же, как и в древесине, присутствуют водорастворимые вещества, состав которых представляет собой сложный комплекс органических соединений. При вылеживании гуза-паи в результате биологического и климатического воздействия содержание в ней водорастворимых веществ уменьшается (табл. 2.14). Ввиду того, что стебли хлопчатника могут быть заготовлены один раз в год, процесс длительного вылеживания является неотъемлемой частью облагораживания заполнителя. На твердение Таблица 2.14. Изменение химического состава, %, стеблей хлопчатника

композита на основе портландцемента (арболита) неблагоприятное воздействие оказывают водорастворимые вещества гуза-паи. Поэтому производство ДЦК на основе свежезаготовленной гуза-паи без предварительной обработки последней затруднительно. Замачивание дробленки в течений 15 мин и удаление водной вытяжки улучшают показатель прочности арболита. Однако такая обработка недостаточна для нейтрализации действия водорастворимых компонентов свежей гуза-паи. Изделия же, полученные с использованием гуза-паи, выдержанной в течение 6 месяцев и более, даже без применения предварительного замачивания дают прочность бетона в 2 раза большую. Замачивание выдержанной гуза-паи позволяет повысить прочность ДЦК дополнительно на 10…30%. Выделение водорастворимых веществ из гуза-паи при ее замачивании начинается с момента добавления воды и обнаруживается по изменению окраски водной вытяжки, образованию коллоидной взмученности мельчайших частиц взвеси, размер которых составляет 5…30 мкм. Как показали исследования по определению влияния водорастворимых веществ гуза-паи на структурообразование цементного теста [1, 5, 15, 90], эти вещества подобно гидрофильным поверхностно-активным веществам действуют как стабилизатор-пептизатор системы цемент—вода, оказывая в начальный период положительное влияние на формирование структуры цементного камня. При твердении образцов в воздушно-сухих условиях прочность цементного камня снижается. Таким образом, для применения гуза-паи в композитах на основе портландцемента ее предварительно необходимо обработать. Агрегаты для заготовки стеблей (корчевание, укладка в валки и подбор из валков с одновременным прессованием в тюки и погрузкой их в тележки и другие способы заготовки) будут выпускаться заводами сельхозмашин. Совершенствованием и внедрением технологии арболита с использованием в качестве заполнителя гуза-паи занимаются в Алма-Атинском архитектурно-строительном институте. Выполненные исследования показали, что эффективным оборудованием для измельчения сухих и влажных стеблей хлопчатника является кормодробилка ДКУ-2,0-1 «Украинка», у которой выходные решета с.мелкими отверстиями (4…8 мм) заменены на решета с диаметром отверстий 15…28 мм. Подготовка оптимального фракционного состава гуза-паи для производства арболита сопряжено с отсутствием специального дробильно-сортировального оборудования для этого вида растительного сырья. Поэтому приходится подбирать дробильные машины и саморезки, использовавшиеся в сельскохозяйственном производстве до настоящего времени в различных целях. Были опробованы соломорезка РСС-6, стеблеизмельчитель (конструкции Ташкентского НИИстромпроекта), дробилки ДМ-1, ДКУ-М (кормовая). В табл. 2.15 приводится фракционный состав гуза-паи, используемой при производстве ДЦК. Таблица 2.15. Фракционный состав гуза-паи, измельченной на различном оборудовании

Из данных таблицы видно, что наиболее приемлемой машиной, обеспечивающей получение оптимальной фракции гуза-паи, является дробилка кормовая типа ДКУ-М (предназначена для измельчения грубых растительных кормов в условиях пустынной зоны) со снятыми решетками для регулирования степени измельчения. Для обработки такого вида заполнителя, как гуза-пая и рисовая солома (которые содержат очесы и волокна), может быть использована специальная роторно-пальцевая сортировочная машина РСЩ-1, разработанная в КПТМ НПО Молдавпроектме-бель. Доизмельчение крупных фракций щепы можно осуществлять на измельчителе грубых кормов ФГФ-120 МК «Дарникэ», выпускаемом Кишиневским тракторным заводом. На рис. 2.7 показана сечка гуза-паи с разной степенью измельчения стеблей хлопчатника и различным процентом содержания очесов. Наиболее приемлемая фракция приведена на рис. 27, б, в ней содержание очесов не превышает 8…10% (установка системы Нигматова). Фракция состоит из частиц: длиной 35 мм— 20%, длиной 25 мм—55%, длиной 10 мм— 10%; очесы и мелочь составляют 15%. В заполнителе (рис. 2.7, а) из гуза-паи, полученном на установке Капранова, преобладают (до 70%) частицы размером 5…10 мм, увеличено до 25% содержание мелочи и очесов. В заполнителе (рис. 2.7,е) из гуза-паи, измельченном на кормоизмельчителе, частиц фракции 5…10 мм содержится 45%, до 40% увеличилось содержание очесов, остальное количество составляют мелочь и частицы игольчатого типа. В процессе проведения экспериментальных работ нами была изучена возможность использования дополнительно в качестве сырья для производства арболита отходов хлопкоочистительных предприятий. Состав отходов: частицы коробочек, стеблей (диаметром от 1 до 6 мм, длиной 15…60 мм), хлопковое волокно и мелкие частицы примесей (песок, мелкие фракции органики). Усредненно в процентном отношении по массе в представленном сырье содержалось: коробочек—52, стеблей—36, хлопкового волокна—5, минеральных примесей и мелких фракций органики—7. В связи с затруднительностью расфракционирования данного вида сырья на составляющие и выравнивания его гра-нулометрического состава для подбора состава арболитовой смеси ‘использовался заполнитель товарного вида и состава.

2.1.7. Виноградная лоза

После обрезки на виноградниках образуется большое количество виноградных стеблей—лоз (в масштабе страны десятки миллионов тонн). Рациональная их утилизация—важная народнохозяйственная задача. Были сделаны попытки использовать сечку виноградной лозы в цементных композитах, однако положительные результаты, позволяющие использовать ее в промышленных масштабах, пока не получены. Необходимы дальнейшие исследования. Обрезка виноградных кустов заключается в ежегодном удалении части однолетних стеблей (лоз), а также старых ветвей. Это важнейший агротехнический прием, придающий кусту определенную форму, соответствующую природным условиям данной местности, регулирующий рост куста, а также плодоношение, которое связано у винограда с ростом новых зеленых побегов, поскольку на них развиваются органы плодоношения. Обрезка позволяет преобразовать лианообразное виноградное растение в сравнительно небольшой куст. У виноградного куста различаются следующие основные части стебля (рис. 2.8): штамб—многолетняя стеблевая часть от пяточных корней до первого ответвления; имеет надземную и подземную части; плечо — относительно долговечная и постоянная по длине ветвь, составляющая либо продолжение штамба, либо отходящая от него под определенным углом; рукав—ежегодно удлиняющаяся ветвь, отходящая от плеча или штамба; обычно подвергается периодической (через несколько лет) замене путем омолаживающей обрезки, он несет сучок замещения (1…3 глазка) и плодовую лозу в виде однолетнего стебля, обрезанного на разную длину (5…12 глазков); на плодовых лозах и сучках развиваются побеги, используемые для получения урожаями дальнейшего формирования куста. Самый древний и простой метод обрезки, обеспечивающий наименьшее удлинение стебля виноградного растения (штамба, плеча, рукава, рожка и пр.), заключается в короткой обрезке лозы—на 1…2 глазка от ее основания. Одновременно с образованием сердцевины рядом с ней из клеток меристемы возникают вытянутые в длину паренхимные прокамбиальные клетки. Они дают начало первичным сосудисто-волокнистым пускам и камбию. У первичного луба образуются сосуды первичной древесины стебля, развивающиеся в центробежном направлении, у корня— в центростремительном. Наиболее крупные сосуды первичной древесины в стебле находятся ближе к периферии (рис. 2.9). Весной после распускания глазков начинается деятельность камбия и отложение им древесины и луба. В начале весны камбий откладывает крупные клетки и крупные сосуды, а к середине лета — мелкие, в результате чего образуется годичное кольцо. Толщина колец может достигать 0,6…3,4 мм. К моменту замедления роста побегов в середине лета происходит образование перидермы, как и в первый год роста стебля. Перидерма второго года отчленяет перидерму первого года вместе со старыми слоями луба, что приводит к высыханию последних. Так ежегодно образуется сухая корка в виде чешуйчато-растрескивающихся напластований отмершей коры. В многолетней части луба ситовидные трубки подвергаются облитерации — сплющиванию под давлением окружающих тканей лубяной паренхимы. Такие участки луба утрачивают функции интенсивного проведения органических соединений, однако возрастает их роль как запасающих тканей. В узлах анатомическое строение стебля несколько иное, чем в междоузлиях: коровая колленхима развита сильнее, в верхней части узла она иногда имеет вид сплошного кольца. Склеренхим-ные тяжи перицикла более широкие, они одревесневают слабее. Сердцевинные лучи расширенные. Паренхимные листовые щели увеличивают паренхиматизацию узлов. Сосудисто-волокнистые пучки, наоборот, сужены, и сосуды тоже более узкие. Сердцевина по мере приближения к узлу расширяется. Клетки ее становятся более крупными и меньше опробковевают. На узле в поперечном направлении развивается особая ткань, разделяющая полностью или частично сердцевину двух междоузлий и составляющая диафрагму (рис. 2.10). На узлах, имеющих усики, обычно она полная. На плодородной и влажной почве многолетний стебель винограда может достигать в толщину 25…30 см, в исключительных случаях— 40 см и даже более, а в длину (высоту) —до 30 м и более. Стеблевые части виноградного растения представляют собой совокупность ответвлений разного возраста: побеги— (стебли, несущие листья) обычно развиваются на однолетних вызревших стеблях, называемых лозами (в ряде случаев в сутки рост может достигать 4…5 см и более); трахеи — очень крупные клетки, видны даже невооруженным глазом, они значительно больше трахеид (каждая трахея происходит из группы клеток камбия, а трахеида — из одной клетки; в трахеях содержатся лишь остатки перегородок, трахеиды имеют обычную волокнистую форму). • Сосуды разбросаны среди основной массы древесины, которую составляет главным образом перегородчатый либриформ — толстостенные одревесневшие волокна с перегородками, разделяющими их на ряд камер; этим либриформ отличается от замещающих клеток, представляющих такие же волокна, но только без перегородок. Трахеи и трахеиды окружены паренхимной обкладкой—древесной паренхимой, состоящей из живых клеток с полуокаймленными порами со стороны сосуда и простыми порами со стороны перегородчатого либриформа. При некоторых условиях (обычно к осени) клетки древесинной паренхимы способны на двухлетних и более старых стеблях через поры давать выросты внутрь сосудов древесины, так называемые тиллы, а также выделять гумми, что вызывает закупорку сосудов (рис. 2.11). Тиллы и гумми образуются и при ранении древесины. В зависимости от сорта, возраста стебля и условий произрастания винограда содержание воды в одревесневших стеблях колеблется от 30 до 52%, в зеленых—от 55 до 75%. Различное содержание воды в стеблях указывает на зависимость физиологической влажности от разных условий. Внутренняя (физиологическая) влажность тканей винограда зависит не только от их возраста, но и от анатомического строения. Быстрый рост стебля обусловливает крупноклеточную структуру тканей. Такие стебли (например, у жирующих побегов) содержат больше воды, чем нормальные стебли с менее крупными клетками. По данным разных исследователей, в вызревших стеблях содержится от 2,3 до 3,7 г золы на 100 г абсолютно сухого вещества. В золе преобладает кальций (около 1/3—1/2 ее массы), затем калий (приблизительно 1/4—1/3 всей золы) и фосфор (примерно 1/10). На долю остальных элементов приходится незначительное количество. В зеленых стеблях содержится 3,9…4% золы в расчете на абсолютно сухое вещество. Крахмал по тканям стебля распределяется следующим образом: сначала и в наибольших количествах он откладывается в древесинной части сердцевинных лучей, позже и в несколько меньших количествах—в древесине. Помимо пластических углеводов, ткани стеблей винограда содержат большое количество конституционных соединений—целлюлозы (клетчатки) и лигнина, не принимающих непосредственного участия в метаболизме растения, но входящих в состав клеточных оболочек. Пластические углеводы (включая гемицеллю-лозы), целлюлоза и лигнин составляют до 80…85% от сухого вещества стеблей винограда. В табл. 2.16 показана динамика содержания в побегах ряда пластических углеводов, целлюлозы и лигнина (результаты биохимических анализов получены в условиях Новочеркасска для сорта Сенсо, по Рябчуну). Таблица 2.16. Изменение химического состава лозы в течение вегетативного периода

Материал, характеризующий виноградную лозу, дан более подробно, так как композиты с его использованием наименее изучены. Накопление главных составляющих (целлюлозы и лигнина) в побегах винограда заканчивается в основном к концу июля— середине августа. Пластические углеводы наиболее интенсивно накапливаются после прекращения роста куста, в период с 30 июля по 20 сентября. Химический состав и содержание сложных углеводных составляющих в виноградном стебле—лозе зависит от биохимических и цитохимических процессов, связанных с условиями произрастания, сорта винограда и вида виноградных кустов. Поэтому исследования по использованию виноградного стебля для получения композита на основе портландцемента должно осуществляться с учетом специфичных характеристик конкретного сорта винограда.

2.1.8. Лубяные растения

По объему производства природные волокна можно расположить в следующем порядке: хлопок, джут, шерсть, асбест, лен, шелк, конопля и т. д. Общее годовое производство джута в мире составляет около 2,5 млн т. Из 770 тыс. ugg australia т в год льна свыше 90% производится в СССР и в Восточной Европе. Наибольший интерес для производства ДЦК представляют целлюлозосодержащие отходы переработки лубяных растений (костра волокон): льна, конопли, кенафа, джута, кендыря, рами и др. Лубяные волокна содержатся в коре (лубе) стебля растения. Костра лубяных культур, в особенности конопли и льна,— распространенное и дешевое сырье. Ежегодно выход только костры льна и конопли составляет более 1 млн т. В нашей стране примерно 25 областей имеют значительные площади посевов конопли. К таким областям относятся Орловская, Курская, Брянская, Пензенская, Черниговская, Сумская и Полтавская. В значительном количестве конопля выращивается в Краснодарском крае, в автономных республиках Мордовской, Северо-Осетинской, Кабардино-Балкарской, Татарской, Башкирской; в областях: Одесской, Днепропетровской, в отдельных районах Литовской и Белорусской ССР и в других районах. Применение отходов льняных и пеньковых заводов может удовлетворить нужды строителей указанных выше районов в теплоизоляционном и конструкционно-теплоизоляционном материале для зданий различного назначения в объеме 2 млн м³ изделий. Лен—однолетнее растение, длина волокон которого в зависимости от вида и условий произрастания может быть 4 мм и более при ширине 0,01…0,03 мм. Для волокон льна характерны следующие черты строения: заостренные концы, узкий нитевидный канал (полость клетки), доходящий до концов клетки, сильно и На нижнем рисунке показан конец волокна, на левом верхнем—средняя его часть (видна узкая полость, доходящая до конца волокна); в толще оболочек видны простые поры. на верхнем справа рисунке приведен поперечный разрез трех волокон равномерно утолщенные оболочки, щелевидные простые поры (рис. 2.12 и 2.13). Как видно из рис. 2.14 и 2.15, структура стебля кенафа и джута сходна со структурой льна. Все они содержат волокнистые пучки лубяных волокон. Из сельскохозяйственных отходов костра льна является одним из самых распространенных. Она состоит из волокон длиной до 50 мм, шириной до 3 и толщиной до 0,3 мм, содержит целлюлозу (77,4%), гемицеллюлозу (16,2%), водорастворимые вещества (3,4%), смолы (19%), жиры и воск. Ее насыпная объемная масса—110…120 кг/м³, средняя влажность (в отвалах)— 15…20%, гигроскопичность—24,8%, водопоглощение—220… 240% (по массе), температура возгорания 2Ю…220°С, теплопроводность (в сухом состоянии) —0,04…0,37 Вт/(м • °С). В костре льна содержится значительное количество экстрактивных веществ, в частности моносахаров, которые, по мнению исследователей, отрицательно влияют на процессы твердения портландцемента. Во Вьетнаме для производства ДЦК широко применяются (табл. 2.17) волокнистые сельскохозяйственные отходы от плодов кокосовых пальм (кокосовое волокно) и джута. Костра льна в отличие от костры конопли и древесных частиц незначительно изменяет свои линейные размеры даже при трехсуточном вымачивании в воде. Однако ее применение на основе портландцемента менее эффективно, чем использование костры конопли, так как первая содержит значительное количество экстрактивных веществ, смолы, жира и воска, и из-за гладкой («глянцевой») поверхности ухудшает адгезию заполнителя с цементным камнем. Как показала практика, для получения нормативной средней плотности и прочности изделий на составах, предусмотренных СИ 549—82 «Инструкцией по производству и применению конструкций и изделий из арболита» и «Рекомендациями по расчету и изготовлению изделий из пори-зованного арболита» (НИИЖБ.—М., 1982), предлагаемого расхода портландцемента недостаточно. Таблица 2.17. Химический состав и физико-механические свойства сельскохозяйственных отходов, произрастающих в СРВ

Для производства ДЦК костра конопли имеет ряд существенных преимуществ перед кострой льна. Хорошие прочностные показатели ДЦК (в частности арболита) на портландцементе с использованием костры конопли объясняется тем, что на пенькозаводах до извлечения лубяных волокон стебли конопли подвергаются длительной гидротермальной обработке (в течение 20…30 суток вымачиваются, затем сушатся), что позволяет существенно снизить содержание в них легкогидролизуемых веществ, тормозящих твердение портландцемента. Применение костры конопли для производства арболита более рационально еще и потому, что фракционный состав костры, поступающей с пенькозаводов, удовлетворяет предъявляемым требованиям. Опыт применения костры конопли для производства арболитовых конструкций и изделий в Краснодарском крае и ряде областей Украины показывает целесообразность и перспективность ее использования с этой целью. Костра конопли — отход первичной переработки стеблей конопли при получении пеньки из волокнистого луба. Размеры частиц костры по длине составляют 10..70 мм, по ширине.— 2…2,5 мм, средняя насыпная плотность—100…120 кг/м³. Состав костры конопли следующий: сырая клетчатка (57,6%), целлюлоза (16%), лигнин (18,05%), зола (0,5%), прочие составляющие (7,85%). Диаметр стебля конопли обычно равняется 2…8 мм, его одревесневшая часть — кольцо и сердцевина — имеет большое число водоносных сосудов с внутренней полостью по длине стебля, поэтому экстрагирование водой вредных для цемента веществ из стебля конопли проходит быстрее и полнее, чем у древесины. Стенки клеток конопли более тонки и рыхлы. Это также ускоряет процесс растворения и выноса из нее веществ, вредных для цемента. В связи с этим при производстве арболита с использованием костры конопли часто нет необходимости предварительно замачивать ее с применением химических добавок. С целью изучения влияния размеров частиц костры конопли на прочность арболита были изготовлены три партии образцов: в одних заполнителем была костра без дополнительной обработки (т. е. взятая непосредственно с заводов); в других—дробленая на установке ДКУ без сеток; в третьих—дробленая на ДКУ с сеткой (диаметр отверстий 5 мм). Крупность частиц костры определяли рассевом навески на ситах с отверстиями диаметром 20, 15, 10 и 5 мм. Фракционный состав костры различных видов приведен в табл. 2.18. Таблица 2.18. Фракционный состав костры конопли

Массовая влажность костры конопли в воздушно-сухом состоянии колеблется в широких пределах и зависит от относительной влажности воздуха, обычно влажность костры составляет 17…22%. Показатели сорбционного увлажнения костры при температуре 20±2°С и различной влажности воздуха приведены в табл. 2.19. Таблица 2.19. Сорбционное увлажнение, %, костры конопли в зависимости от относительной влажности воздуха

Гигроскопичность и сорбционное увлажнение костры конопли близки по своим значениям к таким же свойствам древесины. После 10-суточного пребывания в воздушной среде с относительной влажностью воздуха 100% гигроскопичность костры составляет 27,43%. Костра весьма интенсивно поглощает воду, и через 8 ч влажность ее достигает 450% по массе. Это большой недостаток заполнителя. Установлено повышение прочности арболита на растяжение при изгибе с увеличением размеров частиц костры. Объясняется это тем, что крупные частицы костры как бы армируют арболит. Наибольшее значение предела прочности при изгибе имели образцы, изготовленные на костре, не подвергавшейся предварительному дроблению. Фракционный состав костры таков, что при изготовлении арболита она не нуждается в какой-либо обработке, кроме рассева. До приготовления арболитовой смеси из костры должны быть удалены отдельные комковатые включения пакли и мелкие частицы, проходящие через сито с отверстиями размером 1 мм. Обычно количество таких частиц, включая пыль, доходит до 3,7% от массы заполнителя. Заполнитель из костры конопли не должен иметь гнилостного запаха и видимых признаков гнили. Массовая влажность костры должна быть не более 20%, поэтому ее необходимо хранить под навесом или на закрытом складе.

2.1.9. Рисовая солома. Рисовая и подсолнечная лузга

Арболит на рисовой соломе относится к трудносгораемым и биостойким материалам. Рисовая солома усреднение содержит целлюлозу (50%), лигнин (12%), пентозу (20%) и другие органические и минеральные вещества (18%). Физико-механические свойства рисовой соломы следующие: прочность при растяжении — 306,2 Н/мм², коэффициент удлинения—2,21 %, средняя плотность—35…50 кг/м³ (при длине измельченных частиц 20…50 мм). Истинная плотность рисовой соломы 1500 кг/м³. Заполнитель из рисовой соломы для приготовления арболита должен удовлетворять определенным требованиям (рис. 2.16). Длина частиц не должна быть более 40 мм, при рассеве на ситах остаток частиц, % по массе, не должен превышать: на сите с отверстием 10 мм — 30; 5мм — 60; 2 мм — 5; на дне (0 мм) — 5. Содержание примеси листьев, рисовой шелухи, корней не должно быть более 5% по массе. Заполнитель из рисовой соломы не должен иметь видимых признаков гнили и плесени, а также содержать куски грунта, растительного слоя почвы и другие примеси. Рисовая лузга. В качестве новых видов сырья для получения строительных материалов все большее значение приобретает рисовая лузга (рис. 2.17). Из-за плохой сгораемости, высокой биологической устойчивости, незначительной перевариваемости животными она практически не используется в качестве топлива, удобрения и кормов. Влажность ее составляет 10…13%. Насыпная плотность рисовой лузги составляет 114кг/м³, просеянной лузги— 150…180 кг/м³. На Краснодарском гидролизном заводе разработана технология брикетирования рисовой лузги, обеспечивающая ее транспортабельность. Наиболее приемлем способ прессования на штемпельных прессах, где удается достичь плотность брикетов 800…900 кг/м³. В масштабах нашей страны количество образующейся рисовой соломы составляет примерно 2,5 млн т. Подсолнечная лузга. Подсолнечную лузгу поставляют маслобойные заводы в крытых железнодорожных вагонах, автотранспортом в прицепах большой вместимости, пневмотранспортом, который рационально применять при расстояниях между заводами не более 0,5…1,0 км. Подсолнечная лузга имеет однородный гранулометрический состав. Средний размер частиц колеблется в следующих пределах: длина—4…8 мм, ширина—1,5…3 мм. Как и рисовая лузга, она может храниться в куче на открытой площадке до 4…6 месяцев, гниению и» воздействию внешних условий подсолнечная лузга не подвергается. asics france Однако при хранении более 6 месяцев возможны самопроизвольные возгорания куч, поэтому необходимо соблюдение противопожарных правил. Расстояние между зданиями и кучами, а также размеры куч принимаются по противопожарным нормам строительного проектирования складов лесных материалов. Промышленного производства ДЦК с использованием подсолнечной лузги нет. В ЦНИИЭПсельстрое и других’организациях арболит с применением подсолнечной лузги получен лишь в лаборатории.

2.1.10. Транспортирование, учет и хранение древесного, сельскохозяйственного и дикорастущего сырья

Способ доставки и учета древесного сырья зависит от вида последнего. В производстве ДЦК в качестве древесного сырья применяют тонкомер, дровяную древесину в виде круглых и колотых поленьев диаметром от 4 см и выше; отходы лесозаготовок—вершины, ветви, сучья; лесосечные отходы—мелкий круглый лес диаметром менее 8 см, образующиеся от рубок, расчистки площадей перед лесозаготовкой; кусковые отходы лесопиления и деревообработки в виде неделового горбыля, реек, срезков, торцов, обрезков брусков и досок и др.; мягкие отходы— станочная стружка и лесорамные опилки. Наиболее простой способ учета древесного сырья—обмер отходов в складочной мере и пересчет полученной кубатуры на кубатуру плотной древесины путем умножения первой на коэффициенты заполнения габаритного объема (полнодревесности). Получаются следующие соотношения: Vпл = VcклК, ИЛИ Vскл = Vпл/К, где Vпл, Vскл — объемы древесины соответственно в плотной и складочной мере; /(—коэффициент полнодревесности (заполнения). Массу отходов можно определить по формуле Рпл = Pскл/К, ИЛИ Рскл = РплК, где Рпл, Рскл — масса древесины соответственно в плотной и складочной мере. Коэффициент полнодревесности К для уложенных реек и горбылей в зависимости от их длины составляет 0,5…0,6, для щепы — 0,4, стружек — 0,2, опилок — 0,3. Низкокачественную дровяную древесину длиной до 3 м укладывают в поленницы, обмеряют их в складских кубических метрах. Плотность кладки низкокачественной древесины в поленницах должна соответствовать коэффициентам полнодревесности, указанным в табл. 2.20. Коротье дровяной древесины (длиной 1,25…1,5 м) может храниться в кучах, что существенно экономичней штабельного хранения. Однако хранение коротья (баланса) в кучах приводит к его неравномерной влажности (рис. 2.18). При длительном хранении баланса в поперечном сечении кучи четко различаются три зоны: I—зона влажного хранения, внутри кучи (ау== ==50…65%); II—зона полувлажного хранения, находящаяся ближе к периферии кучи; III—зона сухого хранения у поверхности кучи. В зоне I баланс сохраняет свою начальную влажность в течение всего периода хранения и мало повреждается грибками и червоточиной. Однако коротье в этой зоне обычно сильно засорено большим количеством опилок и остатков коры, что загрязняет баланс и способствует пропитке его таннидами коры. В зоне II баланс медленно высыхает до влажности 40…50%. В верхних слоях кучи—в зоне III—баланс сохнет довольно быстро, если и поражается грибками за период высыхания, то только на небольшую глубину и в незначительной степени. По условиям сохранности качества древесины хранение в кучах мало отличается от хранения в штабелях. Однако первый способ дает больше возможности для повышения механизации производственных процессов на складе, поэтому ему и отдается предпочтение. Т а б л и ц а 2.20. Коэффициенты полнодревесности для перевода складочных мер низкокачественной древесины в плотные

Круглые тонкие (толщиной 3. . .10 см) Хвойные | 0,79 | 0,77 | 0,74 | 0,71 | 0,69 | 0,67 | 0.66 1 0,64 | 0,62 | 0,61 Лиственные | 0,75 | 0,72 | 0,69 | 0,65 ] 0,63 | 0,61 | 0,6 | 0,58 | 0,56 | 0,55 Крупные средние и толстые (толщиной более II см) Хвойные | 0,81 | 0,79 | 0,76 | 0,74 | 0,72 I 0,71 [ 0,7 | 0,68 | 0,67 | 0,66 Лиственные | 0,8 | 0,78 | 0,75 | 0,72 | 0,7 [ 0,68 | 0,67 | 0,65 | 0,63 | 0,62 КолЪтые Хвойные | 0,77 | 0,75 | 0,73 | 0,71 | 0,7 | 0,69 | 0,68 | 0,66 | 0,64 | 0,63 Лиственные | 0,76 | 0,74 | 0,71 | 0,69 | 0,68 | 0,67 | 0,65 1 в,63 [ 0,62 | 0,6 Смесь (круглых 40% и колотых 60%) Хвойные 1 0,77 | 0,75 | 0,73 | 0,72 | 0,7 1 0,69 | 0,68 | 0,67 | 0,66 | 0,65 Лиственные | 0,76 | 0,74 | 0,71 | 0,69 | 0,68 | 0,67 | 0,66 | 0,65 | 0,64 | 0,63 При дефиците древесного сырья арболитовые цеха большой мощности получают щепу по кооперации с других лесопильных и деревообрабатывающих предприятий в вагонах или автотранспортных единицах. Важными вопросами транспортирования отходов является их транспортабельность, целесообразность и возможность перевозок по железной дороге, воде или автотранспортом. Важнейшим фактором транспортабельности отходов лесопиль-но-деревообрабатывающей промышленности является их форма—кусковые твердые, мягкие в виде опилок, стружек или щепы, дробленка из кусковых отходов. Вывозка кусковых отходов за пределы предприятия, даже на небольшие расстояния, экономически нерациональна с точки зрения трудоемкости складских и погрузочно-разгрузочных работ, сложности их механизации, малой степени использования грузоподъемности подвижного состава и мощности тягового механизма. Более транспортабельны отходы в виде щепы. Для перевозки технологической щепы используют вагоны-ще-повозы модели 22-478 вместимостью 135 м³ или открытые четырехосные вагоны общего назначения вместимостью 65 м³, из которых щепу выгружают краном, снабженным грейфером. При доставке щепы автотранспортом применяют специализированные щеповозы модели ЛТ-7А с самозагружающимся кузовом вместимостью 37 м³. Следует отметить, что перевозка технологической щепы автотранспортом с объемами кузовов 8, 12, 24, 37, 45 и 74 м³ находит все более широкое применение. Об экономической целесообразности такого способа перевозки щепы по дорогам I и II категорий можно судить по данным рис. 2.19. Для дорог более низкой категории затраты увеличиваются максимально на 4%. При поступлении на завод щепы в автомашинах приемку ее осуществляют путем взвешивания сырья на автомобильных стационарных весах с циферблатным указателем типа АЦ-10. Автомобили и полуприцепы взвешивают до и после загрузки щепой. Предел взвешивания—0,5…10 т. Весы имеют платформу длиной 5,5 м, шириной 3 м. Экономическая целесообразность использования этого вида сырья определяется объемом кузова автомобиля и расстоянием перевозки. Важным фактором, влияющим на затраты по транспортированию щепы, является коэффициент использования грузоподъемности автотранспорта. При существующих типах автотранспорта максимальное расстояние перевозки, обеспечивающее экономическую целесообразность применения щепы из отходов, не превышает 160 км при объеме кузова 70 м³. Накопление и хранение технологической щепы. Может осуществляться в бункерах и бункерных галереях, реже—в кучках на открытых складских площадках. Типовые решения склада открытого хранения щепы (вместимостью 1…5 тыс. м³) предусматривают создание площадок с твердым покрытием (из асфальта, бетона) размером не менее 40Х60 м. Площадка должна иметь уклон, обеспечивающий отвод дождевых вод. По периметру ее устанавливается сетчатое ограждение высотой 2,5 м, предотвращающее унос щепы. Максимальный объем щепы, который может храниться в куче: V₁ = [LBH – H²tga(L + B) + 4/3 × H³tg²a]K объем щепы, хранящейся в бунтах, V₂ = 0,131(D³/tga)K где D —диаметр основания при хранении щепы в куче, м; L, В, Н—соответственно длина, ширина и высота бунта щепы, м: a — угол естественного откоса (для технологической щепы а = 40. . .42°С). Насыпная плотность (масса) щепы или масса единицы ее объема может быть определена по формуле r_щ = m_щ/V = r_wK_n где r_щ — насыпная плотность щепы, кг/м³; m_щ — масса щепы, кг; V—объем, занимаемый щепой, м³; r_w — воздействиемплотность древесины (при влажности ю, %), из которой получена щепа; K_n — коэффициент полнодревесности, характеризующий плотность укладки щепы: K_n = 1/V_щ (здесь V_щ — насыпной объем щепы. полученной из 1 м³ древесины, м³). Коэффициент полнодревесности зависит от размеров и формы щепы, а также от степени ее уплотнения при укладке. Для щепы, применяемой в производстве арболита, К = 0,35…0,42 (табл. 2.21). Таблица 2.21. Коэффициенты полнодревесности и насыпная плотность щепы при различной влажности

  Насыпная масса измельченного сырья р_с растительного происхождения определяется по формуле р_с=m_c/V. При загрузке сырья в бункер верхние слои оказывают давление на нижние, что приводит к повышению массы 1 м³ сырья в нижних слоях. С увеличением высоты бункера будет повышаться статическое давление от собственной массы растительного материала; в этом случае немаловажную роль будет играть влажность сырья. Насыпная масса некоторых видов сырья, приведенная к абсолютно сухому состоянию (т. е. учет ведется в тоннах абсолютно сухого сырья), приведена в табл. 2.22. Таблица 2.22. Насыпная масса отходов сельскохозяйственного производства и дикорастущих однолетних растений

Насыпная масса сырья зависит от многих факторов: плотности растительных материалов, из которых она получена, формы и размеров частиц, полнодревесности, размеров емкости, способов насыпания и т. д. Влажность древесины определяется количеством содержащейся в ней воды, выраженным в процентах, по отношению либо к массе абсолютно сухой древесины (абсолютная влажность), либо к массе влажной древесины (относительная влажность). Для пересчета абсолютной влажности пУабс в относительную гУотн и наоборот применяются следующие формулы: w_абс = 100wотн/(100— w_олн), w_отн = 100wабс/(100 + w_а6с). На практике принято вести расчеты на относительную влажность, поэтому дальнейшее изложение будет ориентировано только на этот показатель. Состояние древесины, при котором в ней содержится только связанная влага, т. е. стенки клеток насыщены влагой, а их полости заполнены воздухом, соответствует точке насыщения волокон (имеет место примерно при 23%-ной относительной влажности). Начиная с этой точки, удаление влаги из древесины сопровождается усушкой последней, т. е. уменьшением объема древесины вследствие сжатия и коробления клеточных оболочек. Содержание абсолютно сухого вещества на 1 м³ древесины влажностью 23% и выше остается неизменным, тогда как плотность древесины с увеличением влажности возрастает. Аналогично при влажности 23% и выше насыпная масса сырья, приведенная к абсолютно сухому состоянию, не меняется (если исключить влияние различных факторов). Указанные физические свойства древесины — ее плотность, влажность, высыхание, усушку необходимо принимать во внимание при учете сырья. Для закрытого хранения щепы_ используют в основном бункерные гелереи. Они имеют наклонное дно и боковую одно- или двустороннюю разгрузку. Для лучшего высыпания щепы передняя и задняя стенки бункера наклонены под углом до 10° к вертикальной плоскости, уклон дна достигает 50…60°. Люки для высыпания щепы выполняются на всю ширину отсека. Другая разновидность складов — галереи, у которых дно представляет собой одну или две створки, открывающиеся при помощи рычажной системы. Щепа в бункера подается скребковыми конвейерами с нижней рабочей ветвью или ленточными конвейерами с плужковыми сбрасывателями. Галереи в зависимости от объемов бункеров используются для загрузки щепой железнодорожных вагонов или автомобильного транспорта. Техническая характеристика бункерной галереи Вместимость бункера, м³ …….. 50 Число установленных электровибраторов, шт. … @ Производительность при загрузке, т/ч …. Около 50 Загрузочный конве’йер: ^тип •••••…….. Скребковый реверсивный скорость движения цепи, м/с …… о 5 мощность привода, кВт …….. ю Габаритные размеры, мм: ^ЛЛИНа •••••••-….. 12000 ширина ………… 6000 высота …………: 8 800 Значительно лучшие условия хранения создаются в бункерах. Наиболее распространены вертикальные бункера прямоугольного или круглого сечения. Круглые бункера разгружают тарельчатым питателем, укрепленным на вертикальном валу в нижней сужающейся части (горловине) бункера. Вместимость бункеров для щепы и дробленки составляет 50…300 м³. Необходимое количество бункеров определяется исходя из мощности предприятия. Головным конструкторским бюро по деревообрабатывающему оборудованию (ГКБД) разработаны вертикальные бункера типов ДБО-300, ДБО-150 и ДБО-60 для создания запасов щепы или дробленки с непрерывным ее дозированием. В цехах небольшой мощности могут использоваться бункера типов ДБВ-1 и ДБО-1. Щепу можно хранить в кучах на специально созданных для этого бетонированных площадках. Хранение древесного сырья в виде щепы уменьшают встречные перевозки древесины, исключает операции складирования лесоматериалов. При формировании куч щепа различных пород перемешивается, что способствует однородности по породному составу. Однако при длительном хранении технологической щепы в таких условиях часть сырья теряется, увеличивается доля мелкой фракции. Хранить щепу в кучах целесообразно не более 4…6 месяцев, что отвечает условиям, регламентирующим сроки поставки и использования древесного сырья. Хранение дикорастущих растений и отходов сельскохозяйственного производства. Хранение недревесных вторичных ресурсов связано со спецификой этих растений и сезонностью их заготовки, а их учет осуществляется теми же приемами (по формулам), что цельной и измельченной древесины. Камыш обычно заготовляют в зимний период. timberland homme Поэтому для обеспечения бесперебойной работы арболитового завода необходимо зимой создавать соответствующие запасы этого растения. В табл. 2.23 и на рис. 2.20 приведены наиболее рациональные формы укладки камыша в штабеля на длительное хранение, принятые на предприятиях, где применяют этот заполнитель. Таблица 2.23. Размеры штабелей для хранения камыша, м, и плотность его укладки, кг/м¹

Надземная часть тростника состоит из стеблей, рубашек, листьев и метелок. Заготавливается тростник высотой не менее 2 м. Снопы тростника обычно имеют влажность 12…15%. При хранении более влажного тростника он быстро разрушается микроорганизмами. Тростник, связанный в снопы или упакованный в кипы, хранится в скирдах. Наружные слои для обеспечения прочности укладываются крестообразно. Внутренняя часть скирды заполняется снопами, укладываемыми параллельно. Скирды выкладывают высотой до 8 м и завершают конусом с углом до 45…60°. Скирду покрывают тростником, связанным в снопы массой по 10…12 кг из наиболее толстых стеблей, или матами. Ширина скирды принимается 12…20 м, длина—50…70 м. Необходимо исключить увлажнение скирд влагой из почвы. Стебли хлопчатника (гуза-пая) доставляют на перерабатывающие предприятия автомобильным транспортом и в железнодорожных вагонах россыпью, в связках, кипах или в измельченном виде. Спрессованные кипы стеблей хлопчатника имеют размеры 45Х36Х (80…100) см. Такая кипа весит 40 кг. Измельченные на дробилке марки ДМ-1 стебли хлопчатника имеют среднюю длину частиц 25 мм и максимальную 50 мм. Влажность стеблей составляет 10…15%. Заводские склады рассчитываются на хранение запаса гуза-паи на период прекращения подачи его от мест заготовки. Склады гуза-паи создаются на открытых площадках с хорошим стоком воды. Вокруг склада делают водоотводы. В кучу закладывают только сухое сырье влажностью не более 15%. Площадку под склад выбирают с подветренной стороны. При хранении на незабетонированной площадке место под каждую кучу подсыпается на 30…40 см грунтом и покрывается старыми сухими стеблями. Солома зерновых культур (ржаная, пшеничная, рисовая и другая) поступает на переработку в мятом виде. Непрессованная солома может доставляться только из близлежащих мест. Для облегчения перевозки солому прессуют в кипы размером 120Х66Х55 см. Кипы соломы подаются на перерабатывающие предприятия автомобильным транспортом или по железной дороге на открытых платформах. Для закрепления соломы на платформах ставят стойки и скрепляют их вверху проволокой. Прессованную солому укладывают в скирды высотой 10…15м, шириной до 20 м. Скирды накрывают непрессованной соломой. Для механизации складирования соломы применяют башенные краны. Места под укладку скирд окружают канавами для отвода дождевой воды. Для уменьшения потерь можно использовать крытые склады. Однако этот метод.хранения требует значительных капитальных затрат и затрудняет механизацию. В целях снижения потерь необходимо в скирды укладывать только сухую солому. Хлопковая шелуха поставляется на заводы, расположенные в районах посева хлопка. Она представляет собой твердую оболочку семян, покрытую с наружной поверхности волокнами де-линта. Хлопковая шелуха является отходом маслоэкстракцион-ных заводов. При расположении заводов в непосредственной близости от поставщиков хлопковую шелуху подают на открытый склад пневмотранспортом или автомобильным и железнодорожным транспортом. Качество хлопковой шелухи характеризуется сортом исходных семян. Серая шелуха снимается со зрелых семян и является лучшим сырьем для переработки методом гидролиза. Желтая шелуха снимается с недозревших семян и считается сырьем пониженного качества. На заводы поступает хлопковая шелуха влажностью 12…15%. Благодаря однородности состава сырья учет его легко осуществляется на ленточных автоматических весах при перемещении хлопковой шелухи по транспортерам. Хранится хлопковая шелуха на открытых складах сырья в кучах. Основание кучи должно быть забетонировано или заасфальтировано. Противопожарными нормами строительного проектирования складов лесных материалов предусмотрены расстояния между зданиями и кучами, а также габаритные размеры куч. Геометрические размеры штабеля определяются так же, как для древесного сырья.

2.2. Сырьевые компоненты для производства ДЦК 2.2.1. Вяжущие вещества

Вяжущие вещества, применяемые для производства ДЦК, должны удовлетворять требованиям следующих стандартов: портландцемент и быстротвердеющий портландцемент—ГОСТ 10178—76*; цемент сульфатостойкий — ГОСТ 22266—76*; портландцемент белый — ГОСТ 965—78; портландцемент цветной — ГОСТ 15825—80. Марка цемента не должна быть ниже 300—для теплоизоляционного арболита и 400—для конструкционного. Качество вяжущего и заполнителя должно обеспечивать коэффициент пригодности (удельный расход цемента на единицу прочности арболита на сжатие) не более 15. Для приготовления поризованного арболита рекомендуются портландцемент и быстротвердеющий портландцемент, а также сульфатостойкий цемент, кроме пуццоланового, марки не ниже 400 и белитошламовый цемент. При возможности выбора портландцемента предпочтение отдают алитовым цементам, содержащим в основном трехкальциевый силикат. Такой’ цемент обеспечивает в первые сутки более интенсивный набор прочности по сравнению с белитовым цементом. Для приготовления арболита по ТУ 65-484—84. Арболит на шлакощелочном вяжущем применяют шлакощелочные вяжущие (ОСТ 67-11—84, РСТ УССР 5024—83, РСН 336—84 Госстроя УССР, РСН 25-84 Госстроя УзССР). С увеличением тонкости помола портландцемента прочность цементного камня возрастает. Средний размер зерен портландцемента—примерно 40 мкм. Глубина их гидратации через 6…12 месяцев твердения обычно не превышает 10…15 мкм. Таким образом, при обычном помоле портландцемента 30…40% его клинкерной части не участвует в твердений и формировании структуры камня. С увеличением же тонкости помола цемента содержание клеящих веществ — гидратов минералов — возрастает, поэтому прочность цементного камня повышается. Цементы должны иметь тонкость помола, соответствующую остатку на сите № 008 не более 15%; обычно она равна 8…12%. Тонкость помола цемента характеризуется также удельной поверхностью (см2/г)—суммарной поверхностью зерен (см²) в 1 г цемента. Удельная поверхность цементов — 2500…3000 см^г. Для повышения активности цемента и получения быстротвер-деющего цемента тонкость его помола повышают. Условно считают, что с ростом удельной поверхности цемента на каждые 1000 см²/г его активность повышается на 20…25%. Существенное влияние на прочностные показатели ДЦК оказывает минералогический состав портландцемента, что хорошо видно из рис. jordan retro france 2.21. Применение в качестве вяжущего для ДЦК пуццоланового портландцемента и шлакопортландцемента снижают прочность образцов арболита по сравнению с образцами, изготовленными на портландцементе. Предпочтительность быстротвердеющих цементов объясняется тем, что они дают возможность получить достаточную прочность ДЦК в ранние сроки, до начала активного выделения вредных веществ древесины и других целлюлозосодержащих заполнителей. Таким образом, процесс гидролиза и гидратации бы-стротвердеющего цемента протекает в сокращенные сроки воздействия экстрагируемых полисахаридов. Гидратация минералов портландцемента и других клинкерных цементов может быть ускорена путем введения химических добавок. Особо эффективны в производстве ДЦК быстросхватываю-щиеся цементы, позволяющие увеличить оборачиваемость формующей оснастки. К таким цементам относится белитошламо-вый цемент (БШЦ), не содержащий алита (трехкальциевый силикат ЗСаО • ЗЮг), наиболее подверженного отрицательным воздействиям экстрактивных веществ целлюлозосодержащих заполнителей. Основным компонентом БШЦ является белит (двукальциевый силикат 2СаО • 5Юг), который в меньшей степени подвержен действию экстрактивных веществ, содержащихся в заполнителе растительного происхождения. Это вяжущее получают путем совместного помола обожженного при 650…700°С белого шлама—отхода металлургического производства и 12…15% гипса. Значительный опыт по использованию БШЦ для производства арболита накоплен в Красноярсклеспроме. Недостатком БШЦ, сдерживающим более широкое его применение, является неоднородность состава и свойств этого вяжущего. Для производства ДЦК могут быть также использованы али-нитовый цемент и вяжущее ВНВ (вяжущее низкой водопотреб-ности). Алинитовый цемент ТУ 21-20-53—83 получают на основе алинитового клинкера низкотермального синтеза (обжигом до спекания при температуре Ю00…1200°С), содержащего хлорид кальция (хлорид магния) и обеспечивающего преимущественное содержание в клинкере высокоосновного хлорсиликата кальция (алинита), а также ортосиликата, хлоралюмината, хлоралюмо-феррита и хлорферрита. Алинитовый цемент выпускается марок 400, 500 и 550. Его целесообразно использовать для неармированных конструкций и изделий. Более эффективным вяжущим для производства ДЦК является вяжущее низкой водопотребности. Его получают совместным размолом портландцементного клинкера, песка, шлака и суперпластификатора С-3. ВНВ выпускается трех видов: ВНВ-100, ВНВ-50 и ВНВ-30. Ниже приводятся показатели прочности ВНВ в зависимости от количества вводимой минеральной добавки: Вяжущее ВНВ-100 ВНВ-50 ВНВ-30 Количество вводимого песка (шлака), % 0 50 30 Прочность на сжатие. МПа 80…90 60 40…50 Удельная поверхность вяжущего ВНВ—4500…5200 см^г. Сроки схватывания его можно регулировать в широком диапазоне от 30 мин до 24 ч при нормальных, условиях. По сравнению с портландцементом ВНВ обладает значительно меньшей водопо-требностью (НГ 14…16) и большей скоростью набора прочности, что позволяет улучшить, структурообразование в контактной зоне. Для изготовления ксилитовых изделий в качестве связующего применяется каустический магнезит III класса по ГОСТ 1216— 87, смешанный с хлоридом магния по ГОСТ 7759—73 * (каустический магнезит может быть заменен на каустический доломит). Каустический магнезит хорошо твердеет только при положительных температурах (не ниже 12 °С). Это гигроскопичный материал, он может гидратироваться за счет поглощения влаги из воздуха. Поэтому каустический магнезит доставляют и хранят в металлических барабанах или специальной бумажной или полиэтиленовой таре. Магнезиальное вяжущее характеризуется хорошим сцеплением с целлюлозосодержащим заполнителем растительного происхождения, причем композиты на его основе не подвергаются разложению и загниванию. Однако применение магнезиального вяжущего для производства ДЦК ограничивается из-за его дефицитности и дороговизны. Для изготовления из арболита и опилкобетона изделий, эксплуатируемых в зданиях с сухим и нормальным влажностными режимами и неагрессивной газовой средой, может использоваться гипсовое вяжущее (гипс технический высокопрочный, ГОСТ 195—77*) [4|.

2.2.2. Химические и минеральные добавки

При производстве ДЦК широко применяются химические добавки. В смесь их вводят для повышения марочной прочности композиции, ускорения процессов твердения, улучшения технологических свойств смеси (удобоукладываемость, однородность), повышения защитных свойств конструкций по отношению к стальной арматуре (ингибиторы коррозии стали), улучшения строительных свойств материала. Добавками служат химические вещества, которые локализуют замедляющее действие экстрактивных веществ, содержащихся в целлюлозном заполнителе, или покрывают частицы заполнителя водонепроницаемой пленкой, препятствующей соприкосновению вредных веществ заполнителя -с цементным тестом. Многие добавки ускоряют твердение ДЦК, что позволяет сократить срок воздействия вредных веществ на гидролиз и гидратацию цемента.Для поризации арболита используют пенообразую-щие и воздухововлекающие добавки. В табл. 2.24 перечислены химические добавки, рекомендованные для приготовления композиционной смеси. Выбор химических добавок зависит от вида и качества целлюлозного заполнителя, а также плотности ДЦК и степени армирования конструкций. Прч использования древесного чччплчптеля ч других заполнителей растительного происхождения химическая добавка выбирается в зависимости от их активности—содержания Сахаров и водорастворимых экстрактивных веществ. При применении заполнителя из хвойной выдержанной древесины (атмосферное хранение в течение 3 месяцев и более) эффективным ускорителем твердения арболита является хлорид кальция и комплексные добавки на его основе, а для заполнителя из свежесрубленной древесины—сульфат алюминия и комплексные добавки на его основе. При использовании заполнителя из смешанных пород древесины или лиственницы наиболее эффективны комплексные Таблица 2.24. Химические добавки для улучшения свойств арболита § | Назначение _ — Номер стандарта с 3 добавки Добавки или технических ^»§ условий ^ е( 1 Ускорители твердения Хлорид кальция СаСЬ (ХК) ГОСТ 450—77* Нитрат кальция (Са(МОз)2 (НК) ТУ 6-08-867—79 Нитрит-нитрат-хлорид кальция ту 6-18-194—76 (ННХК) Сернокислый глинозем (СП ГОСТ 450—77* Жидкое стекло + хлорид алюминия (ЖС + МОэ) Хлорид кальция + оксид кальция ГОСТ 9179—77 СаСЬ + СаО Гидрооксид кальция Са(ОН>2 ГОСТ 13078—81 2 Образующие пленку на Стекло натриевое жидкое (ЖС) ГОСТ 13078—81 поверхности заполни- Жидкое стекло + хлорид кальция ГОСТ 450—77* теля (ЖС + ХК) Жидкое стекло + сернокислый гли- ГОСТ 13078—81 нозем (ЖС + СГ) Жидкое стекло + фуриловый спирт (ЖС + ФС) 3 Пенообразующие Жидкостекольный пенообразова- ГОСТ 13078—81 тель ЖСПО (ЖС + канифоль + ГОСТ 19113—84 + ЫаОН) ГОСТ 2263—79* Алкилсульфатная паста СП-1 ТУ 38-1.07.55—80′ Вещество жидкое моющее «Про- ТУ 38-10719—77 гоесс» СП-3 4 Воздухововлекающие Смола древесная омыленная ТУ-81-05-02—83 (СДО) Смола нейтрализованная воздухе- ТУ 81-05-16—76 вовлекающая (СНВ) Омыленный древесный пек ТУ 6-02-6976—76 ЦЫИПС-1 5 Гидрофобизующие Этилсиликонат натрия ГКЖ-10 ТУ 6-02-6976—76 Метилсиликонат натрия ГКЖ-11 ГОСТ 10834—76* Полигидросилоксан ГКЖ-94 добавки: хлорид кальция + жидкое стекло и хлорид кальция + 4- известь. Многие применяемые химические добавки, в том числе сернокислый алюминий и хлористый кальций, агрессивны по отношению к арматурной стали, снижают надежность сохранения незащищенной арматуры. Поэтому введение их в количестве более 2% по массе цемента не рекомендуется. Кроме того, добавка хлористого кальция в количестве более 8 кг на 1 м³ изделий повышает гигроскопичность изделий. Выбор и дозирование химических добавок для ДЦК осущест-плястся заводской лабораторией с \’чртпм ;-:о|» рси»-^ ус.^’!’^’ ‘:’ вида заполнителя. Химические добавки в арболитовую смесь, как и в другие ДЦК, вводят в виде водных растворов, заменяя воду затворе-ния полностью или частично. Для поддержания принятого В/Ц количество воды, содержащейся в растворах, учитывается при расчете состава арболитовой смеси. Вода для приготовления растворов химических добавок и корректировки В/Ц арболитовой смеси должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732—79.