Строительные материалы из древесно-цементной композиции 2

растворов. При приготовлении раствора химических добавок пользуются следующими расчетами. Количество сухой добавки Р для приготовления раствора рабочей концентрации определяется из условия: р = Vd_pc/B, где V—объем приготовляемого раствора, м³; d_p—плотность раствора нужной концентрации, т/м³; с—концентрация приготовляемого раствора, %; В — содержание основного вещества в товарном продукте, %. Необходимое количество воды для заправки емкости составляет Ф=Vd_р — Р. При применении жидкой химической добавки количество ее Р₁ для приготовления раствора рабочей концентрации определяется из выражения Р₁= (Vd_p/c)/(B₁d₁), где 3i—концентрация исходного раствора жидкой добавки, %; d_p — плотность исходного раствора вещества, т/м³. Объем воды для разведения добавки до рабочей концентрации Ф₁== V—Р₁. добавки до рабочей концентра химических веществ при приготовлении растворов рекомендуется воду подогревать до 40… 70 °С и растворы перемешивать. Перед использованием раствора следует определить его плотность, в соответствии с которой и устанавливают дозировку. При необходимости плотность корректируют добавлением в раствор воды или химической добавки. Плотность растворов определяют при температуре 18…20°С ареометром со шкалой от 1 до 1,4 г/см³ или денсиметром. Как показали исследования, проведенные в ЦНИИМЭ (табл. 2.25), количество химической добавки, осаждаемой на древесном заполнителе, существенно зависит от плотности раствора для замачивания. Количественное соотношение компонентов химических добавок устанавливают с учетом конкретных свойств материалов, применяемых для приготовления арболитовой смеси. Его корректируют при переходе на другие сырьевые материалы. Содержание некоторых химических добавок в зависимости от концентрации раствора приведено в табл. 2.25—2.30. Таблица 2.26. Содержание хлорида кальция в растворах

Таблица 2 27. Содержание жидкого стекла в растворах

Таблица 2.28. Содержание нитрата кальция б растворах

Таблица 2.29. Содержание СаО и Са(ОН); в известковом растворе (молоке) различной средней плотности

Примечание. 1. Плотность негашеной извести 3,2. Средняя плотность негашеной извести 0,77. . .1,07 т/м³. Теплота гашения извести СаО 4-+ Н20=Са(ОН>2+ 15,5 ккал/моль. 2. При гашении извести объем получаемого порошка (пушонки) в 3. . .3,5 раза больше объема негашеной извести. 3. Средняя плотность пушонки: в рыхлом состоянии — 0,403. , .0,443 т/м³, в слежавшемся состоянии — 0,675. . .0,704 т/м³. Таблица 2.30. Содержание нитрит-нитрат хлорида кальция в растворах

Введение химических веществ в смесь ДЦК можно осуществлять двумя способами. При первом способе химическую добавку применяют в виде водного раствора определенной концентрации и перемешивают с предварительно увлажненным целлюло-зосодержащим заполнителем. При втором способе химическую добавку предварительно растворяют в воде, предназначенной для замачивания заполнителя. В обоих случаях химическое вещество осаждается на поверхность заполнителя и частично заполняет его поры. Механизм «минерализации» волокнистых материалов—цел-люлозосодержащих заполнителей сводится к тому, что при их погружении в ванну для замочки (пропитки) с химическим раствором «минерализатора» его частички адсорбируются (поглощаются) внешней поверхностью заполнителя, а затем диффундируют внутрь волокна. Количество адсорбированного вещества при равновесной адсорбции зависит от ряда технологических факторов и в первую очередь от концентрации раствора, продолжительности пропитки, температуры и сродства химического раствора (адсорбента—«минерализатора») и частиц заполнителя. При низких температурах наблюдается высокая выбираемость, т. е. более высокое сродство адсорбента волокну. Количество химического вещества, извлеченного волокнистым заполнителем, можно определить по формуле Х = с₂/т, где с; — разность концентраций химического вещества в растворе: с-г = Су — —с,; Со и С|—соответственно начальная и конечная концентрация раствора в ванне; т — количество адсорбента, г. Наиболее распространено эмпирическое уравнение Фрейндлиха Х = bс¹/», где b и 1/n—эмпирические константы. После логарифмирования уравнение приобретает вид прямой: lgX = lgb + (1/n)lgc₁ Величина адсорбированного вещества «минерализатора» может быть определена при помощи изотерм Лангмюра по уравнению X = X_¥Kc₀/(Kc₁) где Х—количество адсорбированного вещества; К—константа; X_¥—предельное значение адсорбента. Постепенный переход адсорбента из раствора на волокно ограничен пределом, после достижения которого распределение химического вещества — «минерализатора» между волокнистым заполнителем и раствором остается постоянным, устанавливается равновесие в системе. При этом наблюдается явно выраженное избирательное поглощение адсорбента волокном, вплоть до полного истощения ванны. Проникание в волокнистый целлюлозосодержащий заполнитель химического вещества — «минерализатора» проявляется вследствие диффузии адсорбента. В начальной стадии пропитки на поверхности волокнистого заполнителя образуется слой адсорбента повышенной концентрации. Наличие градиента концентрации заставляет адсорбент диффундировать во внутренние слои волокна со скоростью, пропорциональной градиенту. В условиях пропитки древесины и других заполнителей растительного происхождения диффузия «минерализаторов» в толщу заполнителя происходит со скоростью, во много раз меньшей скорости адсорбции частиц поверхностью, и более чем в 1000 раз медленнее, чем в водном растворе. Это объясняется трудностью преодоления субмикроскопической и микроскопической структур и действия заряженности древесных волокон и заполнителя растительного происхождения. При диффузии «минерализатора» его концентрация изменяется с расстоянием нелинейно, в таком случае пользуются дифференциальным уравнением, выражающим второй закон Фика: где c_в—концентрация адсорбента в волокне; dt—продолжительность пропитки; dх—расстояние, на которое перемещается реагент; D —коэффициент диффузии. Коэффициент диффузии D (см²/с) представляет собой количество вещества, проникающего в единицу времени через единицу площади при перепаде концентрации адсорбента также равном единице. Отрицательный знак перед скобкой означает перемещение адсорбента от участков с высокой концентрацией к участкам с более низкой концентрацией. Скорость диффузии зависит от структуры ионов и величин рН раствора и волокна, величины набухания волокна, температуры, наличия активных групп. На процесс диффузии благоприятно действуют высокая дисперсность адсорбента, его молекулярный вес (малый), рыхлость структуры ткани заполнителя растительного происхождения, повышение температуры, ослабление сил сродства и электрических сил отталкивания. Химический потенциал «минерализатора», или мера сродства адсорбента древесине или другим целлюлозосодержащим заполнителям растительного происхождения, может быть определен в г • моль/л по выражению Викерстафа: Dm = RTln где [с]в и [с]р — концентрации вещества адсорбента соответственно на волокне и в растворе; Т — абсолютная температура; К — газовая постоянная. Как видно из табл. 2.25, при одинаковой концентрации в ванне раствора хлорида кальция и жидкого стекла за равные промежутки времени жидкого стекла осаждается на древесине больше. Это показывает, что химический потенциал, или мера сродства, у жидкого стекла выше по отношению к древесине, чем у хлорида кальция. Для исследовательских целей глубина проникания раствора адсорбента в капилляры структуры древесины и других заполнителей растительного происхождения определяется законами Пуаза по формуле h² = sBdt/(40h), где h — глубина проникания раствора, см; s — поверхность натяжения. Па; В — величина смачивания (созб); d—диаметр капилляра, см; h — вязкость, Па/с; t — температура, ^oС. Из приведенного выражения видно, что глубина проникания раствора (вещества) в древесину в большей степени зависит от поверхностных явлений раствора — вязкости, поверхностного натяжения и смачивания. Для однородной «минерализации» древесного и других заполнителей растительного происхождения способом замочки (пропитки) в ванне с учетом выбираемое™ адсорбента из раствора, зависящей от химического потенциала — меры сродства с заполнителем, необходимо поддерживать концентрацию раствора в оптимальном диапазоне, для чего ее следует систематически проверять и корректировать. Изложенные теоретические положения «минерализации» органического целлюлозосодержащего заполнителя для производства ДЦК дают более правильное и полное понимание процессов и закономерностей. Это позволяет сделать технологические процессы более управляемыми, дает возможность активного вторжения теоретических положений в технику и технологию «минерализации», а также интенсификации этого процесса путем использования новых химических веществ с учетом оптимального химического потенциала и конкретного вида заполнителя растительного происхождения. Теоретически обоснованный подход к подготовке заполнителя в целом направлен на улучшение процесса структурообразования и качества ДЦМ, увеличение долговечности. Для поризации цементного камня в арболите необходимо применять порообразователи, обеспечивающие стабильность свойств поризованного арболита. Арболитовую смесь поризуют технической пеной или воздухововлекающими добавками. Техническую пену приготовляют преимущественно из пенообразователей промышленного производства на основе первичных и вторичных алкилсульфатов (соответственно ТУ 38-10755—80, ТУ 38-10719—77) и др. На пеногенераторе конструкции ЦНИИЭПсельстроя можно готовить техническую пену и из жид-костекольного пенообразователя. В качестве воздухововлекающих добавок при приготовлении поризованного арболита рекомендуются омыленный древесный пек (ЦНИПС-1 по ТУ 81-05-16—76), смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ по ТУ 81-05-75—74), смола древесная омыленная (СДО по ТУ 13-05-02-83). Для изготовления изделий из поризованного арболита могут использоваться различные химические добавки в соответствии с классификацией ГОСТ 24211—80*. В качестве химических добавок при приготовлении поризованного арболита рекомендуются хлорид кальция технический (ГОСТ 450—77*); стекло натриевое жидкое (ГОСТ 13078— 81 *), сернокислый глинозем, известь-пушонка (ГОСТ 9179—77). Водные растворы химических добавок (хлористый кальции, сернокислый глинозем и т. д.) при изготовлении изделий из поризованного арболита допускаются к применению только в виде комплексных добавок (в пересчете на сухое вещество): например, жидкое стекло и хлорид кальция в соотношении 2: 1 по массе— в количестве 2…6% массы цемента; жидкое стекло и сернокислый глинозем в соотношении от 1 : 1 до 1 :2 по массе—в количестве 5…7% массы цемента; сернокислое железо, гидроксид и хлорид кальция в соотношении от 1 :8 : 1 до 2 : 10 : 2 по массе— в количестве 10…12% массы цемента. При изготовлении армированных изделий используют комплексную химическую добавку, состоящую из жидкого стекла и фурилового спирта в соотношении от 1 :0,01 до 1 :0,03 по массе, в количестве 3,7…3,9% вяжущего. Добавки ГКЖ-10 и ГКЖ-11 (ТУ 6-02-696—72) применяются для улучшения физико-механических свойств ДЦК; возможное содержание ГКЖ в растворе показано в табл. 2.31. Таблица 2.31. Содержание ГКЖ в растворах

Для улучшения физико-механических, реологических и формовочных свойств ДЦК, а также с целью экономии вяжущего применяются минеральные добавки в виде отходов камнепиле-ния — известняковый штыб (отсевки—мелкая фракция), шлаки, строительный песок и др.

2.2.3. Хранение и транспортирование химических добавок

Химические вещества—добавки поступают на арболитовое производство в металлических оцинкованных барабанах вместимостью 70…100 кг, в полиэтиленовых мешках или в жидком виде в железнодорожных цистернах. Хранят химические вещества в закрытых складах, оборудованных принудительной вентиляцией. Жидкие химические добавки—хлорид кальция, жидкое стекло и др. хранят в емкостях из нержавеющей стали. Растворы рабочей концентрации, подготовленные в отделении приготовления химических добавок, по трубопроводам направляются в расходные емкости смесительного отделения с помощью насосов типа НД (рис. 2.22), применяемых в качестве дозаторов химических растворов (табл. 2.32). Для этих же целей может быть использован насос-дозатор жидкости типа СБ-32. Таблица 2.32. Техническая характеристика плунжерных насосов-дозаторов типа НД

Вязкие растворы жидкого стекла перекачивают шестеренчатым насосом типа Г-11 с подачей 35 л/мин. Насос приводится в действие электродвигателем ПМУ6М12У4 мощностью 1,5 кВт, который может бесступенчато изменять частоту вращения вала от 150 до 1500 мин~¹, соответственно меняя его производительность.

2.2.4. Техника безопасности при приготовлении и использовании химических добавок

При применении химических добавок в производстве арболи-та необходимо соблюдать правила техники безопасности, согласно требованиям СНиП 111-4—80. Техника безопасности в строительстве. Хранить нитраты натрия и кальция, ННК и ННХК разрешается только в специальных складах отдельно от кислот. В помещении, где хранится кристаллический нитрат натрия, нельзя курить и вести работу с открытым пламенем. Жидкие концентраты химических добавок должны храниться в соответствующих емкостях, твердые—в закрытой таре и в сухом помещении. В отделении приготовления растворов добавок и арболитовой смеси необходимо предусмотреть принудительную вентиляцию. В процессе работы с рекомендуемыми химическими добавками следует принимать меры предосторожности, предотвращающие их попадание на кожу рабочих и в пищу. Все рабочие, занятые приготовлением арболитовой смеси и укладкой арболита, должны пройти специальный инструктаж, иметь резиновые перчатки, брезентовую спецодежду и защитные очки. Находящееся под напряжением оборудование необходимо надежно заземлить. Эксплуатацию смесительного и другого электрифицированного оборудования по приготовлению, транспортированию и укладке арболитовой смеси следует осуществлять в полном соответствии с требованиями СНиП 111-4—80.

2.2.5. Материалы для отделочных слоев

Заполнители для бетона (раствора) наружных и внутренних отделочных слоев конструкций из арболита должны соответствовать требованиям: плотный песок—ГОСТ 8736—85; плотный щебень или гравий — ГОСТ 8267—82 и ГОСТ 8268—82; неорганические пористые мелкий и крупный заполнители — ГОСТ 9757—83. Допустимая предельная крупность щебня или гравия составляет 20 мм при толщине бетонного слоя более 30 мм и 10 мм при толщине бетонного слоя до 30 мм. Вода для затворения бетона и раствора отделочных слоев должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732—79. В многослойных блоках и панелях слои выполняют из цементного бетона на плотных или пористых заполнителях классов В15-В25. Для отделки фасадных поверхностей конструкций из арболита применяют коврово-мозаичную плитку (ГОСТ 17057—80), ковры из керамической плитки «брекчия», краски ХВ-161, МЧ-11 и полимерцементные составы.

2.2.6. Арматурная сталь

Для армирования конструкций из арболита используют арматуру классов А-1, А-11 и А-111 диаметром не более 16 мм и проволочную арматуру класса Вр-1. Арматурные изделия и закладные металлические детали должны удовлетворять, требованиям ГОСТ 19222—84 и ГОСТ 10922—75, а также дополнительным указаниям, приведенным в рабочих чертежах конструкций. Арматура должна иметь заводской сертификат с указанием марки стали. Применение арматурных изделий и закладных металлических деталей со следами ржавчины, грязи и масла не допускается. Рабочую арматуру в многослойных конструкциях следует выполнять в виде сварных сеток или каркасов из стали класса Вр-1 и располагать в бетонных слоях.

Глава 3

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ОБЛАСТЬ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ АРБОЛИТА

3.1. Общие сведения об арболите

Арболит— разновидность легкого бетона. Изготовляют его из смеси органических целлюлозосодержащих заполнителей растительного происхождения (дробленых отходов деревообработки, костры конопли, льна, сечки стеблей хлопчатника, камыша и т. д.), минерального вяжущего (обычно портландцемента), химических добавок и воды. Предназначен для строительства малоэтажных сельскохозяйственных, промышленных, жилых и культурно-бытовых зданий. Производство арболита—один из наиболе эффективных и рентабельных способов использования древесных отходов, так как технология изготовления этого ДЦК относительно проста и не требует больших капитальных вложений. Значительные сырьевые ресурсы для изготовления конструкций и изделий из арболита образуются и в сельскохозяйственном производстве, где объем неиспользуемых отходов ежегодно составляет, млн т: костры льна и конопли—около 0,9; стеблей хлопчатника—2…2,5 и рисовой соломы— 1. Изделия из арболита, имея сравнительно невысокую среднюю плотность (400…850 кг/м³), характеризуются отличными строительными, физико-техническими и гигиеническими свойствами, поддаются сверлению, обработке режущим инструментом и оштукатуриванию. В них можно забивать гвозди и ввинчивать шурупы. Они трудносгораемы, не разрушаются в воде, морозо- и биостойки, негигроскопичны и малотеплозвукопроводны. Конструкции и изделия из арболита в зависимости от средней плотности разделяют: по назначению—на теплоизоляционные (плотность 400…500 кг/м³) и конструкционные (плотность 500…850 кг/м³); по структуре—обычный и поризованный; по армированию—на армированные и неармированные; по количеству слоев—на однослойные и многослойные (конструкции с наружным и внутренним отделочными слоями из цементно-песча-ного раствора толщиной до 2 см относятся к однослойным). Арболит в зависимости от прочности на сжатие образцов-кубов подразделяют на классы: теплоизоляционный арболит— классы В035, В075, В1; конструкционный арболит—классы В1,5, В2, В2,5, В3,5. Для изделий и конструкций, спроектированных без учета требований СТ СЭВ 1406—78, показатель прочности при сжатии характеризуют марками: М5, М10, М15—для теплоизоляционного арболита; М25, М35, М50—для конструкционного арболита. Многолетняя эксплуатация зданий и сооружений из бетона на органическом целлюлозном заполнителе в различных регионах нашей страны, а также в зарубежных странах убедительно подтверждает долговечность арболита (срок эксплуатации зданий 20…40 лет). Благодаря положительным свойствам этот материал широко применяют в строительстве. Из него изготовляют стеновые панели и блоки, плиты покрытия для совмещенных кровель и плиты перекрытия, усиленные железобетонными брусками или несущей основой, перегородочные плиты для культурно-бытовых и торговых зданий, тепло- и звукоизоляционные плиты, объемно-пространственные конструкции и т. п. Имеется опыт производства и использования в жилищном строительстве плит сборной стяжки (класса В3,5) под линолеум и паркет. Применяется он также для монолитного строительства. Производство и использование арболита имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными строительными материалами: утилизируются отходы деревообработки, используемые для получения заполнителя; снижается масса зданий; упрощается монтаж конструкций при строительстве; отпадает необходимость в высококвалифицированных рабочих-монтажниках и в механизмах большой грузоподъемности для монтажа зданий; сокращаются трудоемкость производства и монтажа, а также удельные капиталовложения на изготовление 1 м² конструкций; уменьшается толщина стен благодаря лучшим теплотехническим характеристикам этого материала; снижается расход цемента до 35 кг на 1 м² изделия при равном термическом сопротивлении по сравнению с керамзитобетоном (хотя на 1 м³ арболита расход цемента выше); уменьшается стоимость конструкций в «деле» (табл. 3.1). Таблица 3.1. Технико-экономические показатели изготовления глухой наружной стены из различных материалов

Широкое внедрение арболита в сельское строительство дает возможность решить один из наиболее важных вопросов экономики строительства—снижение массы зданий. Так, в ряде сооружений замена традиционных материалов арболитом позволяет в 1,3…1,5 раза и более уменьшить массу зданий. Арболит, обладая крупнопористой структурой, обеспечивает хороший воздухообмен в помещениях и высокие теплотехнические показатели, что обусловливает снижение расхода энергии на отопление и вентиляцию зданий. Применение ограждающих конструкций из арболита наиболее эффективно в животноводческих зданиях, где для поддержания нормальных условий требуются большие эксплуатационные затраты на вентиляцию. По энергоемкости, трудозатратам и удельным капиталовложениям на получение заполнителя для легких бетонов органический целлюлозный заполнитель экономичнее искусственных пористых заполнителей, которые требуют создания карьерного хозяйства, строительства специального производства—заводов по вспучиванию (керамзита, перлита, аглопорита и т. д.) с энергоемким и дорогостоящим оборудованием. Приготовление и подготовка органического целлюлозного заполнителя практически сводятся к измельчению древесного сырья и его фракционированию, а при использовании костры льна и конопли, станочной стружки—лишь к отделению пылевидных фракций. Производство искусственных пористых минеральных заполнителей для легкого бетона сопряжено с расходом значительного количества тепла, вредными условиями труда, большими транспортными расходами и другими издержками. Поэтому становится очевидной эффективность производства и применения арболитовых конструкций, особенно в районах с развитой деревообрабатывающей промышленностью при отсутствии сырьевой базы для производства легких минеральных заполнителей. Панели и блоки наружных и внутренних стен из арболита предназначены для жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий с относительной влажностью воздуха помещений не более 75% при отсутствии в них агрессивных сред и систематическом воздействии температур не выше -4-50 °С и не ниже —40 °С. Допускается применять ограждающие конструкции из арболита в животноводческих зданиях со слабоагрессивной средой при устройстве на внутренних поверхностях этих конструкций пароизоляционного слоя, который должен предусматриваться в рабочих чертежах. Плиты покрытий и перекрытий из арболита используют в зданиях различного назначения с относительной влажностью воздуха помещений не более 60% и при отсутствии агрессивных сред только в виде составных конструкций в сочетании с железобетоном. Арматуру в конструкциях из арболита необходимо защищать антикоррозионными покрытиями. Наружная поверхность конструкций из арболита, соприкасающаяся с атмосферной влагой, независимо от влажностного режима помещений должна иметь отделочный (фактурный) слой, обеспечивающий защиту арболита от увлажнения. Из арболита изготовляют теплоизоляционные и конструкционные материалы и изделия, применяемые в зданиях различного назначения. При соблюдении требований строительных норм и правил по защите строительных конструкций от коррозии допускается использовать арболит в стенах зданий с относительной влажностью воздуха помещений более 60% и при наличии слабо- и среднеагрессивных газовых сред. Нормируемый коэффициент вариации прочности конструкционного арболита не должен превышать 20%: для изделий и конструкций первой категории качества—18%; высшей категории качества—15%. Для теплоизоляционного арболита показатель вариации не нормируется. Изделия из арболита должны изготовляться в соответствии с требованиями ГОСТ 19222—84 и стандартов или технических условий на конкретные виды изделий.

3.2. Основные свойства арболита

Средняя плотность арболита в зависимости от его вида и класса (марки), а также от вида заполнителя не должна превышать значений, указанных в табл. 3.2. фактическая средняя плотность арболита не должна быть больше проектной более чем на 5%, а для изделий высшей категории качества—на 3%. 7′ а б л и ц а 3.2. Средняя плотность арболита

Как следует из таблицы, арболит со средней плотностью 400…850 кг/м³ имеет предел прочности при сжатии 0,5…5 МПа. Такие невысокие прочностные характеристики могут объясняться химической агрессивностью органического целлюлозного заполнителя. Теплопроводность арболита, высушенного до постоянной массы, определяемая при температуре (20±5) °С, не должна превышать указанной в табл. 3.3. Таблица 3.3. Теплопроводность арболита

Прочность сцепления арболита с металлической арматурой составляет 0,1…0,4 МПа, в зависимости от класса арболита, профиля стержней (гладкий, периодический) и защитной обмазки; сцепление фактурного слоя из цементно-песчаного раствора 1 : 3 (цемент : песок) с арболитом — 1,5…1,6 МПа. Деформация арболита при кратковременной нагрузке (показатель сжимаемости) равняется 7,5 • 10~³, что примерно в 8— 10 раз больше, чем у бетонов на минеральных пористых заполнителях. Сорбционное увлажнение арболита зависит от его средней плотности, применяемого органического целлюлозного заполнителя и введенных добавок; при относительной влажности воздуха 40…90% оно находится в пределах 10…15%. Так как сорб-ционное увлажнение арболита невелико—материал негигроскопичен. Арболит характеризуется достаточно высоким водопоглощением, однако преимущество этого материала в том, что он легко отдает поглощенную воду, т. е. быстро высыхает. Уменьшить водопоглощение арболита в конструкциях можно, защитив открытые поверхности различными покрытиями. С учетом повышенной усадки изделия из арболита до монтажа должны иметь минимальную влажность, чтобы в зданиях не было усадочных деформаций. Ограждающие конструкции из арболита характеризуются III степенью долговечности. В соответствии с классификацией, предложенной ЦНИИСКом, арболит по биостойкости относится к V группе. Арболит со средней плотностью выше 400 кг/м³ трудносгораем. Применяют его для изготовления изделий, эксплуатируемых в сборных и монолитных зданиях различного назначения. Наружная поверхность ограждающих конструкций из арболита, соприкасающаяся с атмосферной влагой, независимо от влажностного режима внутренних помещений должна иметь защитный отделочный слой. С внутренней стороны панелей предусматривается фактурный слой из цементно-песчаного раствора толщиной до 2 см. Арболит обладает более высокими теплозащитными и звукоизоляционными свойствами, чем бетоны на минеральных пористых заполнителях. Класс арболита по прочности на сжатие (В) характеризует его гарантированную прочность. Средняя фактическая прочность арболита на сжатие, МПа, соответствующая его классу, назначается равной Ксж= 1,43В и контролируется (по действующим государственным стандартам) на образцах 150Х150Х150 мм. Нормативными сопротивлениями арболита являются сопротивление осевому сжатию призм (призменная прочность) Кыг и сопротивление осевому растяжению Кьиг (табл. 3.4). Таблица 3.4. Нормативные сопротивления арболита осевому сжатию Д^ и осевому растяжению Ль/ь т расчетные сопротивления предельных состояний второй группы К, и /?» при средней естественной влажности по массе 15. . .20%

Примечание. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой — в кгс/см². Нормативная призменная прочность арболита при его средней естественной влажности по массе 15…20% принимается равной 0,78В. Расчетные сопротивления арболита при расчете по предельным состояниям первой группы определяются путем деления нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по арболиту (табл. 3.5): Таблица 3.5. Расчетные сопротивления арболита на древесной дробление для предельных состояний первой группы

R_b = R_bk/v_bc и R_bt = R_btk/v_bt где v_bc и v_bt — коэффициенты надежности по арболиту, приготовленному на древесной дробленке, соответственно при сжатии и растяжении, принимаемые как для тяжелого бетона по СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций. Расчетные сопротивления R_b и R_bt (см. табл. 3.4 и 3.5) следует умножать на соответствующие коэффициенты, учитывающие условия работы арболита v_bi для арболита, сформованного методом вертикального прессования или трамбования, v_bi = 0,85; для арболита, укладываемого в вертикальные формы (кассеты) на высоту более 50 см, независимо от способа уплотнения v_bi(== ==0,9; для простенков и блоков сечением менее 0,15 м² v_bi=0,8; для всех элементов при расчете прочности на монтажные нагрузки при влажности арболита выше 20% v_bi=0,8. Начальный модуль упругости арболита E_b принимается по табл. 3.6. Начальный коэффициент поперечной деформации арболита (коэффициент Пуассона) принимается равным 0,2. Таблица 36. Начальный модуль упругости арболита E_b при сжатии и растяжении

Примечание. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой — в кгс/смЛ Морозостойкость арболита в изделиях конкретных видов в зависимости от режима их эксплуатации и климатических условий района строительства должна соответствовать нормам проектирования, она указывается в стандартах или технических условиях на конкретные изделия и не должна быть менее Р25. Марка арболита и бетона (раствора) наружных отделочных слоев по морозостойкости должна соответствовать указанной в рабочих чертежах и быть не менее: Р25—для конструкций, применяемых в зданиях с относительной влажностью воздуха помещений не более 60%; Р35—то же, от 60 до 75%; Р50—то же, свыше 75%, а также для бетона (раствора) наружного отделочного слоя.

3.3. Подбор состава пористого и поризованного арболита

При подборе состава арболита основным требованием является получение заданных значений средней плотности (марки по плотности) и предела прочности при сжатии (класса по прочности) при минимально возможном расходе цемента. В ряде случаев выдвигаются дополнительные задачи, связанные с условиями эксплуатации конструкций из арболита, например требования по получению арболита с определенной теплопроводностью, морозостойкостью, стойкостью к попеременному высуши-нанию и увлажнению и т. д. В зависимости от структуры арболита следует различать составы обычного (пористого) и поризованного арболита. В первом вяжущее (портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, смешанное вяжущее и т. д.) связывает заполнитель только в местах его контактов при частичном (неполном) заполнении межзерновых пустот цементным камнем, все пространство между частицами заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим, поризованными пенообразующими, газообразующими и воздухововлекающими добавками. Для пористого арболита объем межзерновых пустот не нормируется. В уплотненных смесях для арболита поризованной структуры он не должен превышать 3%. Объем вовлеченного в смесь воздуха, образующегося за счет применения добавок, регулирующих пористость арболитовой смеси, в конструкционном арболите не должен превышать 25%. Для подбора состава арболитовой смеси должны быть заданы требования к ней, а также к затвердевшему арболиту. В частности, в требованиях указываются предельно допустимая плотность арболита, необходимая его структура, проектная и отпускная прочности, жесткость или подвижность смеси, а также данные о свойствах исходных материалов (вид и марка цемента, насыпная плотноть, вид и водопоглощение по массе заполнителя, его крупность и фракционный состав, характеристика добавок и т. д.), возможные производственные условия приготовления, укладки и уплотнения арболитовой смеси, режимы твердения арболита после его укладки. Для расчета состава арболита следует использовать только материалы, удовлетворяющие требованиям стандартов. Предварительно надо установить характеристики всех применяемых материалов: для цемента—его марку или активность, нормальную густоту, минералогический состав (или минералогическую направленность), среднюю рц и истинную ро плотности; для заполнителя — насыпную плотность рз и плотность в куске рз. к, водопоглощение по массе аУв (качество химических добавок ХД устанавливается по паспортам или на основании данных их непосредственного испытания). После этого расчетным путем или по таблицам назначают расходы материалов для приготовления первого исходного замеса, а затем других опытных замесов, отличающихся от первого содержанием материалов (вяжущего, органического целлюлозосодержащего заполнителя, воды и химических добавок). При этом число переменных принимается в зависимости от конкретных условий. Расчет имеет целью облегчить и упростить работу по дальнейшему подбору состава арболита экспериментальным способом. По расчетным данным приготовляют пробные замесы из ар-болитовой смеси с заранее принятыми расходами материалов и из каждой смеси готовят контрольные образцы по технологии, приближающейся к производственной. Одновременно определяют уточненную плотность арболйтовой смеси в уплотненном состоянии рарб. Затем вычисляют фактические расходы материалов на 1 м³ уложенной арболйтовой смеси в уплотненном состоянии. Рассмотрим пример. Пусть сумма расхода всех материалов для арболита опытного замеса 2Р=Ц+3, + В, +ХД. Для того чтобы найти расход цемента, составляем пропорцию на основе следующих рассуждений. Для приготовления арболита массой ^Р (в кг) израсходовано Ц цемента (в кг). Сколько цемента требуется для приготовления 1 м³ арболита? Находим Ц, : -2.Р = Цр,р,-» откуда Ц = рар,-,И|/2Р. Аналогично определяем расход органического заполнителя 3, воды В и химической добавки ХД на 1 м³ смеси: 3 = рароЗ./ЗР; В == ()»»оВ,/$Р; ХД == р»гпХД/ЕР. Объем израсходованного органического заполнителя легко ;.^г!’.1, р^идс.1;;^ мац;» .л;;;^;;и;-с\1.; 3 \’.’л ^ги иас^шнуи’ ;!,'»‘т ность в сухом состоянии рз: V, = 3/р:» Как правило, арболитовые смеси готовят в помещении при температуре 20±5°С. Для приготовления смеси применяют сухие заполнители. Так как расчет и подбор состава смеси выполняют, применяя сухие материалы, а в производственных условиях заполнители могут оказаться влажными, надо определить естественную влажность заполнителя и содержащуюся в нем воду вычесть из потребного количества воды. Например, пусть естественная влажность заполнителя оказалась аУз, % по массе, а расчетное количество сухого заполнителя 3. Тогда влаги, содержащейся в заполнителе, будет Вз=ЗаУз/100. Следовательно, для изготовления замеса нужно ввести воды 81== В— Вз. Поскольку расчет ведется для сухих заполнителей, а в действительности они могут быть влажными (содержание влаги Шз, % по массе), то было бы неправильно дозировать их количество по массе, не учитывая содержащуюся в них влагу. Поэтому надо подсчитать, сколько заполнителя данной влажности следует взять. Очевидно, что влажных заполнителей придется взять больше, а именно, Зв==3(1+ +^з/100).

3.3.1. Расчет состава пористого арболита

Исходный состав арболита для последующего приготовления пробных замесов может назначаться любым обоснованным способом. Обычно исходные составы определяются расчетным способом или по таблицам. Для подбора состава арболйтовой смеси задаются: требуемая плотность арболита в высушенном состоянии; класс (марка) арболита по прочности при сжатии; технические характеристики имеющихся материалов для приготовления смеси. При этом максимальная средняя плотность арболита в высушенном состоянии в зависимости от класса (марки) и вида используемых органических целлюлозосодержащих заполнителей не должна превышать значений, указанных в табл. 3.7. adidas gazelle og femme Таблица 3.7. Максимальная средняя плотность арболита

В табл. 3.8 приведен рекомендуемый расход портландцемента М400 для приготовления арболита классов ВО,35…В2,5 (марок 5…35). Указанные расходы цемента приведены для арболита, твердеющего в стандартных условиях в течение 28 суток при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха 70± Т а б л и II а 3.8. Максимальный расход портландцемента марки 400 на 1 м³ арболита

Примечание. Приведенные расходы це»мента рекомендуются лишь для приготовления первого исходного замеса при подборе состава арболитовой смеси и не могут служить нормами расхода вяжущих в производственных условиях. ±10%. При тепловой обработке расход цемента уточняется опытным путем. В случае применения цемента иных марок (отличного от М400) величина расхода вяжущего умножается на коэффициенты, приведенные в табл. 3.9. Таблица 3.9. Коэффициенты изменения нормативных расходов цемента в арболите при изменении марки цемента

Примечание, Расход цемента М400 по ГОСТ 10178—76 * условно принят за единицу. Таблица 3.10. Максимальный расход сухого органического целлюлозосодержащего заполнителя, кг, на 1 м³ арболита

В зависимости от прочности арболита рекомендуемые расходы органического целлюлозосодержащего заполнителя в сухом состоянии и воды принимают по данным табл. 3.10 и 3.11 (при использовании портландцемента М400). Таблица 3.1 I. Максимальный расход воды. л, на I м» арболнтовой смеси

Следует отметить, что расход цемента, органического целлюлозосодержащего заполнителя и воды зависит от многих факторов, в первую очередь от способа уплотнения арболитовой смеси, поэтому расход компонентов необходимо устанавливать опытным путем в зависимости от конкретных производственных условий. Так, в табл. 3.8, 3.10 и 3.11 расход цемента, органического целлюлозосодержащего заполнителя и воды приведен в зависимости от коэффициента уплотнения Ку = р.³^ йЙ\ характеризуемого отношением плотности свежеуложенной уплотненной арболитовой смеси р^’д к плотности рыхлонасыпной арболитовой смеси рнас- При этом Ку для арболита марок 5…35 (классов ВО,35…В2,5) увеличивается от 1,3 до 1,6. Влияние удельного давления прессования, МПа, на расход цемента, органического заполнителя и воды может быть охарактеризовано данными табл. 3.12. Таблица 3.12. Зависимость расхода компонентов арбглита, кг/м³, от удельного давления прессования

Серия опытных образцов готовилась методом прессования с фиксацией крышек. В исследованиях применялись материалы со следующими характеристиками: портландцемент М400 Воскресенского завода, древесная дробленка еловая из тонкомерного круглого леса и вершин деревьев диаметром 8…12 см, выдержанного в течение 2 месяцев (май, июнь). Дробленка имела следующий фракционный состав: 5…10 мм—71,3%; 2,5…5 мм— 28,7%; коэффициент формы частиц дробленки составлял 5,5; использовался хлорид кальция технический (по ГОСТ 450—77*). Древесный заполнитель, как и другие органические заполнители, обладает высокой химической активностью по отношению к минеральным вяжущим веществам. Это вызвано наличием в них легкорастворимых, химически активных веществ. Поэтому, как правило, при назначении состава арболита большое внимание уделяется выбору вида и назначению расходов химических добавок—«минерализаторов». В соответствии с нормативными документами рекомендованы три вида «минерализаторов»: хлорид кальция, жидкое стекло и комплексная добавка из сернокислого алюминия и извести-пушонки. Расход добавок может быть принят по табл. 3.13. Вид химической добавки и ее оптимальное количество определяют с учетом требований ГОСТ 24211—80. Таблица 3.13. Максимальный расход ХД, кг/м³, для приготовления арболита (в пересчете на сухое вещество)

В последнее время разработаны и испытаны более эффективные «минерализаторы», например комбинации записного или ок-сидного сернокислого железа с известью-пушонкой и хлористым кальцием, жидкого стекла с сернокислым алюминием или с хлористым кальцием и др. При выборе вида и количества ХД необходимо ограничивать расход добавок из условия появления на затвердевшем арболите высолов. Методика определения образования высолов на поверхности арболита приведена в ГОСТ 24211—80*. В армированных конструкциях следует оценивать защитные свойства арболита с ХД по отношению к стальной арматуре. Расчетные составы арболита проверяют в лабораторных или производственных условиях путем изготовления и испытания контрольных образцов по ГОСТ 10180—78*. Опытные образцы для определения класса (марки) арболита по прочности при сжатии хранятся в течение 28 суток при температуре 20+2 °С и относительной влажности воздуха 70±10%. Для уточнения рас-палубочной или отпускной прочности изготовляют и испытывают образцы в возрасте 1, 3 и 7 суток. Рабочий состав арболита-должен назначаться на основании обработки результатов испытаний контрольных образцов. Проверку рабочего состава осуществляют непосредственно в производственных условиях путем изготовления опытных изделий в количестве не менее 3 шт по действующей на заводе технологии. При этом фиксируют фактические дозировки всех материалов, отбирают пробы заполнителей из бункера-дозатора с определением их свойств, формуют контрольные образцы-кубы и устанавливают фактические расходы материалов с испытанием кубов на прочность при сжатии по ГОСТ 10180—78* и определением средней плотности арболита по ГОСТ 12730.1—78. При необходимости проверки других требуемых свойств арболита из его рабочего состава должны быть изготовлены и испытаны образцы по действующим стандартам и техническим условиям. После производственной проверки рабочего состава арболита следует составить таблицы объемно-весового дозирования с указанием расхода всех материалов по массе, а дробленки—по объему (с учетом колебаний по насыпной плотности). Рабочий состав арболита должен корректироваться на основе статистической обработки фактических данных в соответствии с требованиями ГОСТов при организации производства изделий и конструкций из этого материала, изменении проектных характеристик арболита, а также вида и поставщика древесного сырья или цемента, технологических режимов производства.

3.3.2. Расчет состава поризованного арболита

При подборе состава поризованного арболита необходимо стремиться к обеспечению требуемой подвижности или жесткости поризованной арболитовой смеси в процессе формования изделий и заданных свойств затвердевшего арболита при возможно меньшем расходе цемента и минимальной стоимости материалов на его приготовление. Состав поризованного арболита следует проектировать и подбирать расчетно-экспериментальным путем, который предполагает следующие основные этапы: выбор и предварительную оценку пригодности имеющихся исходных материалов; расчет и назначение исходных составов поризованного арболита для опытных замесов; приготовление опытных замесов и обработку полученных результатов испытания образцов из этих замесов; установление рабочего состава поризованной арболитовой смеси и сто корректировку и производственных условиях. Выбор и предварительную оценку пригодности имеющихся исходных материалов для приготовления поризованного арболи-та с заданной прочностью при сжатии производят по результатам испытания этих материалов в соответствии с действующими стандартами и техническими условиями. Выбирать исходные материалы и предварительно оценивать их пригодность можно также по техническим паспортам и сертификатам. Объем древесной дробленки в насыпном состоянии, расходуемой на приготовление 1 м³ поризованного арболита, принимается от 1,3 до 1,7 м³. Расход цемента для исходного замеса рекомендуется ориентировочно назначать по табл. 3.14 в зависимости от требуемого класса арболита и породы древесины. Таблица о. 14. Макп.мальные расходы цемента М400, кг/м³, для приготовления пооизованного арболита

П ]) и м е ч ;1 н и е. При использовании цемента М500 норма расхода уменьшается: на о% —для арболита классов В1 и В1.5: на 7% —для арболита класса В2; нп 11.’% • — ;’.ля арболита класса В2.5. Первоначально для подбора состава поризованного арболита берут три расхода цемента: первый—по табл. 3.14, два других—с отклонением о? значений, приведенных в табл. 3.14, на ±10%. Подвижность арболитовой смеси при формовании изделий в горизонтальны:; формах на виброплощадках в момент укладки принимаете»! 1 ..3 см. Расход воды назначается оптимальным, обеспечиндкщим укладку смеси при принятом способе формования и исключающим разрушение пены при приготовлении поризованной арболитовой смеси. Ориентировочные значения В/Ц для подсчета необходимого количества воды при приготовлении поризованной арболитовой смеси зависят от п^р»’.’ы древесины, вида цемента, фракционного состава заполните;;;’ и других технологических факторов. Для предварительных оа^чтов принимают В/Ц= 1…1.2. В последующем эти значения уточняют опытным путем. Количество видг… мя затворения поризованной арболитовой смеси корректируюг после определения влажности древесного заполнителя по формуле Ьк = В — (Дест — Дсух), где Вк—количество воды, требуемое для приго’1,;;’,дения 1 м³ поризованной арболитовой смеси с учетом влажности древесина, кг: Дсух—масса дроб-ленкн в абсолютно сухом состоянии, кг; Дест — масса дрибленкн на 1 м³ ар-болитовой смеси с учетом влажности заполните-|я, кг; Дест == Дсух (1 + + 0,01й;); ш—влажность по массе используемого древесного заполнителя, %. Предварительный (исходный) расход воп.ы для назначенного по табл. 3.14 расхода цемента можно устанавливать экспериментально путем добавления такого ее количества, которое обеспечивает комкование арболитовой смеси прп сжатии рукой без отделения цементного молока до введении в нее технической пены. Расход химических добавок для исходного замеса ориентировочно рекомендуется по табл. 3.15 в зависимости от требуемого класса арболита и уточняется, опытным путем. Таблица 3.15. Примерный расход химических добавок, «г;’!’, для приготовления поризованного арболита (в пересчете на сухое вещество)

Расход порообразователя назначается и:., условия полного заполнения межзерновых пустот между частицами древесной дробленки поризованным цементным тестом п зависит от способа введения в арболитовую смесь порообразующей добавки или способа приготовления пены (центробежным насосом, рециркуляционным пеногенератором или механическим взбивателем), а также от требуемой степени поризации арболита. Для предварительных расчетов расход пенообразователя рабочей концентрации ориентировочно в среднем может приниматься, л/м³: для арболита класса В3,5—?-0, Е2,5—40, В2—50, В1 —60 (при плотности пены в пределах от 200 до 250 кг/м³). Ниже приводятся расходы воздуховоплекгющих добавок (в пересчете на сухое вещество) для опытных замесов, % по массе цемента: ЦНИПС-1 …….. О.ю…0,25 СИВ ……… 0,1.,.0,2 СДО ……… 0,2…0,3 Показанные расходы добавок ЦНИПС-1, СНВ I; СДО исчислены по товарному продукту, 10%-ный раствоо которых имеет плотность соответственно 1,024; 1,03 и 1,07. Приведенные расходы порообразующнх добавок уточняются в процессе проведения опытных замесов в производственных условиях с учетом особенностей смесителя, условий транспортирования и укладки смеси. Рабочие концентрации пенообразователей различных видов, которые могут быть изменены после предварительной проверки, рекомендуется принимать по табл. 3.16. Таблица 3.16. Рабочие концентрации пенообразователей различных видов Состав водного _ . раствора (пено-Пенообразователь образователь : : вода), масс. ч Синтетический пенообразователь на основе алкилсульфатов первичных спиртов: сульфопаста 1 : 40 скрубберная паста I : 10 То же, на основе вторичных спиртов 1 : 40 Жидкостекольный ‘ 1 : 30 После назначения расходов цемента, древесной дробленки, воды, ХД и пенообразователя для исходного замеса устанавливают расчетную ожидаемую плотность поризованного арболита ^’св. ул. рев. у;, = Ц + 1,5рдр + В + Вп. о + ХД, где рдр— насыпная плотность древесной дробленки в сухом состоянии, кг/м³; Ц, Д, В, Вп. о, ХД — соответственно расходы цемента, древесной дробленки (Д == 1,5рдр) в сухом состоянии, воды, пенообразователя рабочей концентрации, химических добавок (в пересчете на сухое вещество), кг/м³; 1,5—оптимальный расход древесной дробленки в насыпном состоянии, м³ на 1 м³ арболита. При принятых расходах материалов пену следует добавлять до достижения свежеуложенной поризованной арболитовой смесью плотности рев. ул. Приготовление опытных замесов из назначенных расчетом составов поризованного арболита следует производить в лабораторных или производственных условиях с определением средней плотности смеси в свежеуплотненном состоянии и фактического расхода материалов на 1 м³ арболита, плотности арболита по ГОСТ 12730.1—78 и прочности при сжатии по ГОСТ 10180—78*. Из каждого замеса формуют не менее 12 образцов-кубов размером 15Х15Х15 см. При введении в арболитовую смесь порообразователя необходимо визуально наблюдать за процессом поризации, сопровождающимся повышением пластичности и появлением избыточного количества поризованного цементного теста в арболитовой смеси во время ее перемешивания. Излишнее вовлечение воздуха в смесь, характеризуемое уменьшением ее плотности по сравнению с заданной по формуле, приводит к снижению прочности арболита, поэтому важно, чтобы в результате опытного замеса фактический расход материалов в свежесформованном пори-зованном арболите, выход и плотность смеси отвечали принятым значениям. При проведении опытных замесов объем вовлеченного воздуха определяют по ГОСТ 10181.3—81. Сформованные девять образцов из поризованного арболита необходимо выдержать в условиях, близких к производственному режиму твердения изделий из этого материала. По три образца каждого состава испытывают через 3, 7 и 28 суток твердения в заводских условиях. Три опытных образца для определения класса арболита хранят в течение 28 суток при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха 70±10%. По результатам испытаний образцов выбирают оптимальный состав поризованного арболита с требуемыми свойствами, а также выявляют влияние принятого режима твердения на его класс. Выбранный состав поризованного арболита проверяют и корректируют в производственных условиях при изготовлении опытной партии изделий с определением влажности, плотности и прочности при сжатии на 12 контрольных образцах (не менее) размером 15Х15Х15 см. Производственный состав поризованного арболита следует выдавать на один замес смесителя, учитывая при этом расход цемента, воды, ХД, порообразователя (по массе) и древесной дробленки (по объему и массе).

3.4. Технология изготовления арболитовых изделий и конструкций

3.4.1. Подготовка заполнителя

Технологический процесс производства арболитовых изделий и конструкций состоит из следующих операций: дробления и подготовки заполнителя по гранулометрическому составу, его обработки, приготовления ХД, дозировки компонентов арболита, приготовления арболитовой смеси, укладки ее в формы и уплотнения, термообработки сформованных изделий, вызревания при положительных температурах и транспортирования изделий на склад (рис. 3.1). Технология изготовления арболита на целлюлозосодержа-щем заполнителе в основном включает те же операции, что и обычного легкого бетона на пористых заполнителях, однако с некоторыми специфическими особенностями. В отличие от производства искусственных минеральных пористых заполнителей со значительными затратами энергии получение заполнителя для арболита сводится к измельчению древесины до получения оптимального фракционного состава. В ряде случаев может быть использован заполнитель в виде станочной стружки и лесорамных опилок, который требует только рассева по фракциям. Однако получение качественного арболита на этих заполнителях затруднено в связи с тем, что они имеют большую удельную поверхность. Это приводит к увеличению выделения экстрактивных веществ в цементный раствор в процессе приготовления смеси, и нормируемого количества цемента оказывается недостаточно для создания структуры высокой прочности. Лучшие результаты дает специально приготовленная по типовой схеме дробленка из кусковых отходов древесины, дровяного сырья (получение щепы на рубительных машинах, а затем ее измельчение и гомогенизация на молотковых мельницах). Древесина — анизотропный материал, поэтому древесная дробленка должна иметь игольчатую форму с коэффициентом формы (отношение наибольшего размера к наименьшему), равным 5…8, и толщину 3…6 мм. Оптимальные размеры по длине должны быть не более 25…30 мм. Частицы такой формы обладают более близкими по абсолютному значению влажностными деформациями вдоль и поперек волокон, что позволяет снижать отрицательное воздействие влажностных деформаций древесного заполнителя на структурообразование и прочность арболита. Технологическое древесное сырье поставляется на предприятия как отдельно по породам, так и в смешанном в различных соотношениях виде. Дрова и кусковые отходы укладывают, принимают и учитывают в соответствии с ГОСТ 3243—46**. Древесное технологическое сырье в круглом виде хранят в соответствии с требованиями ГОСТ 9014.0—75*. Диаметр круглых заготовок сырья устанавливается от 5 до 15 см, при диаметре более 15 см заготовки раскалывают на части. Раскалывание осуществляется на дровокольных станках типа КЦ-7, УТ-8 и КТ-8А. В технологическом сырье допускаются пороки древесины (по ГОСТ 2140—81*), в том числе гниль внутренняя заболонная мягкая и наружная трухлявая, если она занимает не более 5% площади торца дровяного сырья или 5% общего объема партии. Кусковые отходы древесины должны измельчаться в щепу и выдерживаться в кучах под навесом не менее 1 месяца при положительной температуре. Применение свежесрубленной древесины всех пород для производства арболита допускается при соблюдении следующих требований: показатель пригодности целлюлозосодержащего заполнителя (удельный расход цемента на единицу прочности арболита при сжатии) должен быть не более 15; содержание водорастворимых редуцирующих веществ—не более 2%. Таблица 3.17. Техническая характеристика дисковых рубительных машин

Выдержанные отходы древесины превращают в щепу на рубительных дисковых и барабанных машинах (рис. 3.2, 3.3, табл. 3.17), а затем измельчают в дроблснку на модернизированных молотковых мельницах, дробилках или стружечных станках (рис. 3.4, табл. 3.18). Таблица 3.18. Техническая характеристика молотковых ДМ-1, ДМ-4, ДМ-7 и лопастной ДМ-3 дробилок

отходов лесозаготовок (сучьев и ветвей) и деревообработки (реек, горбылей , шпона-рванины и обрезков фанеры). Она состоит из механизмов подачи и резания, приспособления для заточки ножей и вентилятора. Для измельчения гузо-паи в Ташкентском НИИстромпроекте были испытаны различные рубительные, дробильные машины и соломорезки: молотковые дробилки ДМ-1 и ДМ-2 в комплекте со стеблеизмельчителем (разработка института), соломорезка РСС-6, универсальная дробилка кормов ДКУ-М и ДКУ-2,0-1 «Украинка». Фракционный состав заполнителя, полученный на испытанных машинах, приводится в табл. 3.19. Таблица 3.19. Фракционный состав гуза-паи, измельченных на различном оборудовании

Молотковая дробилка ДМ-1 Частые | 27,2 | 12,9 | 19,0 | 21,9 [ 9,0 | 7,0 | 1,0 | 1,2 | Полные 1 27,2 | 40,1 | 59,1 | 81,0 | 90,0 | 97,0 | 98,0 | 99,2 | °.⁸ Соломосилосореэка РСС-6 Частые | 48,9 | 18,0 | 14,7 | 12,0 | 2,7 | 2,0 | 0,8 | 0,6 | Полные | 48,9 [ 66,9 [ 81,6 | 93,6 | 96,3 | 98,3 | 99,1 | 99,7 [ °-³ Соломосилосорезка РСС-6 (реконструированная) Частые | 37,1 | 32,8 | 12,8 | 11,4 | 2,7 | 1,8 | 1,2 | 0,1 | Полные | 37,1 | 69,9 | 82,7 | 94,1 | 96,8 | 98,6 | 99,8 | 99,9 | °.¹ Молотковая дробилка ДМ-2 (без сита) Частые | 62,9 | 22,7 | 9,3 I 3,6 | 0,6 1 0,6 | 0 3 | — | Полные | 62,9 | 85,6 | 94,9 | 98,5 | 99,1 | 99,7 | 100,0 | — | — Стеблеизмельчитель конструкции Ташкентского НИИстромпроекта Частые | 21,6 | 33,1 | 23,8 | 15,9 | 3,3 | 1,8 | 0,2 | 0,1 | Полные | 21,6 | 54,7 | 78,5 | 94,4 | 97,7 | 99,5 | 99,7 | 99,8 | О.² Дробилка кормовая ДКУ-М Частые | 10,0 | 0 | 15,3 I 32,0 | 15,3 | 18,4 | 181 501 Полные | 10,0 | 10,0 | 25,3 | 57,3 | 72,6 | 91,0 | 92,8 | 97,8 ) 2.6 Дробилка кормовая ДКУ-М (со снятыми решетками) Частые | 29,2 | 16,2 | 15,7 | 13,6 | 14,4 | 6,0 | 1,7 | 2,0 | Полные | 29,2 | 45,4 | 61,1 | 74,7 | 89,1 [ 95,1 | 96,8 | 98,8 | I.² Из приведенных в таблице результатов видно, что наиболее приемлемой машиной из выпускаемых отечественной промышленностью является дробилка типа ДКУ (предназначена для измельчения грубых кормов в условиях пустынной зоны) со снятыми решетками для регулирования степени измельчения. Одним из факторов, сдерживающих использование в качестве заполнителя для арболита лесосечных отходов (ветви, сучья, вершины и др.), а также отходов сельскохозяйственного производства (стеблей хлопчатника, рисовой соломы и др.), является трудность сбора и транспортировки (из-за малой насыпной плотности) их к предприятиям, производящим арболит. Эти проблемы могут быть во многом решены при применении модернизированных надежных дробильных машин, установленных на шасси автомобиля (рис. 3.6), например типа ТТ910Р финской фирмы «Перусюхтюма», эксплуатируемых на наших предприятиях. При дроблении и рассеве необходимо использовать древесину с равновесной относительной влажностью не более 39%, при влажности выше этого предела нарушается нормальная работа дробилок, сит и грохотов. Технологическая щепа при поставке по размерам частиц и показателям засоренности должна соответствовать требованиям ГОСТ 15815—83*, предъявляемым к щепе, используемой для производства древесно-волокнистых плит; дробленка должна удовлетворять требованиям ГОСТ 19222—84. Размеры древесных частиц измельченной древесины, допускаемые ГОСТ 19222—84, не должны превышать по длине 40 мм, по ширине 10 мм, по толщине 5 мм. Содержание примеси коры в измельченной древесине должно быть не более 10%, а хвои и листьев—не более 5% (по массе сухой смеси заполнителя). Длина частиц костры конопли и льна, измельченных стеблей хлопчатника и рисовой соломы должна быть не более 40 мм. Содержание очесов и пакли не должно превышать 5% от массы сухой смеси заполнителя. Измельченная древесина, костра конопли и льна, измельченные стебли хлопчатника и рисовой соломы должны быть без видимых признаков плесени и гнили, а также примесей инородных материалов (кусков глины, растительного слоя почвы, камней, песка и др.), в зимнее время—без примесей льда и снега. Фракционный состав целлюлозосодержащего заполнителя должен находиться в следующих пределах; Размеры отверстий кон-трольных сит, мм 20 10 5 2,5 Менее 2,5 Полные остатки на контрольных ситах, % по _ ,. массе До 5 20…40 40…75 90…100 До 10 Среднее значение коэффициента формы частиц (отношение наибольшего размера к наименьшему) не должно быть более 8, а количество частиц с коэффициентом формы более 8—превышать 20% для остатка на сите с отверстиями размером 20 мм и 10% для остатков на ситах 10 и 5 мм. Для сортировки щепы и древесной дробленки, а также мягких отходов (станочной стружки и лесорамных опилок) используют механические сортировки следующих типов: качающиеся, вибрационные и гирационные. Древесный заполнитель нужных параметров получают с помощью установленных на сортировках сит с определенным сечением ячеек. Применяются преимущественно плоские вибрационные и гирационные сортирующие устройства. По способу подвески короба их делят на напольные и подвесные. Плоские устройства по сравнению с барабанными имеют более высокую пропускную способность на единицу поверхности сита, в связи с чем их габаритные размеры относительно меньше. Для интенсификации процесса и повышения качества сортировки щепы большое значение имеет равномерное ее распределение по всей поверхности сита. Плоские горизонтально-гирационные сортировки обеспечивают равномерное распределение поступающей щепы по плоскости сита за счет центробежных сил, возникающих при круговом движении сит в горизонтальной плоскости. Промышленностью выпускаются несколько типов вибрационных и гирационных сортировок: СЩ-0,2, СЩ-1, СЩ-60, СЩ-120, ВГО-1 и др. (табл. 3.20). Наиболее широкое применение имеет горизонтально-гирацион-ная сортировка СЩ-1, в которой установлены три плоских сита: верхнее с ячейками размером 30Х30 мм, нижнее с ячейками 6Х Х6 мм. Технические данные сортировок приведены в табл. 3.20. Приготовление дробленки по традиционной технологии осу Т а б л и ц а 3.20. Техническая характеристика сортировок

ществляется двухстадийно: I стадия — получение щепы из кусковых отходов на рубительной машине, II стадия—получение дробленки с помощью дробилок и, наконец, фракционирование. Отсутствие специального рубительного и дробильно-сортиро-вочного оборудования для получения дробленки оптимальных геометрических размеров (коэффициента формы) с учетом анизотропии самопроизвольных влажностных деформаций древесины, а также дефицит такого оборудования, применяемого при производстве ДВП и ДСП, которое вынужденно использовалось и при изготовлении арболита, потребовало разработки более экономичной схемы. Автором настоящей монографии разработана и внедрена на Горийском ДОЗе одностадийная схема приготовления дробленки. Дробильно-сортировочный узел работает по замкнутому циклу: рубительная машина—к-ортировка щепы-»-рубительная машина. Была модернизирована машина сортировки щепы СЩ-1М (смонтировано дополнительное сито с ячейками (6Х20 мм) и установка дополнительного возвратного транспортера, что позволило крупные частицы (широкую щепу) подавать в рубительную машину по замкнутому циклу. Таким образом добились получения частиц- дребленки с размерами, близкими к оптимальным. Внедрение этого мероприятия было особенно важным, так как цех арболита работал на смешанном по породам сырье и отходах лиственницы, крупные частицы которых могли развивать на отдельных участках формируемой структуры большие по абсолютным значениям давления набухания, вызывая деструкцион-ные процессы, что обусловливало понижение расчетной прочности арболита. Опыт одностадийного получения дробленки с помощью рубительной машины типа МРГН (дающий щепу шириной 20…40 мм, длиной 20…25 мм) и сортировочной машины СЩ-1М, работающей по замкнутому циклу, может быть рекомендован для широкого внедрения, так как молотковые мельницы с нужными параметрами промышленностью не выпускаются. Такая технология тем более экономически оправдана для цехов средней и малой мощности (12…24 тыс. м³ в год), так как производительность рубительных машин, выпускаемых отечественной промышленностью для целлюлозно-бумажного производства, ДВП и ДСтП, составляет 10…40 мЭ/ч, т. е. в одну смену может быть получено щепы 70…300 м³, потребность же арболи-тового цеха мощностью 12…24 тыс. м³ изделий в год составляет 25…50 м³ щепы. Принятая одностадийная энергосберегающая схема приготовления дробленки опробована в течение более трех лет. Она положительно оценивается как с технологической стороны (получается дробленка с коэффициентом формы близкой к оптимальной), так и с экономической (позволяет снизить единовременные затраты на оборудование и затраты на эксплуатацию) . Предварительная гидротермическая обработка целлюлозосо-держащего заполнителя с целью его облагораживания способствует существенному улучшению физико-механических свойств арболита. Так как древесина относится к группе ограниченно набухающих гелей, то набухание в воде продолжается только до точки насыщения волокна, т. е. до влажности, составляющей 30%. Процесс этот сопровождается явлением разбухания, что выражается в увеличении размеров отдельных элементов и объема древесины в целом. Разбухание происходит в результате увеличения расстояния между микрофибриллами и проникновения воды в них. При этом увеличивается внутренняя поверхность клеток, состоящая из субмикроскопических и микроскопических структур, пронизанных системой тончайших пор и капилляров. Древесина с влажностью до 9% не разбухает, после этого предела разбухание возрастает пропорционально влагосодержа-нию. Самопроизвольные влажностные деформации древесины происходят в диапазоне влажности 9…30%. .Поэтому в целях предотвращения отбора влаги (воды) древесным и другим цел-люлозосодержащим заполнителем и обезвоживания контактной зоны структуры арболита, что затруднило бы процессы гидролиза и гидратации цемента, а также для исключения влажност-ных деформаций (разбухания в процессе приготовления и формования изделий), влажность заполнителя должна быть не меньше 30…40%. Из-за высокого водопоглощения заполнителя растительного происхождения приходится поддерживать В/Ц= =0,9…1,3. Вода в арболитовую смесь может быть введена тремя способами: в виде воды затворения, при замочке или путем введения ее в смесь в виде химического раствора — «минерализатора». В ряде случаев целесообразно замочку заполнителя осуществлять либо в воде, либо в растворе «минерализатора». Однако исследования показали, что продолжительная замочка в воде в течение 10…15 минут, как предполагалось рядом исследователей [5, 10, 17, 29], не позволяет удалить легкогидроли-зуемые вещества из целлюлозосодержащих заполнителей. Для достаточно полного удаления этих веществ из древесного заполнителя необходима длительная замочка — в течение 6 ч при гидромодуле не ниже 1 : 10 (при <==20±2°С). Замочка холодной водой (<=20±2°С) для выравнивания влажности применима лишь в случае поступления заполнителя с крайне неравномерной влажностью. Подогрев воды до температуры 40…60°С ускоряет процесс замочки и частичного извлечения легкогидролизуемых веществ, однако гидротермообработка — это более дорогой процесс, поэтому он оправдан для цехов, расположенных в северных регионах, там, где заполнитель хранится на открытом воздухе и подвержен смерзанию.

3.4.2. Дозирование и приготовление арболитовой смеси

Для обеспечения высокой стабильности состава и однородности приготовляемой арболитовой смеси большое значение имеет точность дозирования компонентов и качество их перемешивания. Древесную дробленку необходимо дозировать объемно-весовым способом, при этом следует корректировать дозу с учетом насыпной плотности. Точность дозирования компонентов арболита в соответствии с СН 549—82 принята следующей: цемента по массе …….. ±2 древесной дробленки: по объему …….. ±5 по массе ……… ±3 воды по массе или объему ….. ±2 раствора ХД по массе и объему . . . ±2 Для установления объема дозатора его предварительно тарируют с учетом насыпной плотности заполнителя. С этой целью во время загрузки дозатора по циферблату фиксируют массу от-дозированного по объему материала и отбирают усредненную пробу объемом не менее 20 л, составленную из отдельных проб, отобранных во время заполнения дозатора. Проверяют насыпную плотность отобранной пробы. Объем дозатора определяют делением зафиксированной массы заполнителя в дозаторе на насыпную плотность отобранной пробы по 20…25 навескам. Исходя из найденного таким образом объема дозатора Удоэ и принятого расхода древесной дробленки на 1 м³ арболита Ук устанавливают объем приготовленного замеса по формуле 7арб= ==Уцоз/Ук и рассчитывают расход отдельных материалов на замес. Воду и растворы ХД дозируют автоматическими объемными или весовыми дозаторами. При этом допускается добавки дозировать весовым дозатором для воды. При назначении дозировки воды и заполнителей следует учитывать влажность дробленки и вносить соответствующие поправки на расход воды и заполнителя, установленный по таблице объемно-весового дозирования. В табл. 3.21 приведен примерный расход материалов на один замес арболитовой смеси при разной влажности древесной дробленки. Таблица 3.21. Расход компонентов, кг, на один замес с учетом влажности дробленки

Примечания: 1. Раствор хлорида кальция ЮУо-ной концентрации с плотностью 1.084. 2. Плотность арболитовой смеси в уплотненном состоянии 970±20 кг/м³. Древесную дробленку со склада к месту дозирования можно транспортировать ленточными конвейерами, скиповыми устройствами, пневмотранспортом и другими средствами, исключающими ее загрязнение. Древесная дробленка в момент подачи на дозиро-вание должна иметь положительную температуру. В зимнее время допускается замачивать ее в воде, подогретой до 70 °С. Длительность замочки древесной дробленки назначается на основании результатов лабораторных испытаний и должна составлять не менее 15 мин. Необходимо соблюдать следующую последовательность загрузки смесителей составляющими арболитовой смеси: при предварительной замочке дробленки—древесная дробленка, цемент (раствор химических добавок подается в течение всей загрузки); при применении дробленки влажностью больше равновесной (относительная больше 30%)—древесная дробленка, растворы ХД, цемент, вода; вода может заменяться водным раствором химической добавки и должна подаваться по трубопроводу с регулируемой подачей через расходомер. Продолжительность перемешивания арболитовой смеси, считая с момента загрузки всех материалов в смеситель циклического действия и до начала ее выгрузки, определяется опытным путем и должна быть не менее 3 мин. Поданная к месту укладки арболитовая смесь должна иметь: жесткость 20…45 с по техническому вискозиметру или подвижность не менее 2 см по осадке конуса; требуемую плотность в уплотненном состоянии с отклонениями не более ±5%; показатель расслоения не более 10%; показатель отделимости цементного теста в пределах 20…30 с; температуру в пределах Ю…ЗО°С. От смесителя к месту укладки она должна транспортироваться бетонораздатчиками или другими транспортными средствами, исключающими расслаивание смеси и потерю ее составляющих. Исследования ЦНИИЭПсельстроя и производственные испытания подтвердили целесообразность совместного введения воды и ХД непосредственно в смеситель при влажности заполнителя выше 30%. Такой способ позволяет точно дозировать воду и добавки, равномерно распределять их в бетонной смеси, что способствует улучшению физико-механических свойств арболита. При этом влажность заполнителя должна регулярно контролироваться лабораторией завода. Схема узла приготовления арболитовой смеси и введения ХД (рис. 3.7), разработанная в ЦНИИЭПсельстрое, внедрена в цехе арболитовых изделий в г. Гори на ДОЗе объединения Грузсельстройдеталь. Дозаторы, обеспечивающие периодическую или непрерывную подачу материала (компонентов) в заданных по объему или массе количествах, могут быть с ручным, дистанционным или автоматическим управлением. Объемные дозаторы по сравнению с весовыми проще по конструкции, но при дозировании сыпучих материалов менее точны. В практике производства арболита объемным дозированием пользуются для дозирования древесного заполнителя, а в ряде случаев и добавок — химических растворов. Эти дозаторы из-за их дешевизны используют на предприятиях небольшой мощности—до 6…12 тыс. м³ изделий из арболита в год. Объемные дозаторы периодического действия для заполнителя представляют собой мерные емкости, а при замачивании дробленки — сетчатые контейнеры, снабженные специальными устройствами для облегчения загрузки и выгрузки материала. Древесный заполнитель при его замочке дозируют с помощью сетчатых объемных контейнеров (дозаторов) с открывающимся створчатым дном. Количество дробленки можно отмерять также объемно-весовыми дозаторами типов 2ДБПК-800 и 2ДБПК.-1600 конструкции ВНИИстройдормаша, применяемыми для пористых заполнителей. Для дозировки древесного заполнителя могут быть приспособлены также автоматические весовые дозаторы АВДЦ-425 и АВДЦ-1200М. Они же используются для дозировки минеральных заполнителей—песка и щебня для фактурных слоев. Дозировку цемента производят на автоматических весовых дозаторах типов АВДЦ-425 и АВДЦ-1200М (рис. 3.8). Автоматический дозатор АВДЦ-425 так же, как и дозатор для заполнителей, имеет циферблатный указатель с механизмами взвешивания и автоматического управления, бункер с затворами и пневмоци-линдрами для загрузки и разгрузки. Отличие заключается в том, что в весовой бункер можно подавать цемент М400 или М500 винтовыми питателями, сблокированными с затворами, управляемыми пневмоцилиндрами. Растворы ХД и воду дозируют мерным бачком, работающим по принципу перелива (при дозировании постоянного объема жидкости). Для дозирования переменного объема жидкости мерный бачок снабжается автоматическим дистанционным управлением. Автоматический дозатор для воды и жидких ХД с электродной системой управления обеспечивает дозирование от 2 до 198 л с интервалом 2 л (рис. 3.9). Для установления количества химических растворов и воды могут применяться плунжерные насосы-дозаторы типа НД (см. рис. 2.20 и табл. 2.29) и типа СБ, имеющие производительность 0,5…3, 1…6 и 2…12 мУч. Изменение производительности осуществляется за счет регулирования хода плунжеров. Дозирование воды может осуществляться дозаторами турбинного типа ДВК-40, которые могут работать в цикличном и непрерывном режиме. Для дозирования растворов ХД и воды в цехах большой производительности (12 тыс. м³ изделий из арболита в год и выше) применяют автоматические жидкостные дозаторы партерного типа ДЖ-100, ДЖ-200 и дозаторы для установок башенного типа АВД. В зависимости от мощности технологических линий дозаторы .могут быть подобраны из разных серий. Технические характери Таблица 3.22. Технические характеристики дозаторов серии ВДВ

Таблица 3.22. Технические характеристики дозаторов серии ВДВ

стики моделей автоматических дозаторов серий ВДБ и АВД представлены в табл. 3.22 и 3.23. Арболитовую смесь приготовляют в смесителях принудительного цикличного действия типов СБ-35 (С-773, рис. 3.10), СБ-62 (С-951), СБ-138, СБ-138А, или лопастных растворосмесителях типов С-209, СМ-290. Бетоносмеситель СБ-138А с объемом готового замеса 1000 л относится к стационарным и предназначен для приготовления жестких и подвижных бетонных смесей и строительных растворов. Рабочим органом бетоносмесителя является ротор со смесительными лопастями на нем. Донные смесительные лопасти крепятся к ротору подвижными держателями и снабжены пружинными амортизаторами. Частота вращения ротора 23 мин~¹. Встроенный редуктор снабжается шестеренчатым насосом для принудительного смазывания рабочих органов маслом. В целях увеличения объема загрузки компонентов в чаши и барабаны смесителей лопасти реконструируют. Необходимость реконструкции лопастей стандартных смесителей, предназначенных для бетонов на минеральных заполнителях, связана с небольшой насыпной массой древесного заполнителя и его подверженностью к сводообразованию, что существенно снижает качество перемешивания. Арболитовую смесь можно приготовлять и в растворосмеси-теле С-209 с частотой вращения 0,33 с-‘. Вместимость смесительного барабана по загрузке составляет 1500 л, производительность растворосмесителя—до 22 м^ч, мощность электродвигателя — 20 кВт. Производительность смесительных машин периодического действия определяется по фактическому объему одной порции замеса в литрах и числу замесов в час. Объем годового замеса зависит от объема барабана смесителя по загрузке, т. е. от суммарного объема загруженных в барабан сухих материалов и от того, насколько этот объем уменьшается при перемешивании вследствие заполнения мелкими частицами промежутков между крупными. Степень уменьшения объема смеси характеризуется коэффициентом выхода Кв, или отношением объема готового замеса бетонной или растворной смеси Уз к вместимости барабана или чаши смесителя по загрузке Уб: К. = У.,/У,-,. Коэффициент выхода смеси зависит от гранулометрического состава ее компонентов: для бетонных смесей Яв=0,65…0,7, для растворных Лв== 0,85. ..0,95, для арболита Лв== 0,35…0,45 (в зависимости от фракционного состава целлюлозного заполнителя). Объем готового замеса Vз==^Св^^/б. Число замесов в 1 ч определяют по формуле га = 3600/<ц, где /ц—время цикла, т. е. суммарное время, затрачиваемое на загрузку, перемешивание и выгрузку одной порции, с. Продолжительность загрузки скиповым ковшом составляет 15…20 с, из сборной воронки—10…15 с. Пластичную бетонную смесь перемешивают 60…150 с, жесткую—до 240 с, перемешивание растворной смеси продолжается 120…150 с, арболитовой смеси— 180…360 с в зависимости от вида заполнителя. Разгрузка длится 30…50 с. Производительность П, м^ч», смесительных машин периодического действия определяют по формуле П = УаК»п/\000.

3.4.3. Формование и твердение арболитовых изделий и конструкций

Важнейшим из технологических факторов, влияющих на физико-механические свойства арболита и экономические показатели его производства, является способ формования и уплотнения. От него, прежде всею, зависит макро- и микроструктура материала, средняя плотность, тепло- и звукопроводность, влагостойкость и т. д. На большинстве технологических линий арболитовые конструкции и изделия формуются в стальных формах. Для заполнения форм могут быть рекомендованы двухбункерные бетоно-укладчики, например типа СМЖ.-166А. При укладке массы необходимо равномерно распределять ее по всей площади формы вровень с бортами или в уровень с насадкой. Из-за упругости арболитовой смеси высоту бортоснастки формы выбирают с учетом коэффициента уплотнения смеси или определяют по формуле Яф=Мизд, (1) где Лф— высота бортоснастки формы, см; К.у — коэффициент уплотнения; йкзд — проектная толщина изделия, см. Коэффициент уплотнения назначается в зависимости от требуемой средней плотности арболита и составляет 1,2…1,6. Для арболита со средней плотностью 700 кг/м³ при использовании дробленки хвойных пород /<у=1,3…1,5. Уплотнение арболитовой смеси для получения изделия требуемой средней плотности—ответственная технологическая опе-. рация. Для нее не характерны общие закономерности, присущие бетонным смесям на минеральных заполнителях. Обычная вибрация в этом случае малоэффективна (из-за низких гравитационных и упругих свойств арболитовой смеси), а прессование приводит к тому, что после снятия нагрузки происходит распрессов-ка упругой смеси и нарушение уплотненной структуры. Такие особенности арболитовой смеси объясняются свойствами древесного заполнителя—легкого, упругого, пористого материала, энергично поглощающего влагу в смесителе в процессе приготовления смеси, в результате чего смесь получается малоподвижной даже при больших расходах воды. Поэтому на практике приходится поддерживать значения В/Ц== 1,1…1,3, а в случае получения теплоизоляционного арболита на основе костры льна и конопли—В/Ц ==2,2. Рассмотренные свойства арболитовой смеси обусловили необходимость разработки новых эффективных способов уплотнения материала. В нашей стране и за рубежом появились различные методы уплотнения: уплотнение в горизонтальных или вертикальных формах ручными или механическими трамбовками, прессование в горизонтальных или вертикальных формах. Однако эти способы трудоемки, имеют низкий уровень механизации, поэтому для индустриального строительства не могут быть рекомендованы. Современными механизированными способами уплотнения арболитовой смеси, успешно используемыми в настоящее время, являются: циклическое прессование или вибропрессование, вибросиловой прокат, послойное уплотнение, вибрирование на виброплощадках и вибрирование с пригрузом. Способ прессования. Принципиальная схема производства изделий из арболита методом горизонтального прессования приведена на рис. 3.11. Формовочная технологическая линия представляет собой тележечный конвейер с приводом и тележкой, на которой находится форма. Тележка с помощью привода устанавливается под бункером для раствора и арболита. На этом посту в форму укладывают последовательно нижний слой фактурного раствора, арболитовую смесь и верхний слой раствора. Затем тележка с формой, в которой изделие зафиксировано съемной крышкой, перемещается на пост уплотнения, оснащенный вибропрессом, откуда по завершении уплотнения перемещается на пост выдержки. Изделие в форме снимается, и на тележку устанавливается другая форма. После этого цикл повторяется. При прессовании обеспечиваются проектные размеры изделия и получение арболита высокого класса (В2,5 и выше), однако требуется применение достаточно сложных процессов. Производство характеризуется высокой металлоемкостью, особенно при формовании крупных панелей из арболита. Разновидностью способа циклического прессования является циклическое многократное сжатие [41, 45]. Смесь уплотняется в форме со сменными поддонами, закрепленной на конвейере. Уплотнение гидравлическим прессом происходит под давлением 0,5…0,9 МПа в зависимости от требуемой средней плотности изделий. Прессование производится путем многократного сжатия уплотняемой массы, что позволяет в значительной степени преодолеть распрессовку изделия и произвести его немедленную распалубку. Число циклов сжатия и сброса давления и продолжительность интервалов для протекания релаксационных процессов подбираются в зависимости от вида и фракции целлюлозосо-держащего заполнителя и толщины формуемого изделия. Для смеси из древесной дробленки при толщине изделия 200 мм необходимо 3 цикла: сжатие, выдержка 30 с, сброс давления до нуля, выдержка 30 с и т. д. При рассматриваемом способе прессования изделия получаются высокого качества, несколько снижается металлоемкость опалубки, но требуется, как и в других способах прессования, мощное прессовое оборудование. Способ силового вибропроката. Впервые применен в 1967 г. в Гузерипльском леспромхозе Адыгейской авт. обл. по проекту Гипролеспрома и ЦНИИМЭ. Сейчас конвейерная линия модернизирована (ПД-3) и действует в поселке Октябрьский Архангельской обл. на Октябрьском ДСК. Такие линии используются на предприятиях Минлесбумпрома СССР. Упрощенный вариант формовочной технологической линии имеет один вибровалок диаметром 800 мм для уплотнения арболитовой смеси. В состав формовочной конвейерной линии ПД-3 (рис. 3.12) входят роликовый конвейер с приводными и натяжными станциями, бункер-укладчик нижнего цементно-песчаного фактурного раствора; самоходный бункер-укладчик арболитовой смеси; виброплощадка, расположенная под бункером-укладчиком арболитовой смеси; укатывающий ролик или вибровалок; вибропрокатная гусеничная секция; вспомогательное подъемно-транспортное оборудование. Формование изделий осуществляется в стальных формах (рис. 3.13), передний и задний борта которых имеют высоту, соответствующую толщине изделия, высоту боковых бортов принимают с учетом коэффициента уплотнения. Процесс формования изделий на линии осуществляется следующим образом. Смазанные формы с уложенной в них арматурой подаются с помощью кран-балки на приемный рольганг для укладки нижнего фактурного слоя из цементно-песчаного раствора. После укладки и разравнивания раствора форма движется на виброплощадку под самоходный арболитоукладчик. В нижней его части имеется разравнивающее устройство, состоящее из скребка и свободно вращающегося валика диаметром 250, длиной 1180 мм. В процессе движения арболитоукладчика над формой валик разравнивает насыпаемую смесь и частично уплотняет ее, снижая насыпную высоту, затем укладывается фактурный отделочный слой. После укладки и разравнивания фактурного раствора и ар-болитовой смеси заполненная форма подвергается вибрации на виброплощадке в течение 30 с, а затем по рольгангу с помощью цепного механизма подается под калибрующий валик, подвешенный на пружинах и совершающий вибрацию в вертикальной плоскости. Вибрирующий валик укатывает и сжимает смесь по всей ширине изделия в условиях воздействия двусторонней вибрации с вертикально направленными колебаниями, поскольку движущаяся форма с изделием располагается на подпружинном упругом рольганге. После проработки вибрирующим валиком форма с изделием передается на вибропрокатную секцию. Основной агрегат этой секции—гусеничная лента, которая входит внутрь формы и производит плавное, постепенное сжатие и доуплотнение арболито-вой смеси под давлением не менее 0,15 МПа в течение 2,5…4 мин при скорости проката 0,67…1,64 м/мин. В результате этой операции снижаются упругие деформации смеси, уменьшается рас-прессовка изделия до требуемых допусков, фиксация верхней поверхности после проката не требуется. Для регулирования уплотняющего усилия и плавного перехода ленты через торцевые борта и перегородки форм нажимные валики оборудуются специальным контрольно-амортизирующим устройством. Вибрирующий валик и нажимные валики прокатной секции устанавливаются после проверки высоты торцевых бортов. Формование изделия данным способом чрезвычайно сложно, осуществляется оно в три стадии, требующие сложную регулировку, от которой зависит качество изделий. Опыт эксплуатации линии ПД-3 выявил необходимость ее совершенствования в направлении упрощения оборудования, уменьшения его массы, снижения трудоемкости изготовления, повышения эффективности уплотнения арболитовой смеси при изготовлении конструкционных изделий повышенной толщины (6 >200 мм). Способ вибропрессования. Разработан ЦНИИМЭ и внедрен впервые в Шеманихинском леспромхозе Горьковской обл. (рис. 3.14). По такому способу в модернизированном исполнении работают две линии формования арболитовых конструкций в Оят-ской сплавной конторе Ленинградской обл. (линии ЛВ-24М и ЛВ-125М). Изготовление арболитовых изделий осуществляется в стальных формах с фиксирующими крышками. Форма с уложенными фактурными слоями и арболитом, арматурой и закладными деталями накрывается фиксирующейся крышкой и подается на тележке в вибропрессовальную установку. Под действием вибрации и сжатия гидродомкратов крышка утапливается в форму, уплотняя смесь, и защелкивается. Изделие в форме с зафиксированной крышкой выдерживается в отапливаемом цехе до достижения распалубочной прочности. На формовочной линии ЛВ-24 (ЛВ-24М) возможно изготовление изделий размером до 3,6Х1,5Х0,3 м. Производительность ее при производстве неофактуренных изделий размером 3Х1,2Х Х0,25 м при двухсменной работе составляет 12 тыс. м³ в год. Давление при формовании—до 0,2 МПа. Получают изделия из арболита классов В2 и В2,5. На экспериментальной формовочной линии ЛВ-125М возможно изготовление изделий размером до 7,2х1,5х0,3 м. Проектная производительность линии при двухсменной работе 24 тыс. м³ в год. Как на линии ЛВ-24, так и на ЛВ-125М в процессе формования форма с изделием совершает возвратно-поступательное движение для укладки фактурных слоев и арболитовой смеси. На линии ЛВ-125М при давлении прессования 0,2 МПа получаются изделия из арболита классов В2 и В2,5. По этому же принципу действует формовочная технологическая линия ЛВ-129, производительность которой по проекту при двухсменной работе составляет 24 тыс. м³ в год. Линия работает также при расчетном давлении до 0,2 МПа. В отличие от предыдущих типов линий в ней предусмотрен конвейерный способ производства. Недостатками рассмотренных формовочных линий являются сложность эксплуатации оборудования, неравномерная укладка верхнего фактурного слоя, необходимость применения форм с фиксирующими крышками (большой расход металла, поскольку для сдерживания давления распрессовки упругой арболитовой смеси, находящейся в напряженно-сжатом состоянии, необходима большая жесткость форм и крышек), а также невысокая надежность, так как гидравлические домкраты при работе вибро-пригруза находятся под вибрацией, что снижает срок их службы. Перечисленные недостатки препятствуют широкому внедрению этого способа. С учетом достоинств и недостатков формовочных линий ПД-3, ЛВ-125 и ЛВ-129 разработана технологическая линия роликового вибропроката с формовочным агрегатом ЛВ-64 (рис. 3.15). Технология работы линии ЛВ-64 следующая: форма с уложенной арматурой и закладными деталями устанавливается на конвейере и перемещается под укладчик нижнего слоя цементно-песчаного раствора. На следующем посту, когда форма располагается под арболитоукладчиком, производится вибрация, в результате которой раствор растекается по днищу формы ровным слоем. После этого форма заполняется арболитовой смесью. Смесь укладывается и первоначально уплотняется вибрацией вровень с бортами формы. Затем форма перемещается по конвейеру на следующий пост, где установлен вибротрамбующий агрегат. Он уплотняет смесь в процессе движения формы на заданную величину ниже уровня ее бортов. Далее форма перемещается под укладчик верхнего слоя цементно-песчаного раствора. На следующем посту верхний слой раствора с помощью заглаживающего устройства выравнивается до уровня верха бортов формы. На участке между постом заглаживания раствора и прессом форма закрывается крышкой. С помощью пресса крышка вдавливается и фиксируется специальными замками. Сформированный пакет с зафиксированной крышкой снимается с конвейера и переносится на пост вызревания и твердения. Уплотнение арболитовой смеси при этом способе осуществляется в три стадии. На первой стадии уплотнение происходит при укладке нижнего слоя раствора и арболитовой массы при помощи вибрации, на второй—с помощью вибропрокатного агрегата методом роликового вибропроката (основное уплотнение), на третьей—с помощью пресса (в форму с изделием впрессовывается крышка, которая, дополнительно уплотняя арболитовую массу и верхний слой изделия, фиксирует изделие от распрессов-ки и обеспечивает получение требуемых геометрических размеров по толщине изделия). Вибропрокат на линии, оснащенной агрегатом ЛВ-64 (рис. 3.16) может осуществляться с четырьмя скоростями: 0,64; 0,87; 1,04 и 1,67 м/мин. Однако прочность на сжатие изделий, изготовляемых на такой линии, невысока. Поэтому для получения изделий из арболита класса В2 и выше смесь необходимо доуплотнять в прокатной секции, т. е. дополнить линию вибропрокатной секцией. Еще одним недостатком линий, оснащенных вибрирующим валком, является ограниченность ширины формуемого изделия длиной самого валка, что -затрудняет переход на новую номенклатуру. В ВНПО Союзнаучплитпром на базе описанных выше технологических линий разработаны комплекты оборудования производительностью 12 и 24 тыс. м³ в год арболитовых изделий длиной до 6 м. Способ послойного уплотнения. Освоен в 1979 г. на ЭДСК в г. Издешково Смоленской обл. С учетом имеющегося опыта Гип-ростроммашем совместно с Саратовским ПТПО «Сельстройма-териалы» Агропромстроя СССР и Проектным институтом № 2 Госстроя СССР разработан экспериментальный проект цеха по производству изделий из арболита мощностью 12 тыс. м³ в год с комплектом оборудования для изготовления крупных панелей. В состав цеха входят отделение приготовления древесного заполнителя, рубительное отделение, склады цемента и песка, ар-болитосмесительный узел, производственный корпус и склад готовой продукции. Подача арболитовой смеси и цементно-песчаного раствора из арболитосмесительного отделения в формовочное решается традиционными способами, применяемыми при производстве сборного железобетона. В рассматриваемом варианте компоновочного решения она осуществляется по бетоновозной эстакаде раздаточными бункерами СМЖ-2А. Смесь или раствор перегружаются в соответствующий бункер самоходного бетоноукладчика СМЖ-166А, перемещающегося по рельсовому пути. СМЖ-166А укладывает последовательно фактурный слой, затем арболитовую смесь, которую уплотняет формовочная машина СМЖ-506 (рис. 3.17). Форма образуется из очищенных и смазанных поддонов, установленных на основании формовочной установки, и постоянной бортоснастки, перемещающейся в вертикальном направлении. nike air max 95 Изделия формуют на поддоне, который остается во время формования неподвижным на опорах-стойках. Подвижная опалубка поднимается вверх на 1,5…2 см и в образующуюся из нее и поддона форму укладывается нижний фактурный слой (на который при необходимости укладывается плоская металлическая арматурная сетка). Формовочная машина СМЖ-506’при ревер-сном проходе разравнивает и уплотняет фактурный слой. Затем подвижная опалубка (борта) поднимается еще на 5…7 см и бе-тоноукладчиком СМЖ-166А укладывается вровень с бортами слой арболитовой смеси. После этого опалубка опускается вниз на величину уплотнения смеси, осуществляется «укатка» образующейся «горбушки» за 2…4 прохода формующей машины. Процесс продолжается до набора требуемой толщины изделия. Последним укладывается верхний фактурный слой, который также укатывается. После завершения формования подвижная опалубка опускается вниз, открывая изделие и поддон. Изделие на поддоне передается на пост термообработки, после чего направляется на склад для набора отпускной прочности. Рассмотренная технология формования и уплотнения позволяет получить крупноразмерные арболитовые изделия, однако имеет и ряд недостатков: изделия можно армировать только плоскими сетками; верхняя сетка не фиксируется и, как показывает опыт, «всплывает»; сложна установка закладных деталей; затруднительно в процессе формования устройство пазов, что при монтаже панелей создает трудности при заделке вертикальных стыков. При незначительном нарушении технологического режима не исключено расслаивание изделий в процессе эксплуатации; затруднительно применение жесткой смеси, получение однородного по толщине и плотности фактурного слоя из цементно-песчаного раствора, монтажные петли после формования необходимо освобождать от арболита. Кроме того, при изменении номенклатуры выпускаемых изделий требуется довольно сложная и длительная переналадка формующего блока, да и процесс формования достаточно продолжителен, что ограничивает производительность установки. После модернизации и устранения этих недостатков такая линия может быть пригодна для выпуска ар-болитовых изделий толщиной 200…250 мм. Способ виброуплотнения (на вибростолах). Для организации высокомеханизированного конвейерного производства изделий из арболита необходимы такие способы, которые могли бы существенно повысить удобоукладываемость арболитовой смеси при формовании, сделать возможным уплотнение ее с помощью вибрации, т. е. традиционным способом, применяемым при формовании железобетонных изделий на минеральных заполнителях. В результате научно-исследовательских и экспериментальных работ, проведенных в НИИЖБе и других институтах, выявлена возможность получения арболитовых смесей, улучшающих при вибрировании такие свойства, как подвижность и удобоукладываемость. Это так называемые поризованные и легкоподвижные арболитовые смеси, модифицированные химическими и порооб-разующими добавками (пенообразующие и воздухововлекающие вещества). В результате поризации значительно упрощается процесс формования изделий, что позволяет отказаться от специального металлоемкого формовочного оборудования и использовать традиционное серийное оборудование, применяемое в производстве сборного железобетона. При поризации повышается однородность арболита по прочности при сжатии и средней плотности, увеличивается его морозостойкость, снижается теплопроводность. В качестве пенообразователей для поризованного арболита используются жидкостекольный пенообразователь или синтетические ПАВ, выпускаемые отечественной химической промышленностью в готовом виде. Введение технической пены способствует образованию в системе высокодисперсной эмульсии воздуха, устойчиво диспергированного в арболитовой смеси. В результате устраняется взаимное трение частиц арболитовой смеси и повышается ее связанность и однородность. В этом случае изделия из арболита для сельского крупнопанельного жилищного строительства могут изготовляться по агре-гатно-поточной, полуконвейерной и конвейерной технологии практически на одном и том же оборудовании. Гипростроммашем разработан комплект основного технологического оборудования для изготовления изделий из поризованного арболита (производительность 18 тыс. м³ в год). Комплект оборудования может меняться по составу машин в зависимости от принятого способа производства (агрегатно-поточный, полуконвейерный или конвейерный) и требуемой мощности. При производстве изделий из поризованного арболита на полуконвейерной линии мощностью 24,5 тыс. м³ в год с ямными камерами (рис. 3.18) формовочный цех размещается в технологическом пролете длиной 120 и шириной 18 м. Участок выдержки изделий представляет собой пролет, оборудованный подвесным краном длиной 90, шириной 18 м, высотой до крана 10,8 м. Производство поризованного арболита (опытДомодедовского завода, Московская область). В цехе размещена технологическая линия, состоящая из шестипостовой полуконвейерной линии с девятью напольными камерами тепловой обработки ямного типа. В состав полуконвейерной линии входят привод, передаточное устройство, бетонораздатчик СМЖ-166А, кантователь СМЖ-3507, подъемные рельсы СМЖ-458 и комплект форм. Работа на линии производится в следующей последовательности. Форма с изделиями из камеры тепловой обработки мостовым краном с помощью траверсы СМЖ-257А подается на пост № 1, где открываются борта, вынимаются вкладыши из изделия (без кантования). Затем форму с помощью привода перемещают на пост № 2, где изделия вынимают и кантуют. После съема форму чистят пневмоскребком и смазывают. Затем устанавливают вкладыши (проемообразователи), укладывают отделочный слой (плитка или фактурный состав), нижняя арматурная сетка, с помощью бетоноукладчика подается нижний слой цементно-песчаного раствора. Бетоноукладчиком СМЖ-166А форма заполняется арболитовой смесью, которая уплотняется на виброплощадке. Затем устанавливается верхняя арматурная сетка или пространственный каркас и укладывается верхний слой цемент-но-песчаного раствора. На посту № 5 с помощью поверхностного вибратора верхний фактурный слой доуплотняется, производится ручная затирка изделия. На посту № 6 форма очищается от бетона, изделия проходят технический контроль и подвергаются выдержке перед помещением в камеру тепловой обработки. С поста № 6 полуконвейерной линии форма с изделием с помощью мостового крана, оборудованного автоматическим захватом, переносится в камеру тепловой обработки. В каждую камеру на пакетировщиках устанавливается по шесть форм. Искусственное твердение изделий происходит при температуре не более 50 °С и относительной влажности 50…60% в течение 24 ч. Формы с изделиями, прошедшими тепловую обработку, из камеры подают на пост № 1 полуконвейерной линии. После распалубки изделия, требующие отделки, устанавливают в специальные стойки, изделия без отделки помещают в контейнер на участке выдержки. Фасадные поверхности наружных стеновых панелей отделывают керамической плиткой или декоративным бетоном с последующей отмывкой поверхности и обнажением крупного заполнителя. При отделке керамической плиткой скомплектованные по видам изделия ковры плитки доставляют в контейнерах к месту укладки. Ковры укладывают на поддон формы перед подачей нижнего растворного слоя. При отделке панелей декоративным бетоном с последующей отмывкой поверхности и обнажением крупного заполнителя приготовленный фактурный раствор с замедлителем твердения цемента в специальных емкостях доставляется к посту № 3 и наносится ,на поддон перед укладкой нижнего фактурного слоя. Обнажение заполнителя производится после тепловой обработки специально предусмотренным устройством СМЖ-239 методом смыва. Внутренняя поверхность изделий доводится с помощью шпаклевочной машины СО-21А или заточной машины СО-86. Поризованную арболитовую смесь и цементно-песчаный раствор приготовляют в арболитосмесительном отделении и раздаточными бункерами по эстакадам подают в бетоноукладчики. Для приготовления технической пены и растворов ХД в смесительном узле устанавливают дополнительное оборудование. Технологическая схема приготовления технической пены и растворов ХД, разработанная в ЦНИИЭПсельстрое, показана на рис. 3.19. Узел приготовления технической пены укомплектовывается рециркуляционным пеногенератором (рис. 3.20), на котором можно готовить техническую пену и жидкостекольный пенообразователь. Техническая пена может быть приготовлена также с помощью центробежных насосов консольного типа (4К.-6, 4К-8, 6К-6, 6К-8, 4НФ) и механических пеновзбивателей с лопастным валом, вращающимся с частотой 240 мин»‘. Приготовление технической пены сводится к разбавлению концентрата пенообразователя водой в расчетном соотношении. Синтетический пенообразователь со склада через дозатор подается в емкость, оборудованную системой трубопроводов для перемешивания водного раствора сжатым воздухом, автоматической системой поддержания температуры с точностью ±2°С при помощи паровых регистров и датчика температуры, а также датчиками контроля заданной концентрации или плотности. В случае применения стабилизатора пены в виде водного раствора стекла или электролитов материалы со складов через дозаторы подаются в емкость. Приготовленные емкости должны иметь, Слив в канализацию. Во избежание засорения посторонними примесями систему не реже одного раза в неделю необходимо тщательно промывать горячей водой, выходные отверстия у емкостей должны иметь защитные сетки. Для ускорения процессов растворения синтетических пенообразователей и жидкого стекла применяют воду, подогретую до 50…80°С. Для растворов ХД температура растворения выбирается в зависимости от вида добавки. Перед смешиванием растворы пенообразователя и ХД следует охладить до 15 °С. При отсутствии автоматической системы контроля концентрации или плотности растворов вода в емкости подается через дозаторы. Из емкостей растворы поступают в соответствующие расходные емкости, каждая из которых должна обеспечивать бесперебойную работу смесителей не менее чем в течение 1 ч. В расходных емкостях целесообразно устанавливать датчики уровня с соответствующей автоматикой. Поризация арболитовой смеси позволяет использовать для формования изделий стандартное оборудование. Однако при по-ризации арболитовой смеси изделия и конструкции приобретают стабильные структурно-механические свойства только при четком соблюдении технологического режима и стабильном по качеству древесном заполнителе, поэтому работе заводской лаборатории придается особо важное значение. Способ вибрирования с пригрузом. Разработан в ЦНИИЭП-сельстрое для формования стеновых панелей из арболита. На технологической линии, работающей по такому способу, можно формовать также мелкоштучные блоки (размером 400Х200Х Х200 мм, 500Х300Х250 мм и др.) и перегородочные плиты (размером 800Х400Х80 мм и др.). Такие линии изготавливаются Апрелевским экспериментальным заводом ЦНИИЭПсельстроя, внедрены па Горийском ДОЗе Грузагростроя, в нос. Майна Ульяновской обл., в г. Орле и др. Выпуск промышленной партии изделий на Горийском ДОЗе показал, что формующая установка при немедленной распалубке обеспечивает уплотнение арболитовой смеси и получение изделий с четкими гранями и допусками размеров, соответствующими требованиями ГОСТ 19222—84. Годовая проектная производительность формовочной линии—12 тыс. м³ стеновых панелей размером 2980Х1485Х200 мм (при двухсменной работе). Формовочная линия (рис. 3.21) состоит из виброуплотняю-щей установки (рис. nike air max 2017 pas cher 3.22), укомплектованной пригрузом и стандартной вибрационной площадкой СМ.Ж-200А, одной металлической формой с делительными вкладышами и комплектом щитовых поддонов, тросовым конвейером для перемещения формы, раздатчиками арболитовой смеси и раствора фактурного слоя. Приготовленная арболитовая смесь из смесителя выдается в бетонораздатчик, а затем — в движущуюся форму, в которую предварительно закладывается поддон. По мере продвижения формы смесь в ней разравнивается ровнителем скребкового типа. Заполненная форма для уплотнения тросовым конвейером перемещается в формовочную установку, где центрируется с помощью конусных направляющих на виброблоках вибрационной площадки под пригрузом. После опускания пригруза в форму на уплотняемую смесь включается вибрационная площадка, действующая в течение 3,5…4 мин. Затем пригруз поднимается с помощью пневмоци-линдров и форма перемещается на пост распалубки. Сформованная панель или мелкоштучные изделия на поддоне переносятся кран-балкой на пост твердения. При виброуплотнении с пригрузом частицы древесного заполнителя, перемещаясь относительно друг друга, занимают в структуре арболита положение, обеспечивающее наибольшую площадь контактных зон, при этом уменьшается величина распрессовки. При обычном же способе прессования арболитовой смеси для получения изделий идентичной плотности частицы древесного заполнителя в отдельных контактах сжимаются, вызывая упругие деформации, что ведет к распрессовке сформованного изделия и в конечном результате—к снижению прочности. Арболитовые стеновые панели и мелкоштучные блоки и перегородочные плиты, полученные способом вибрирования с пригрузом, имеют хороший товарный вид, высокую однородность структуры и хорошие физико-механические свойства. Достоинством способа виброуплотнения с пригрузом является возможность немедленной распалубки полученных арболитовых изделий. Это обеспечивает существенное снижение металлоем- Т а б л и ц а 3.24. Выбор способа уплотнения арболитовой смеси в зависимости от вида формуемых изделий

кости (на 120…150 т) по сравнению с действующими линиями аналогичной мощности за счет сокращения парка форм и массы формовочной установки. Масса такой формовочной линии 9 т, стоимость 20 тыс. руб. Выбор способа уплотнения арболитовой смеси определяется производительностью линии, типом изделий, свойствами формуемой смеси и может быть произведен с помощью табл. 3.24. В табл. 3.25 приведены усредненные данные по режиму уплотнения для арболитовой смеси (ГОСТ 19222—84). Показатели могут отклоняться в зависимости от подвижности смеси, что, в свою очередь, определяется видом применяемой добавки. При повышении подвижности смеси за счет воздухововлекающих добавок, пластификаторов и др. усилие прессования в несколько раз уменьшается, а коэффициент уплотнения увеличивается. Таблица 3.25. Режимы уплотнения арболитовой смеси

Аналогично влияет на усилие прессования и фракционный состав заполнителя: с уменьшением крупности заполнителя снижается усилие прессования и возрастает коэффициент уплотнения смеси. От расхода цемента усилие прессования и коэффициент уплотнения смеси зависят мало. Анализ отечественного и зарубежного опыта производства арболита позволяет сформулировать основные требования, которым должна удовлетворять эффективная технология получения этого материала: формование изделий должно производиться в горизонтальных формах, что позволяет получать изделия, офактуренные с двух сторон в процессе их изготовления; формование следует осуществлять в металлической матрице со сменными поддонами и бортовой оснасткой из деревянных брусков; это позволяет исключить из технологической схемы камеры тепловой обработки, последняя происходит за счет использования теплоты, образующейся в процессе гидратации цемента. Для уменьшения металлоемкости уплотняющего оборудования и полного отказа от прессового оборудования рекомендуется применять способ вибрирования с пригрузом или вибрирования при поризации арболитовой смеси. С целью снижения уровня шума виброплощадки рекомендуется заменять ударными установками с гашением удара. Известные способы формования арболитовых изделий требуют больших капиталовложений, значительных затрат на метал-лоформы, отличаются сложностью технологического оборудования. Поэтому при выборе способа формования должны быть учтены не только технические, но и экономические показатели. Твердение и тепловая обработка изделий из арболита. adidas zx flux femme Завершающим этапом технологического процесса является тепловая обработка и твердение изделий до набора отпускной прочности. Проведенные исследования не дают возможности рекомендовать интенсифицированные режимы термообработки. Попытка пропаривать арболит как обычный бетон привела к снижению прочности. Это объясняется тем, что при пропаривании в арболите возрастают внутренние напряжения за счет объемных деформаций заполнителя, которые нарушают целостность структуры материала, одновременно увеличивается выделение Сахаров из древесного заполнителя, что способствует «отравлению» цемента. Наилучшие результаты получены при низкотемпературной обработке арболита по мягким режимам: температура сушки 40…50°С и относительная влажность воздуха 70…80%. При таком режиме арболит приобретает распалубочную прочность через 18…20 ч. Однако прочность его при этом не превышает 25…40% марочной, а влажность остается в пределах 30…35%. Для дальнейшего набора прочности и снижения влажности до регламентируемых величин требуется дополнительная выдержка изделий на закрытом складе при 16…18°С не менее 7…14 дней. После этого изделия можно отправлять на склад с любым тем-пературно-влажностным режимом (естественное хранение, исключающее увлажнение). Твердение изделий — важная технологическая операция в производстве арболита, поэтому изучение процессов твердения и выбор оптимальных способов их ускорения имеют большое практическое значение. Нормальными условиями для твердения арболита считаются: температура 20±2°С и относительная влажность окружающего воздуха 70±10%. Арболит на цементе со средней активностью 40 МПа, изготовленный из клинкера с 50…56%, трехкальциевого силиката и умеренным количеством (до 8%) трехкальциевого алюмината, твердеет постепенно. Установлено, что прочность арболита с ХД при нормальных условиях твердения повышается, как и в обычном бетоне, приблизительно пропорционально логарифму времени: Кп= К2^ёп/\§28, где Кп—прочность арболита (предел прочности на сжатие) в любой срок, ЛШа; /?28—прочность арболита в возрасте 28 суток; 1@ п—десятичный логарифм возраста арболита, сутки. Эта формула применима только для обычного алитового портландцемента М400 и М500 и дает удовлетворительные результаты, начиная с п = 3. Нарастание прочности арболита на обычном алитовом портландцементе может быть охарактеризовано данными табл. 3.26. Таблица 3.26. Нарастание прочности арболита

Твердение арболита при температуре ниже 15 °С замедляется, а при температуре ниже 5°С практически прекращается. При повышенной температуре и достаточной относительной влажности твердение идет значительно быстрее, чем в нормальных условиях. Установлено, что во всех случаях наиболее эффективна тепловая обработка арболита при 40°С и относительной влажности воздуха 50…60%. Увеличение температуры прогрева свыше 40 °С приводит к снижению конечной прочности материала из-за деформативных свойств древесины и других целлюлозо-содержащих заполнителей. Для изделий и конструкций из арболита режим тепловой обработки должен обеспечивать не только требуемую отпускную и проектную прочность, но и отпускную влажность в изделиях, не превышающую заданную. Для снижения влажности изделий и конструкций их тепловую обработку необходимо производить в условиях, способствующих испарению влаги из арболита. Такой прогрев должен осуществляться при температуре не более 40 °С в камерах, оборудованных термоэлектронагревателями (ТЭНами), калориферами, инфракрасными излучателями или газовыми горелками, с устройством в них дополнительной вентиляции. Тепловая обработка изделий из арболита в среде насыщенного пара или паро-воздушной среде, а также на термоподдонах не допускается. При назначении общего цикла твердения изделий и конструкций из арболита следует учитывать вид древесного заполнителя и химических добавок, способ твердения, величину распалубоч-ной и отпускной прочности и длительность выдерживания изделий после тепловой обработки. Так, при твердении изделий и конструкций из арболита, изготовленных на портландцементе М400 и более, в естественных условиях при 18…25°С и относительной влажности воздуха 60…80% арболит приобретает прочность на сжатие 50% проектной через 3…5 суток, с использованием БТЦ—через 1…2 суток. При тепловой обработке изделий и конструкций из арболита в камерах при 40 °С и относительной влажности воздуха 50…60% длительность отдельных периодов должна назначаться исходя из следующих требований: продолжительность выдерживания отформованных изделий и конструкций до начала тепловой обработки должна быть не менее 12 ч; скорость подъема температуры среды в камере и скорость остывания изделий и конструкций после изотермического прогрева не должны превышать 10 град/ч; изотермический прогрев отформованных изделий и конструкций должен осуществляться при температуре теплоносителя не более 40 °С и его относительной влажности 50…60%. Общий цикл тепловой обработки при этих условиях не должен превышать 24 ч. При тепловой обработке изделий и конструкций из арболита, офактуренных с двух сторон цементно-песчаным раствором, в формах температура теплоносителя может быть повышена до 50…60°С. Тепловую обработку отформованных изделий из арболита электрической энергией (электротермообработку) следует осуществлять электропрогревом и электрообогревом. При электропрогреве используются электроды из металлических стержней и струн диаметром не менее 6 мм или из полос листовой стали шириной не менее 15 мм. Они прикрепляются на внутренних поверхностях форм, специальные щиты устанавливаются на открытой поверхности изделий. При электрообогреве применяют нагреватели инфракрасного излучения или низкотемпературные нагреватели (сетчатые, коаксиальные, ТЭНы). Предварительный разогрев смеси электроэнергией допускается до температуры 40°С. При электротермообработке изделий и конструкций из арболита при 50 °С материал приобретает прочность на сжатие 50% проектной через 23…24 ч тепловой обработки и последующего выдерживания без тепловой обработки при температуре не ниже 15°С в течение 1-2 суток. После набора арболитом прочности на сжатие, равной 50% проектной, но не менее 0,5 МПа, изделия и конструкции распа-лубливаются и выдерживаются в цехе при’ температуре не ниже 15°С в течение 5…6 суток, после чего их хранят на крытом складе готовой продукции. В зимних условиях изделия из арболита после распалубки следует хранить в закрытом помещении при температуре не ниже 15°С до приобретения ими проектной прочности. Для нормальной организации производства изделий и конструкций из арболита в зимнее время следует выполнять следующие мероприятия: заранее заготовлять древесные отходы в объеме, необходимом для работы в зимний период, с предварительной выдержкой этих отходов в летнее время; подогревать применяемые материалы (древесный заполнитель, песок, гравий и воду), для того чтобы они имели положительную температуру; для ускорения твердения производить тепловую обработку отформованных арболитовых изделий в специальных камерах или применять электрообработку с соблюдением установленных режимов; по возможности применять быстротвердеющие цементы высоких марок (БТЦ и ОБТЦ) для ускорения твердения изделий и сокращения сроков их выдержки; производить подогрев окружающего воздуха в отделениях твердения и выдерживать арбо-литовые изделия при температуре не менее 20…25°С. Автоклавная обработка, пропаривание и обработка постоянным током при производстве арболита и изделий из него не рекомендуются. Выдержка, отделка и хранение арболитовых изделий и конструкций. Арболит в изделиях достигает распалубочной прочности примерно через 3 суток. В случае применения быстротвер-деющего портландцемента или при прогреве изделий при 40…60°С продолжительность твердения сокращается до 1-2 суток. Поэтому крупноразмерные изделия, не рассчитанные на работу при изгибе, по достижении транспортабельной прочности следует поднимать и устанавливать в рабочее положение при помощи специальных траверс, кантователей и других устройств. После распалубки изделия осматривают. При осмотре их сортируют, выявляют брак и продукцию, требующую дополнительного ремонта. Годные изделия после внешнего осмотра техническим отделом предприятия маркируют штампом ОТК и отправляют на пост выдержки или отделку и комплектацию. Доводку и комплектацию изделий из арболита следует выполнять на специализированных отделочных постах или конвейерных линиях с применением механизированного инструмента. При этом производят мелкий ремонт поверхности и откосов, очистку закладных деталей и кромок от наплывов, навеску оконных и дверных створок или полную установку столярных изделий с заделкой мест их примыкания к арболиту, установку подоконников и сливов, а также отделку фасадной поверхности такими методами, как окраска специальными красками или эмалями, напыление декоративной крошкой и т. п. При отделке фасадной поверхности плиткой все смещенные, разбитые и заглубленные после мытья плитки следует заменять. Новые плитки укрепляют на цементно-песчаном растворе 1 : 2 с добавлением 5% ПВА или на полимерцементном клеевом составе на основе водной дисперсии полимера (ВДП). При подготовке фасадной поверхности под обработку красками и кремнийорганическими эмалями трещины заделывают полимерцементным клеем или цементно-песчаным раствором с ПВА. Раковины, поры, каверны и сколы на внутренней поверхности следует промывать водой и заделывать полимерцементным клеем или цементно-песчаным раствором с ПВА. При необходимости поверхность шпатлюют. Околы и раковины на торцах изделий необходимо ремонтировать так же, как внутренние поверхности. После ремонта торцы изделий покрывают клеями КН-2, К.Н-3 или герметиком 14 ТЭП-8. Столярные изделия (оконные и дверные блоки по ГОСТ 475—78*) устанавливают в собранном виде и укрепляют на мастике «Бутепрол», уложенной слоем толщиной не менее 5 мм. Зазоры между блоками и телом панели проконопачивают термоизоляционными материалами. Подоконные доски и сливы устанавливают на цементно-песчаном растворе или на герметике 14 ТЭП-8, после чего внутренние откосы затирают под рейку. При установке столярных изделий в процессе формования оконная или дверная коробка замоноличивается (створки или полотна предварительно снимают, устанавливают в конвейер и навешивают после тепловой обработки на соответствующую коробку). Перед формованием коробку столярных изделий с наружной стороны покрывают гидроизоляционным покрытием и надежно фиксируют с проемообразователем на поддоне. При за-моноличивании столярного изделия на формовочной линии рекомендуется устанавливать подоконники и окончательно отделывать внутренние откосы панелей. В случае установки столярных изделий, в том числе подоконных досок, в ограждающих конструкциях, находящихся в горизонтальном положении, внутренние откосы заливают быстросхва-тывающимся составом на основе ГЦПВ и керамзитового песка, проемообразователь вынимают через 10…15 мин. Твердение изделий и конструкций из арболита после распалубки особенно в осенне-зимний период должно осуществляться на постах выдержки. Для поддержания нужной температуры помещение, где происходит твердение (посты выдержки) изделий и конструкций должно быть отдалено от основной части цеха и снабжено нагревательными приборами и вентиляцией. Выдержка распалубленных изделий из арболита при температуре воздуха не ниже 18 °С и относительной влажности воздуха внутри помещения не выше 80% должна осуществляться в течение 5…6 суток до набора арболитом отпускной прочности. В зимний период срок выдержки определяется опытным путем и назначается с учетом достижения материалом в изделиях к моменту вывоза из цеха не менее 80% проектной прочности. После распалубки и выдержки в теплом помещении изделия вывозят на склад готовой продукции. Изделия из арболита хранят на специально оборудованных складах, рассортированными по видам, типоразмерам и маркам в условиях, не допускающих их увлажнение. Способы укладки изделий при хранении и транспортировании регламентируются стандартами или техническими условиями в зависимости от размеров, формы и назначения. При укладке изделий должна обеспечиваться их сохранность, а также возможность свободного доступа к каждому изделию для погрузки или монтажа. Теплоизоляционные изделия из арболита хранят в пакетах или штабелях. Каждое упаковочное место должно содержать изделия одной марки и одного размера. Изделия из конструкционно-теплоизоляционного арболита хранят в рабочем положении в специальных кассетах-стеллажах или в штабелях высотой не более 2 м установленными или уложенными на подкладках толщиной не менее 30 мм и шириной не менее 180 мм или на других опорах, обеспечивающих сохранность изделий. Подкладки под штабель следует располагать на линии подъемных петель и укладывать по плотному, тщательно выровненному основанию. Изделия на складе устанавливают или укладывают так, чтобы были видны их маркировочные знаки. Конструкции и изделия из теплоизоляционного арболита транспортируют в упакованном виде, преимущественно в контейнерах. Изделия из конструкционно-теплоизоляционного арболита перевозят в рабочем положении на панелевозах, железнодорожных платформах и других транспортных средствах, оборудованных специальными крепежными и опорными устройствами, обеспечивающими неподвижность и сохранность изделий (включая детали, выступающие из их плоскости). Подъем, погрузку и разгрузку изделий обычно производят за монтажные петли с применением специальных захватных устройств, предусмотренных проектом. При погрузке, перевозке, разгрузке и хранении арболитовых изделий необходимо соблюдать меры, исключающие возможность их механического повреждения и увлажнения. Нами установлено, что современные технологии обеспечивают получение арболитовых изделий заданной средней плотности, но не гарантируют при этом достижение требуемых прочностных показателей. Установлено, что основными факторами, определяющими прочность такого бетона, как арболит, являются: ад-гезионная прочность при сцеплении с цементным раствором отдельных частиц заполнителя и нормальные условия твердения цементного раствора. Органический целлюлозный заполнитель, деформируясь под воздействием переменной влажности в процессе твердения и сушки арболита, может нарушать целостность структуры цементного камня, а выделяемые экстрактивные вещества снижают адгезию и препятствуют нормальной гидратации цемента и замедляют процессы твердения. Поэтому повышения прочности и стойкости арболита к влагопеременным воздействиям можно достичь путем направленного структурообра-зования с учетом всех специфических особенностей древесного или другого органического целлюлозного заполнителя.

3.5. Специфические особенности технологии арболита на недревесном заполнителе

3.5.1. Королит

Этот материал разработан ЦНИИМОДом и представляет собой разновидность арболита. Получается из смеси отходов окорки, обработанных химическими веществами, цемента и воды. В ЦНИИМОДе изготовлен материал марок 25…35 со средней плотностью 750…800 кг/м³. Состав с,меси по расходу компонентов на 1 м³ уплотненной массы для получения конструктивно-теплоизоляционного материала следующий, кг: дробленая кора сухая— 300…320, портландцемент М400—380…420, «минерализатор»— 15,2…16,8, вода—420…460. Прочность королита при сжатии соответствует его марке и составляет 0,5…3,5 МПа при плотности в сухом состоянии 550…800 кг/м³. Предел прочности королита на растяжение при изгибе материала марки В2 составляет 0,5…0,7 МПа. Физико-механические свойства и теплотехнические характеристики королита в зависимости от плотности приведены в табл. 3.27. Таблица 3.27. Свойства королита

Увеличение теплопроводности королита при увлажнении на 1% (в пределах увлажнения до 20%) составляет около 0,0043 Вт/(м •°С). При строительстве зданий с применением королита необходимо защищать конструкции от увлажнения, применяя защитные фактурные растворы или водоотталкивающие покрытия. Максимальное водопоглощение королита в зависимости от средней плотности колеблется в пределах 70…110%, его морозостойкость—не менее 25 циклов. Работы по использованию отходов окорки для производства строительных материалов проводятся и за рубежом. По предложению Тора Оттенхольма (Швеция), частицы коры обрабатывают цементом и после выдержки и подсушки обработанного заполнителя приготовляют обычную бетонную смесь. Заттлер (ГДР) испытал несколько составов коробетонных смесей с обработкой заполнителя различными химическими веществами. По его мнению, лучшие результаты получаются при обработке заполнителя по шведскому способу, а также хлористым кальцием. Полученный в ГДР коробетон по свойствам близок к королиту. Кора несколько отличается от древесины, особенно содержанием водоэкстрактивных веществ. Установлено, что в коре ели содержится всего 10…13% водорастворимых веществ (в том числе Сахаров 0,2…0,4%), а в коре сосны—10…12% (в том числе Сахаров 0,2…0,3%). Среди этих веществ в коре большую долю занимают танниды. Исследования ЦНИИМОДа и Красноярского политехнического института показали, что танниды не оказывают отрицательного воздействия на прочность цементных систем, приготовленных с добавками дубильных веществ. Предполагается, что это происходит потому, что конденсированные танниды не растворяются в воде и слабых щелочах, а гидролизуемые танниды содержат галловые кислоты, обладающие вяжущими свойствами. «Отравляющее» действие на цемент оказывают легкорастворимые сахара. Во время сплава древесины, хранения ее с корой, а в дальнейшем при хранении коры отдельно от древесины часть Сахаров вымывается или окисляется на воздухе, что играет положительную роль при использовании отходов окорки в качестве заполнителя. При длительном хранении во влажност-ных условиях кора поражается плесневыми грибками, и материал получается непрочным, имеет гнилостный запах. В целях повышения биостойкости королита заполнитель обрабатывают 2%-ным раствором оксидифенолята натрия, что снижает прочность королита только на 5…8% по сравнению с контрольными образцами. Для нейтрализации действия Сахаров на цемент в королит, как и в арболит, вводится «минерализатор»—хлористый кальций. Установлено, что для приготовления королита в смесь необходимо добавлять 4…5% «минерализатора», особенно при использовании еловой коры, вместо 2% от массы цемента в обычном арболите. В этом случае материал получается более прочным. Фракционный состав заполнителя оказывает существенное влияние на свойства материала. Лучшие результаты по прочности и средней плотности получены у королита, изготовленного на заполнителе фракции 15/3, 10/2. Следует заметить, что до настоящего времени отходы окорки измельчали’ на дисковых ножевых корорубках, которые предназначались только для того, чтобы уменьшить размеры частиц коры без учета гранулометрического состава измельченного отхода производства. При измельчении на ножевых корорубках частицы заполнителя приобретают, как правило, пластинчатую форму. Исследования же показали, что лучше иметь заполнитель волокнистой структуры и более мелких фракций, чем получаемый на дисковых корорубках. Таким требованиям полностью отвечает сконструированная и построенная силами ЦНИИМОДа и ВНПОбумпрома вертикальная молотковая мельница модели МК для тонкого измельчения коры (рис. 3.23). Мельница обеспечивает получение частиц коры волокнистой структуры. Опыты показали, что образцы, изготовленные на заполнителе с такой структурой, имели лучшие прочностные показатели, особенно на растяжение при изгибе. Породный состав заполнителя из коры существенно влияет на качество королита. Так, королит на основе коры сосны и лиственницы более прочен, чем на основе коры ели. Это объясняется, по-видимому, тем, что кора ели содержит больше легкорастворимых Сахаров. Кора лиственных пород не исследовалась ввиду незначительного объема переработки этих пород по сравнению с хвойными. Важным технологическим фактором, определяющим свойства королита, является степень уплотнения смеси. Были исследованы параметры виброуплотнения королитовых смесей с пригрузом и прессования в гидравлических прессах (рис. 3.24). Установлено, что более высокие коэффициенты уплотнения можно получить прессованием. Однако при виброуплотнении с пригрузом получается достаточно плотный материал. Хорошие результаты получены при удельном давлении прессования 0,3…0,8 МПа и следующих параметрах виброуплотнения: пригруз—не менее 0,8 МПа; амплитуда колебаний—0,8…1,2 мм, время вибрирования—не более 1 мин (при длительном вибрировании смесь расслаивается). Для предотвращения разуплотнения смеси при значениях коэффициента уплотнения в пределах 1,6 и выше необходимо принимать меры к фиксации достигнутой толщины изделия запирающимися крышками. После формования для сокращения сроков выдержки изделий осуществляют термообработку. Как показали исследования, термообработка королита при 40 °С повышает прочность материала в суточном возрасте на 40…60%. Температурная обработка при более высоких температурах не оказывает положительного влияния на прочность королита в ранние сроки. Производство королита организовано на Шангальской лесо-базе в Архангельской обл. и на Красноярском лесоперевалочном комбинате. Технология производства этого материала следующая. Отходы окорки поступают на приемный склад предприятия, затем их измельчают на мельницах модели МК, сепарируют на виброгрохотах, антисептируют и через промежуточный склад направляют в бункер готового заполнителя линии, а потом через дозатор — в бетономешалку для приготовления смеси. Далее процесс аналогичен практикуемому в цехах, где изготавливается арболит: укладывают нижний фактурный слой; устанавливают арматуру и закладные детали; укладывают королитовую смесь и верхний фактурный слой; уплотняют смесь; изделия подвергают термообработке, распалубливают и направляют на склад. Для изготовления королита может применяться оборудование, используемое в цехах по производству арболита. ЦНИИМОДом еще в 1972 г. построен экспериментальный дом, где несущими конструкциями являются клееные деревянные балки, а ограждающими — королитовые панели и блоки. Температура воздуха во внутренних помещениях здания соответствует заданному уровню. Никаких повреждений конструкций за время эксплуатации здания не обнаружено. Применение королита в строительстве весьма эффективно и экономически оправданно, эффект только от производства королита в цехе мощностью 10 тыс. м³ изделий в год составляет около 70 тыс. руб.

3.5.2. Арболит на сечке камыша

Исследования, проведенные в Гипросельстрое показали, что наибольшую прочность имеет арболит, изготовленный на сечке камыша относительно крупной фракции—15…35 мм (мелкая фракция—7…15 мм, средняя—10…25 мм). Существенное влияние на прочность получаемого материала при одинаковой технологии уплотнения имеет способ обработки сечки камыша. Как видно из рис. 3.25, с увеличением срока кипячения сечки камыша в воде прочность арболитовых образцов растет. При 60-минутном кипячении сечки предел прочности на сжатие арбо-лита в 7-суточном возрасте составляет 0,17 МПа. Образцы же арболита, изготовленные на сечке, замоченной в воде в течение 6 ч при 15…20°С, в том же возрасте имеют прочность 0,3 МПа. Наибольшей прочностью (0,45 МПа) характеризуются образцы, изготовленные на сечке камыша, минерализованной совместной добавкой сульфата алюминия и извести. Использование в качестве минерализатора сечки камыша только сульфата алюминия или жидкого стекла в целях повышения прочности арболита, по данным НИИстройкамыша, неэффективно. Обработка же сечки последовательно растворами сульфата алюминия и извести повышает прочность арболита. Так, добавка жидкого стекла при последующем пропаривании арболита (в течение 16 ч при 90 °С) повышает прочность последнего до 1,5 МПа. Эти испытания проводились при расходах на 1 м³ арболита 200 кг сухой сечки и 300 кг портландцемента. Как показали исследования, предел прочности арболита при изгибе на сечке камыша равен или несколько выше прочности на сжатие. Зависимость средней плотности уплотненной смеси и коэффициента уплотнения от удельного давления прессования показана на рис. 3.26. Прочность арболита на сечке камыша ниже прочности арболита, полученного на древесной дробленке. Существенной причиной, объясняющей это, является низкая сцеп-ляемость сечки с цементным камнем из-за глянцевитости поверхности, кроме того, частицы (сечка) камыша при укладке и уплотнении смеси, имея плоскую «палочную» форму, укладываются плашмя параллельно плоскости формы, т. е. арболит имеет как бы слоистую структуру. Для изготовления на сечке камыша арболита классов В0,5— В1 (марок 5, 10 и 15) со средней плотностью 500…700 кг/м³ рекомендуется расходовать 180…200 кг сухой сечки, 280…350 кг цемента марки 400, 330…420 л воды и 8…40 кг ХД.

3.5.3. Арболит на гуза-пае

Технология арболита на измельченных стеблях хлопчатника (гуза-пая) разработана в Алма-Атинском НИИстромпроекте. Его опытно-экспериментальным предприятием выпущены и испытаны стеновые панели размером 3Х1,5Х0,2 м из этого материала. Марка изделий по пределу прочности при сжатии 1,5 МПа. Работы по совершенствованию технологии были продолжены в Алма-Атинском архитектурном институте. Выполненные исследования показали, что эффективным оборудованием для измельчения сухих и влажных стеблей хлопчатника является кормодробилка КДУ-2,0-1 «Украинка», у которой выходные решета с мелкими отверстиями (4…8 мм) заменены на решета с диаметром отверстий 15…28 мм. Полученный при этом заполнитель можно использовать без рассева для получения арболита класса В2,0. На твердение композита на основе портландцемента (арболита) неблагоприятное воздействие оказывают водорастворимые вещества гуза-паи. Поэтому из свежезаготовленной гуза-паи без предварительной обработки получить арболит высокой прочности затруднительно. Замачивание дробленки в течение 15 мин и удаление водной вытяжки улучшают показатель прочности материала. Однако такой обработки недостаточно для нейтрализации действия водорастворимых компонентов свежей гуза-паи, так как изделия, полученные на гуза-пае, выдержанной в течение 6 месяцев и более, и без применения предварительного замачивания имеют прочность в 2 раза выше. Замачивание выдержанной гуза-паи позволяет повысить прочность дополнительно на Ю…30%. Для изучения явления водорастворимых веществ гуза-паи на структурообразование портландцемента (гидратацию, в том числе и составляющих минералов) и его прочность были использованы водные вытяжки из ее дробленки 15-минутного, 3- и 24-часового настаивания. Исследования показали, что водорастворимые вещества гуза-паи влияют на структурообразование цементного теста подобно гидрофильным поверхностно-активным веществам, действуют как стабилизатор-пептизатор системы «цемент—вода», оказывая в начальный период положительное влияние на формирование структуры цементного камня. Однако при твердении образцов в воздушно-сухих условиях прочность цементного камня снижается. Поэтому для применения гуза-паи в композитах на основе портландцемента ее необходимо предварительно обработать. Исследования показали, что, начиная с одних суток твердения и до 6 месяцев, водорастворимые вещества снижают прочность цементного камня при твердении его в воздушно-сухих условиях. Причины снижения прочности и влияние водорастворимых веществ па компоненты, составляющие портландцемент, исследовались с использованием электронно-микроскопических, рентгено-структурных и дифференциально-термических анализов. Были проведены физико-химические исследования с минералом, затворенным дистиллированной водой, и приготовленным на ней фильтратом водорастворимых веществ гуза-паи 15-минутного замачивания. Полученные электронно-микроскопические снимки процесса кристаллизации СзА в воде и в присутствии водорастворимых веществ в те.чение 7 суток свидетельствовали о том, что при гидратации в первые 30 мин в обоих случаях образуются кристаллы в виде прозрачных пластин гексагональной формы с четкими гранями, формирующие агрегаты с признаками сдвигов по плоскости, и кристаллы округлой формы. Через 1 ч гидратации трехкальциевого алюмината в воде наблюдается рост и утолщение кристаллов гексагональной формы, а уже через сутки и далее образуется гидроалюминат СдАНе, кристаллизующийся в виде октаэдров, сцепленных по граням. В результате адсорбции водорастворимых веществ через 1 ч гидратации СзА нарушается четкость граней гексагональных пластин, что затрудняет определение формы кристаллов и состава гидратных новообразований. С целью изучения новообразований и их фазовых превращений в присутствии водорастворимых веществ проводился рентге-ноструктурный анализ процесса гидратации трехкальциевого алюмината, твердевшего в течение 3 месяцев. Он показал (рис. 27, а), что в отличие от продуктов гидратации минерала в воде негидратированный СзА (4,22; 4,06; 2,97; 2,69; 2,19; 1,90; 1.55А) и гидроалюминат состава СдАНе (4,43; 3,55; 3,14; 2,80; 2,45; 2,04; 1,74; 1,67А) —в присутствии водорастворимых веществ дополнительно имеется значительное количество гидроалюмината СзАНз (3,55; 2,84; 2,55; 2,45; 2,06; 1,63А) и возможно С4АН» (рис. 3.27, б). Наличие неустойчивых гидроалюминатов, состоящих из кристаллов гексагональной метастабильной формы, создает предпосылки для перекристаллизации их в стабильную кубическую форму в условиях уже сформировавшейся кристаллизационной . структуры, что приводит к необратимому ослаблению структурной прочности. Это может послужить одной из причин снижения прочности цементного камня в арболите. Поэтому применение высокоалюминатного цемента, содержащего повышенное количество трехкальциевого алюмината, не рекомендуется для приготовления арболита на гуза-пае. Дифференциальный термический анализ твердых фаз гидра-тированного трехкальциевого алюмината показал, что уже в начальные сроки гидратации (через 15 мин) в присутствии водорастворимых веществ, так же как и при гидратации в чистой воде, образуются гидроалюминаты СзАНв кубической модификации. Об этом свидетельствуют эндоэффекты при 320…400°С и 500…520°С. Отсутствие гидроалюминатов СзАНе на рентгенограммах в ранние сроки гидратации говорит о тонкодисперсном состоянии микрокристаллов новообразований, не улавливаемых при рентгеноструктурном анализе. Исследования подтвердили, что одной из причин снижения прочности цементного камня в арболите является замедление фазовых превращений гидроалюминатов в стабильную кубическую модификацию в результате адсорбционного модифицирования водорастворимых веществ гуза-паи, которые действуют на портландцемент как гидрофильные поверхностно-активные вещества. На полупромышленной линии опытно-экспериментального предприятия Алма-Атинского НИИстромпроекта были изготовлены стеновые панели размером ЗХ1.5Х0.2 м на дробленке из стеблей хлопчатника. В состав линии входило следующее оборудование: дробилка ДМ-1, ванна для замачивания заполнителя, сетчатые контейнеры, форма, установленная на виброплощадке, крышка-пуансон, пневмокамеры, смеситель ВР-500 вместимостью 0,5 м³ и виброплощадка СМЖ-187А. Формование панелей производили вибрированием в сочетании с одновременным прессованием под давлением 0,32 МПа из смесей на дробленых стеблях хлопчатника. Прессование осуществлялось с помощью пневмокамеры, снабженной компрессором типа ЗИФ-55. Вибрирование и подачу сжатого воздуха прекращали после достижения арболитовой смесью заданной толщины (0,2 м) формуемого изделия. Уплотнение фиксировалось замками поддона. После твердения в течение 1 суток арболитовую панель распалубливали и транспортировали на участок последующего ТВерДеНИЯ ДО ДОСТИжения ею нормальной прочпости. На этой же линии были получены опытные арболитовые изделия с применением рисовой лузги. Состав арболитовой смеси с использованием дроб-ленки из стеблей хлопчатника и рисовой лузги приведены в табл. 3.28. Испытания панелей из арболита с заполнителем из измельченной гуза-паи и рисовой лузги показали, что прочность таких панелей от 2,7 до. 5 раз превышает контрольные расчетные величины. При действии нормативной нагрузки жесткость панелей не превышает допустимой, т. е. прогиб меньше 15 мм, а отношение прогиба к расчетному пролету не больше 1/200. Это свидетельствует о том, что арболит, полученный на этих заполнителях, может использоваться для изготовления ограждающих конструкций. Для определения марки, а также деформационно-прочностных характеристик арболита были испытаны изготовленные одновременно с панелями кубы размером 15Х15Х15 см и призмы размером 15Х15Х60 см. Испытание показало, что отношение призменной прочности к кубиковой для арболита на основе дробленых стеблей хлопчатника и рисовой лузги соответственно равно 0,63 и 0,73 (табл. 3.29). Начальный модуль упругости арболита на основе дробленых стеблей хлопчатника вдвое превышает нормативные значения, а на основе рисовой лузги равен 680 МПа. Таблица 3.29. Прочностные характеристики арболита

Арболит на стеблях хлопчатника и рисовой лузге выдерживает не менее 35 циклов попеременного замораживания и оттаивания, что также удовлетворяет требованиям нормативов, предъявляемых к ограждающим конструкциям. Расчеты экономической эффективности показывают целесообразность производства изделий из арболита на указанных видах заполнителей.

Глава 4

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ АРБОЛИТА И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ЕГО ТВЕРДЕНИЯ

4.1. Теоретические основы разработки способов повышения прочности арболита

Рассмотрение арболита как крупнопористого композита с контактирующей структурой позволяет, основываясь на закономерностях образования искусственных строительных материалов [11, 14, 30, 35, 41, 44, 55,62,69, 71,80] и на выявленных в наших исследованиях специфических особенностей древесного заполнителя, влияющих на структурообразование, предложить способы повышения прочности арболита и его стойкости к влагоперемен-ным воздействиям. Однако влияние особенностей структурно-механических и технологических свойств древесного заполнителя на качество арболита изучено еще недостаточно, что затрудняет повышение эффективности использования вяжущего (недобор марочной прочности) и управление процессами структурообразо-вания арболита. Как показали наши исследования, специфическими особенностями древесного заполнителя являются: значительные и неодинаковые влажностные деформации с проявлением анизотропности не только в структурных направлениях, но и в пределах одного направления в годичных слоях ранней и поздней древесины (усушка и набухание для ели и сосны составляют от 0,1…0,3% вдоль волокна до 12% —в тангенциальном направлении; усушка ранней древесины равна 8,05%, поздней—11,26%); развитие значительного давления набухания, неодинакового как в радиальном и тангенциальном направлениях, так и в пределах годичного слоя ранней и поздней древесины (в радиальном направлении составляет 0,82…0,94 МПа, в тангенциальном— 1,44…2,05 МПа); для ранней древесины оно равно 1,68…4,47 МПа, т. е. его значения близки к пределу пластического течения древесного заполнителя и к пределу прочности арболита; повышенная шероховатость древесной дробленки, у которой высота отдельных гребней и впадин может достигать 800… 1600 мкм, что создает предпосылки для нарушения непрерывности прослойки цементного камня, имеющей толщину (при нормированных расходах портландцемента) от 54 до 365 мкм (нарушаются условия оптимальности структуры композита); низкая адгезия древесного заполнителя с цементным камнем, влияние на величину сцепления в плоскости контактной зоны содержания ранней и поздней древесины в силу того, что величина сцепления ранней древесины в 1,6…2 раза больше, чем у поздней; низкая когезия прочности прослоек из цементного камня, обусловленная присутствием древесного заполнителя, недостаточной податливостью прослоек под воздействием в контактных зонах объемной влажностной деформации и меняющегося на участке ранней и поздней древесины давления набухания; высокая полярность целлюлозы — основного компонента древесного заполнителя, обусловливающая выбор добавок для облагораживания древесного заполнителя при модификации цементного камня с возможно большей полярностью; проявление химической агрессивности древесного заполнителя при гидролизе и гидратации портландцемента (изучено в достаточной мере и в настоящей работе не рассматривается); упруговязкопластические свойства древесного заполнителя, выражающиеся в такой отрицательной форме, как деформация уплотнения смеси, распрессовка отформованного изделия после снятия приложенного давления уплотнения. Основу направленного структурообразования арболита с учетом специфических особенностей древесного заполнителя с целью повышения его качества могут составить следующие положения теории искусственных строительных композитов. Наибольшая прочность композитов достигается при оптимальной структуре, характеризующейся- равномерным распределением заполнителя по объему, наличием непрерывной прослойки в виде пространственной сетки каркаса вяжущего вещества и минимальным значением фазового отношения, что соответствует минимальной толщине пленки среды (вяжущего вещества), а также при обеспечении плотной упаковки твердой фазы — древесной дроб-ленки. Для оптимизации структуры арболита первостепенное значение имеют следующие факторы: упрочение цементного камня и повышение его растяжимости (приближение его деформатив-ности к влажностным деформациям анизотропного древесного заполнителя); повышение деформативной устойчивости (снижение влажностных деформаций и развиваемого давления набухания) древесного заполнителя; оптимизация качества древесного заполнителя за счет придания ему «изотропных» свойств путем изменения формы, что обеспечивает непрерывность прослойки цементного камня; повышение адгезии цементного камня с древесным заполнителем, а также повышение плотности арболита путем введения минеральных добавок и улучшения качества упаковки твердой фазы (заполнителя). В проведенных нами исследованиях [39, 41, 42, 44] рабочей гипотезой послужило предположение о том, что повышение прочности и стойкости арболита влагопеременным воздействием может быть достигнуто оптимизацией структуры путем направленного структурообразования следующими способами: облагораживанием древесного заполнителя (физическим или химическим путем), позволяющим снизить его влажностные деформации и давление набухания, а также увеличить сцепление с цементным камнем; введением в состав смеси некоторого количества высокомолекулярного соединения, повышающего эластичность прослойки— цементного камня, — компенсирующей объемные влажностные деформации древесного заполнителя деформациями эластичного каркаса (эластичных швов в контактных зонах структура-введением в состав смеси минеральной добавки, позволяющей путем омоноличивания ‘контактных зон упрочить каркас структуры и повысить прочность арболита; применением древесной дробленки оптимальной формы и размеров, улучшением уплотнения арболитовой смеси, что позволяет снизить отрицательное влияние редеформации (распрессовки) упругой арболитовой смеси при формовании изделий, заменить сжатие упругой смеси компактной упаковкой твердой фазы. Из теории искусственных строительных материалов известно выражение, аппроксимирующее прочность материалов: п /?* К* ^к = ( В / В*\» • ^что адекватно ^^» , 1″ц/~ЦУ где К — прочность материала; К* — прочность вяжущего оптимального состава; б — усредненная толщина пленки среды в вяжущем веществе; б* — усредненная толщина пленки среды в вяжущем оптимального состава; п— показатель степенной функции, зависящей от природы и характера зернистых компонентов смеси; В/Ц* — водоцементное отношение вяжущего оптимального состава. Известно, что снижение фазового соотношения для оптимальных структур, т. е. утоныпение усредненной пленки, может быть достигнуто повышением дисперсности применяемого вяжущего и другой твердой фазы (минеральных добавок), введением пластифицирующих добавок, улучшением режима перемешивания и уплотнения смеси и другими приемами. Показатель степени п может быть снижен путем повышения поверхностной активности (увеличения шероховатости зерен заполнителя до необходимого предела), а также увеличения адгезии на границе раздела поверхности «заполнитель—цементный камень». Как показали наши исследования, адгезионная прочность (сцепление древесного заполнителя с цементным камнем) и ко-гезионная прочность цементного камня (прослойки в структуре арболита) обусловливается степенью воздействия влажностных деформаций и давления набухания, зависящей от породы древесины, формы частиц и их удельной поверхности, а также шероховатости поверхности заполнителя. С учетом ряда специфических особенностей древесного заполнителя прочность арболита оптимальной структуры можно определить по предложенному нами эмпирическому выражению [41]: /?* = 15 [/••Ц/ДО,5—В/Ц)]», где К*—прочность арболита оптимальной структуры; 1,5 и 15—эмпирические коэффициенты; /•»—показатель сцепления (адгезионная прочность) древесного заполнителя с цементным камнем; Ц/Д — цементно-древесное отношение; В/Ц — водоцементное отношение; п — показатель степени (характеризует свойства древесного заполнителя; зависит от коэффициента формы частиц, их удельной поверхности, шероховатости, степени химической агрессивности и анизотропности древесной породы); для портландцементного арболита п == 0,82.. .0,98. Использование этого выражения позволяет с большей достоверностью прогнозировать прочность арболита подбираемого состава с учетом свойств конкретного древесного заполнителя. Теоретические изыскания и поисковые эксперименты позволили выбрать для детальной проверки наиболее эффективные способы обработки древесного заполнителя и облагораживания арбо-литовой смеси — введение в ее состав химических, минеральных и высокомолекулярных добавок.

4.2. Исследование адгезии и контактной зоны в структуре арболита

4.2.1. Исследование контактной зоны в структуре арболита

Так как степень отрицательного воздействия влажшэстных деформаций древесного заполнителя на прочность арболита во многом определяется сцеплением его с цементным камнем, то целесообразно изучение влияния этих факторов на прочностные характеристики арболита во взаимосвязи. При изучении контактной зоны мы исходили из предположения, что при нормированных расходах портландцемента (220… 390 кг на 1 м³ арболита) и большой удельной поверхности заполнителя, прочность арболита обеспечивается сцеплением цементного камня с древесным заполнителем, а защемление его растворной частью (цементным камнем) может быть практически минимальным. Для оценки структуры ДЦК типа арболита с заполнителем в форме пластинок толщина клеевой прослойки цементного камня — каркаса — имеет большее значение, чем в случае, когда форму заполнителя в бетоне можно считать приближенно шаровидной, так как контакт между такими зернами носит точечный характер. Поэтому при изучении контактной зоны нами сделана попытка определить расчетным путем толщину прослойки цементного камня в структуре арболита. Толщину прослойки цементного камдя в контактной зоне в структуре арболита приближенно (без учета проникания геля в поры древесины) можно определить с помощью предложенного нами эмпирического выражения [41, 42]: 6 = аЦК/(Д5удрц), где Ц и Д — соответственно расход цемента и древесной дробленки на 1 м³ арболита, кг; а—коэффициент, учитывающий технологические свойства ДЦК; рц — средняя плотность цемента, кг/м³; К — выход цементного теста нормальной густоты, части от единицы; 5уд — удельная поверхность древесной дробленки, м^кг. В наших исследованиях а, К, рц и 5уд имели следующие значения: а==1,25; К==0,5; рц=1198 кг/м³; 51уд=2,57 м^кг; 5гуд= =3,01 м^кг; 5зуд=3,45 м^кг; 54уд-==4,79 мУкг; 5зуд= 17,56 м^кг. Удельную поверхность древесных частиц 5уд заполнителя определяли по известной методике и по формуле, учитывающей поверхность кромок и торцов: ² Р м ‘ м ¹ ^ ⁵»=Т^-Г+-^-+-а-^• где р—средняя плотность древесины, г/см³; /, Ь, а—соответственно длина, ширина и толщина единичной частицы заполнителя, см. Расчетная толщина прослойки цементного камня в структуре арболита различных марок (ГОСТ 19222—84) при нормированном расходе портландцемента, регламентированном СН 549—82 (Инструкция по арболиту) по проектированию, изготовлению и применению конструкций и изделий, и при использовании древесного заполнителя с постоянной удельной поверхностью (4,79 м^кг), как видно из табл. 4.1 имеет близкие значения и зависит от Д/Ц (древесно-цементного) отношения. При Д/Ц== ==0,62…0,66 толщина прослойки цементного камня составляет Таблица 4.1. Влияние Д/Ц на толщину прослойки—цементного камня в структуре арболита различных классов (марок)

Примечание. Использовался древесньД заполнитель с постоянной удельной поверхностью Худ — 4,79 м^кг. 0,173…0,187 мм, а при Д/Ц=0,55…0,61 —0,188…0,209 мм. Исследования подтвердили правильность рекомендаций СН 549—82 по ориентировочному расходу компонентов для арболита всех марок при одинаковом заполнителе по породе и гранулометриче-скому составу. Проведенные эксперименты при одном и том же массовом составе арболитовой смеси на М35, но при разной удельной поверхности древесного заполнителя (от 17,56 до 2,57 м^кг), а следовательно, и разной толщине прослойки цементного камня в структуре показали, что прочность арболитовых образцов существенно различается (табл. 4.2). Таблица 4.2. Влияние 5 древесного заполнителя и толщины прослойки — цементного камня на предел прочности при сжатии арболита

Из экспериментальных данных, приведенных в таблице, следует, что при уменьшении удельной поверхности древесного заполнителя до некоторого предела прочность арболита растет. Снижение прочности при значительной крупности заполнителя (5уд===2,57 м^/кг) отчасти может быть объяснено влиянием больших влажностных деформаций, вызывающих развитие напряжений в контактных зонах в процессе твердения и сушки арболита, а при использовании мелкой фракции—значительным уменьшением толщины цементных прослоек в структуре (до 0,054 мм) из-за большой удельной поверхности заполнителя. Проведенные исследования обнаружили существенное влияние удельной поверхности древесного заполнителя на толщину клеевой прослойки (от 0,365 до 0,054 мм) и структурно-механические показатели арболита. Зависимость толщины клеевой прослойки цементного камня от удельной поверхности древесного заполнителя, ее влияние на предел прочности арболита при статическом сжатии представлена на рис. 4.1 и 4.2. Так, прочность арболита на заполнителе оптимальной фракции (5уд=3,01 м^кг) на 1,55 МПа превышает прочность арболита такого же состава на мелкой фракции (5уд= 17,56 м^кг), что составляет 42,8% марочной прочности М35. Толщина прослойки между отдельными частицами древесного заполнителя, установленная из предложенного нами выражения, и микроскопические исследования, осуществленные с помощью окулярного и объективного микроскопов, подтвердили предположение о том, что при нормированном расходе портландцемента растворная часть цементного теста расходуется только на проклейку частичек, а защемление их практически несущественно (рис. 4.3 и 4.4). Толщина прослойки цементного камня в структуре арболита для средней фракции с 5уд=3,45…4,79 м^кг составляет 0,19…0,27 мм. Для сравнения отметим, что в крупнопористых бетонах на минеральных заполнителях толщина прослойки в контактной зоне находится в пределах 1…2 мм, т. е. в 6…10 раз превышает аналогичную величину в структуре арболита. ^Удельная поверхность древесного заполнителя, н^кг Таким образом, в свете современных представлений арболит можно рассматривать как композит крупнопористой структуры с контактирующим заполнителем. Прочность и стойкость такого бетона в значительной степени обусловливаются силами сцепления между заполнителем и цементным камнем. Для изучения характера сцепления цементного камня с древесиной на микроскопическом уровне и проверки предположения, высказанного проф. И. А. Кириенко [41] при исследовании сцепления бетона с деревянной арматурой, о возможном проникании геля цемента в поры древесины нами исследовались кон-гактная зона модели типа I (две деревянные пластины с прослойкой цементного камня) и отколы арболита, а также микросрезы, полученные с помощью замораживающего микротома. Контактная зона (древесный заполнитель—цементный камень) изучалась с помощью растровой электронной микроскопии. Напыленные серебром (толщина слоя 150…200 А) образцы осматривали визуально при увеличении в 26…1300 раз, наиболее интересные участки фотографировали. В наших исследованиях энергия электронов падающего пучка на образец составила 20 кэВ при силе тока 10~¹⁰…10-¹¹ А, рабочий вакуум в камере для образца—1,333′ Ю-³ Н/м². На рис. 4,5, а, б отчетливо видна граница раздела древесины продольного разреза (клетки трахеид) и цементного камня. Характерной особенностью состояния адгезива—цементного камня является его рыхлая структура, чем можно объяснить когезионный характер разрушения структуры арболитовых образцов при их испытании. Микроскопические исследования, осуществленные с помощью окулярного и объективного микрометров, показали, что толщина прослойки цементного камня в отколах арболита при расходе портландцемента 360…390 кг на 1 м³ и при удельной поверхности древесного заполнителя 4,5…5 м^кг в среднем не превышает 0,2…0,3 мм; это подтверждает справедливость предложенного автором выражения для определения толщины б. При изучении проникания цементного геля (цементного камня) в древесину микросрезы на разном удалении от контактного слоя были получены с помощью замораживающего микротома модели «X», который позволил исключить выкрашивание из мик-ропор затвердевших частиц геля цементного камня. В проведенных экспериментах толщина срезаемых слоев древесного заполнителя—микросрезов не превышала 10…20 мкм. Как видно из рис. 4.6, а (поперечный срез ели), следы проникания цементного геля наблюдаются в клетках (трахеидах) в зоне ранней древесины. Для сравнения представлена микрофотография (рис. 4.6,6)), заимствованная у Н. Л. Коссович [16]. Преимущественное проникание цементного геля в трахеиды ранней древесины ели и сосны может быть объяснено ее анатомическим строением. Трахеиды ранней части древесины квадратные, пяти- или шестигранные по форме, имеют полости с размером в поперечнике около 30 мкм. В поздней части трахеиды округло-прямоугольные, с узкими полостями размером 10 мкм и стенками толщиной от 3,5 до 6,1 мкм. Длина трахеид достигает 2…3 мм. Микроскопическое изучение показало, что цементный камень (цементный гель) проникает на глубину 1…1.5 мм, т. е. на половину длины клеток трахеид. Это подтверждает участие механических сил сцепления в адгезии цементного камня с древесиной.

4.2.2. Исследование адгезии древесины с цементным камнем.

Методика изучения влияния различных факторов на адгезионную прочность системы «древесина — цементный камень» При изучении влияния различных факторов на адгезионную прочность системы «древесина — цементный камень» учитывалось, что адгезионные соединения, различающиеся только формой, могут существенно отличаться по адгезионной прочности, хотя молекулярная связь между адгезивом (цементный камень) и субстрактом (древесина) одинакова [83]. Поэтому в качестве моделей заполнителя в данных исследованиях принимали образцы-пластины размером 20Х20Х40 мм, которые по коэффициенту формы близки к используемым фракциям древесного заполнителя. В целях исключения разброса показателей все деревянные пластины — модели заполнителя — вырезали из одной доски радиального или тангенциального раскроя. Качество, точность обработки при изготовлении образцов и их отбор соответствовали требованиям ГОСТ 16483.0—78* и ГОСТ 16483.21—72*. С целью выявления влияния характера поверхности (шероховатости) модели древесного заполнителя на сцепление с цементным камнем использовали индикаторный глубиномер типа И402 для измерения шероховатости от 1600 до 800 мкм (1…3 классов) и микроскоп типа ТСП-4М для шероховатости от 320 до 60 мкм (5…8 классов), ГОСТ 15612—85 и ГОСТ 7016—82*. Максимальную высоту неровности (шероховатости) ,г?гтах определяли по формуле Аг тах ⁼⁼ ——— /\ /*)’ тах, где п — число измерений; //; тах — высота 1-й неровности, мкм. Таблица 4.3. Влияние толщины прослойки из цементного камня и шероховатости поверхности на адгезнонную прочность модели из еловых пластинок тангенциального среза

Экспериментально (табл. 4.3) была выявлена зависимость адгезионной прочности от толщины прослойки цементного камня и шероховатости поверхности (класса чистоты обработки) модели древесного заполнителя. При заданных условиях все образцы обрабатывали раствором СаСЬ; для строганых пластин наибольшая величина сцепления древесины с цементным камнем достигалась при толщине клеевой прослойки 0,3…0,4 мм. При толщине прослойки 0,4 мм у моделей со строгаными пластинами как величина сцепления с цементным камнем, так и предельная растяжимость оказались несколько большими, чем у моделей с колотыми пластинами (табл. 4.3). Для колотых образцов наибольшая величина сцепления достигается при толщине клеевой прослойки 0,6 мм. В более толстых прослойках, по-видимому, проявляются большие усадочные деформации. Как показали эксперименты, с ростом шероховатости поверхности адгезионная прочность сцепления древесины с цементным камнем увеличивается. Рост адгезионной прочности, вероятно, связан с появлением большого числа активных центров, увеличением истинной площади контакта и механическим сцеплением ворсинок и углублений, выполняющих функцию своеобразных шпонок и заклепок. Однако, когда шероховатость достигает некоторого предела (при высоте гребня больше 0,4 мм), в колотых образцах прочность сцепления снижается, видимо, из-за изменения сплошности клеевой прослойки вследствие внедрения в нее отдельных крупных гребней, т. е. нарушается одно из главных свойств оптимальной структуры. В дальнейшем при изучении возможности повышения адгези-онной прочности сцепления элементов моделей арболита во всех экспериментах толщина клеевой прослойки (цементного камня) для строганых пластин принималась 0,4 мм. Данные об адгезионном сцеплении древесины с цементным камнем, приведенные различными авторами [5, 17, 25, 29 (см. табл. 1.6)], различаются из-за отсутствия учета специфических особенностей анатомического строения пород древесины. В лабораторной и исследовательской практике отсутствует общепризнанная методика определения величины сцепления древесины с цементным камнем. Поэтому для установления закономерностей этого явления в структуре ДЦК нами были приняты две структурные модели (I и II типа) арболита, а в качестве модели заполнителя—взяты-деревянные пластины размером 40Х20Х20 и 39Х39Х20 мм. Первая модель арболита имитировала тощий бетон (две деревянные пластины размером 40Х20Х Х20 мм склеивались цементным тестом нормальной густоты), . вторая — жирный бетон (деревянная пластина размером 39Х Х39Х20 мм помещалась в середине формуемой призмы размером 40Х40Х160 мм из цементного теста нормальной густоты). Вторая модель заимствована с некоторыми изменениями, учитывающими специфические свойства древесины, у Н. П. adidas nmd Штейерта, исследовавшего адгезию минеральных заполнителей с цементным камнем. В качестве основного метода определения сцепления древесины с цементным камнем нами был принят механический метод. ; Образцы склеенных деревянных пластин и призмы с серединой » из деревянной пластины испытывались на растяжение (отрыв) | и изгиб. Исследовались взаимосвязанные процессы: сцепление, древесного заполнителя с цементным камнем, влажностные де-‘: формации древесного заполнителя и арболита, давление набухав ния при стесненных деформациях и их влияние на структурооб-] разование и прочность арболита. Для инструментального полу-] чения количественных значений воздействия взаимосвязанных] процессов с возможно большей достоверностью ставилась задача| по установлению соответствующих величин по возможности на-одном приборе. С этой целью с нашим участием в ЦНИИЭП-1 сельстрое был разработан и изготовлен универсальный измерив тельный прибор (рис. 4.7) с комплектом приспособлений, кото-1 рый позволил оценить следующие величины: | адгезии и сцепления древесины с цементным камнем (предел! прочности при растяжении двух пластин, проклеенных прослойкой из цементного теста); ‘, сцепления древесины с цементным камнем при изгибе (призма из цементного камня с помещенной в середине деревянной пластиной); ‘ сцепления древесины с цементным камнем при растяжении (призма из цементного камня с серединой из деревянной пластины) ; предельной растяжимости адгезионного соединения; стесненных влажностных (линейных) деформаций модели древесного заполнителя и арболита; развиваемого усилия набухания под воздействием стесненных влажностных деформаций модели древесного заполнителя; влажностных деформаций арболита в стесненных условиях; развиваемого усилия набухания арболита под воздействием стесненных влажностных деформаций. В предложенном нами приборе использовали динамометр ДПУ I класса, погрешность показаний не превышала ±1% предельного значения измеряемой силы. Методики различных видов испытаний образцов на универсальном измерительном приборе описаны в соответствующих разделах монографии. При изготовлении образцов (моделей) в целях предотвращения искажений результатов из-за неодинаковой толщины клеевой прослойки была принята следующая методика: на две испытуемые пластины шпателем накладывали избыток цементного теста нормальной густоты. Затем одну пластину помещали на другую, соблюдая одинаковое направление волокон. Подготовленные таким способом образцы укладывали в накопитель предложенной нами конструкции (рис. 4.8, а). После тщательного выравнивания граней пластины «штабель» нагружали грузом массой 8 кг (с усилием 0,05 МПа), который свободно перемещался в процессе объемных влажностных деформаций образцов. Под действием груза избыток цементного теста выдавливался, что обеспечивало одинаковую толщину клеевого шва (0,4 мм), близкую по значению к толщине швов уплотненной арболитовой смеси. В отдельных экспериментах толщина прослойки цементного теста регулировалась с помощью контрольных щупов разных толщин, а после испытания образца контролировалась микрометром. Образцы в накопителе выдерживали во влажных условиях под полиэтиленовым колпаком в течение 1, 3, 7, 14 и 28 суток, что предотвращало заветривание (рис. 4.8, б) до испытания на отрыв (растяжение при отрыве). Накопитель представляет собой пресс, состоящий из площадки /, стоек 2, направляющей пластины 3 и свободно перемещаемого груза 4. Такая конструкция накопителя с «плавающим» пригрузом обеспечила поддержание постоянным удельного давления во все сроки выдержки образцов. Принятая методика изготовления и хранения образцов позволила исключить искажение результатов от воздействия набухания (в первый период) и в дальнейшем от усушки образцов, которое могло иметь место при использовании фиксированных зажимов (струбцин) в ранее описанной методике. Образцы призм готовили по следующей методике. В середину формы помещали деревянную пластину и заполняли цементным тестом или цементным раствором. Призму уплотняли вибрированием в течение 0,5 мин на вибростоле при частоте колебаний 1500 в минуту и амплитуде 0,5 мм. В первые сутки испытания силы сцепления отформованной призмы и трение ее со стенками формы превышают силы сцепления твердеющего цементного камня с деревянной пластиной, в это время усадка призм из цементного теста значительна. Поэтому в целях предотвращения отрыва деревянной пластинки от твердеющего тела призмы образцы распалубливали через 24 ч и в дальнейшем хранили в вертикальном положении во влажных опилках до срока испытания. В аналогичных экспериментах, проведенных в ЦНИИМЭ, не удалось зарегистрировать приборами величину сцепления [17, с. 41], так как в образцах, хранившихся 14 суток в форме до рас-палубливания, по отмеченным выше причинам не исключалось частичное нарушение сцепления деревянной пластинки с телом призмы из цементного камня, что вело к резкому снижению ад-гезионной прочности. При исследовании адгезии древесины с цементным камнем изучалось влияние различных факторов на величину их сцепления, в том числе породы древесины, характера ее поверхности (колотые пластины типа дробленки, гладкие, строганые—типа стружки; пиленые), толщины прослойки цементного камня, способа химической и физической обработки, вида добавки в цементное тесто и влажности древесных образцов. Во всех исследованиях при изучении адгезионной прочности учитывались сформулированные нами в методике требования: характер поверхности, направление среза склеиваемых поверхностей (радиальный, тангенциальный срезы), направление волокон и площадь, занимаемая поздней древесиной на склеиваемых поверхностях пластин моделей, а также условия изготовления и хранения (под свободно перемещающимся пригрузом в накопителе), исключающие влияние на процессы формирования адге-зионного соединения влажностных деформаций. Испытание образцов моделей I и II типа осуществлялось на универсальном приборе (рис. 4.9, а, б и 4.10). В табл. 4.4 приведены результаты определения влияния различных факторов на значение отрывающего усилия, абсолютное значение деформации растяжения адгезионого соединения, адге-зионную прочность и вид разрушения модели (характер отрыва). Анализируя эти данные, можно отметить, что сопротивление отрыву у моделей тангенциального среза на 30…40% больше, чем у моделей радиального среза. Это может быть объяснено неодинаковой сцепляемостью с цементным камнем ранней и поздней древесины, а при одинаковой площади, занимаемой поздней древесиной,—более равномерным распределением ее на тангенциальном срезе. С увеличением площади поздней древесины на склеиваемых поверхностях моделей заполнителя наблюдается значительное снижение адгезионной прочности, что можно объяснить более низкой сцепляемостью этих участков с цементным камнем и возможностью развития значительных влажностных деформаций из-за повышенной плотности поздней древесины. При изучении характера отрыва адгезионного соединения моделей арболита (см. табл. 4.4) было обнаружено, что адгезион- Т а б л и ц а 4.4. Влияние различных факторов на характер адгезионного отрыва соединения

ная прочность моделей тангенциального среза древесины на склеиваемых поверхностях больше, чем у моделей той же породы радиального среза. Это может быть объяснено большим содержанием поздней древесины на поверхности пластин. Для моделей тангенциального среза склеиваемых поверхностей из разных пород древесины адгезионная прочность различна: у ели она выше, чем у сосны, вследствие разного содержания ранней и поздней древесины. Так, у ели площадь поздней древесины в тангенциальном срезе составляет 13%, а у сосны—30%. В большинстве моделей, испытанных на отрыв, на участках поздней древесины наблюдается адгезионный вид разрушения, тогда как на участках ранней древесины происходит смешанное, или когезионное (по древесине или цементному камню), разрушение. Поэтому получаемая адгезионная прочность при испытании моделей может быть принята как усредненная величина сцепления на участках ранней и поздней древесины. Таким образом, для получения сопоставимых результатов нельзя говорить об адгезионной прочности для композиции «древесина—цементный камень», не указав, какую площадь занимает поздняя древесина на склеиваемой поверхности и какова шероховатость поверхности. Как показали исследования (см. табл. 4.4), величина деформации растяжения при отрыве (до момента разрушения) пропорциональна отрывающему усилию. У моделей с тангенциальным срезом на склеиваемых поверхностях абсолютная величина деформации выше, чем с радиальным срезом, что может быть Та блица 4.5. Влияние вида модели на величину адгезионной прочности (удельное сцепление) древесины с цементным камнем

объяснено более однородным полем по числу активных адгезион-ных центров. Эксперименты показали (табл. 4.5), что адгезион-ная прочность на отрыв у моделей II типа на 22% превышала аналогичную величину у моделей I типа, а при модифицировании цементного теста поливинилацетатом (до 12% массы цемента)—на 24%. При испытании моделей II типа на растяжение при изгибе эти значения соответственно составляли 22,2 и 25,8% значений на отрыв (растяжение при отрыве). Понимание специфических особенностей сцепления композиции «древесина—цементный камень» помогает правильно ориентироваться при выборе способов повышения адгезионной прочности сцепления в структуре арболита.

4.2.3. Адгезия ранней и поздней древесины с цементным камнем

В качестве рабочей гипотезы нами выдвинуто предположение, что адгезионная прочность — сцепление разных участков древесины (ранней и поздней) с цементным камнем—носит неравномерный характер и разрушение (центры деструкции) адгезион-ных соединений в контактных зонах в структуре арболита возникает на участках поздней древесины, где возможны наибольшие влажностные деформации. Для определения влияния содержания в контактных зонах плоскостей склеивания неодинаковых по морфологическому строению участков ранней и поздней древесины на их сцепление с цементным камнем разработан следующий метод. Из древесины отдельных годичных слоев вырезали пластины или кубы с цельным слоем на грани ранней и поздней древесины. Изготовляли образцы трех видов с различными поверхностями сторон, обращенных к прослойке цементного теста: ранняя—ранняя, ранняя — поздняя, поздняя — поздняя. Образцы, проклеенные цементным тестом нормальной густоты, укладывали в накопитель под свободно перемещаемый пригруз, где они хранились до испытания. Во всех образцах площадь склеивания составляла 1 см². Склеенные образцы испытывали на разрыв на приборе ДШ-ЗМ-1 (рис. 4.11), предназначенном для определения прочности хлопкового и штапельного волокна. Результаты исследований показали, что адгезионная прочность для всех пород и видов обработки образцов с пластинами ранней древесины («ранняя—ранняя») больше, чем у образцов «поздняя—поздняя» и «ранняя—поздняя». Однако, если для сосны разница в величинах прочности составляет соответственно 35 и 76%, то для ели она всего 12 и 30%. Это можно объяснить тем, что морфологическое строение древесины ели отличается некоторыми особенностями из-за преобладания (87%) в ней однотипных клеток трахеид ранней древесины. Ель относится к породам с мягкой однородной древесиной. Из опубликованных данных видно (см. табл. 2.2), что деформа-тивность разных участков хвойных пород неодинакова. Это дает основание предположить, что в контактных зонах структуры ар-болита на участках поздней древесины могут наблюдаться гораздо большие влажностные деформации, чем на участках ранней древесины. Наименьшая разность таких деформаций характерна для древесины ели. Предпочтение, которое отдавали древесине ели при производстве арболита и других древесно-цементных материалов, объяснялось ранее меньшим содержанием в ней легкогидролизуемых веществ. Наши исследования показали, что заполнитель из ели имеет еще и то преимущество, что величина его сцепления с цементным камнем выше, чем у других пород древесины, и в процессе твердения и сушки арболита в контактных зонах его структуры образуются меньшие влажностные деформации вследствие более высокой, чем у других пород, однородности структуры. Исследования адгезионной прочности модели I типа свидетельствуют (рис. 4.12), что характер разрушения на участках с неодинаковым анатомическим строением (ранней и поздней древесины) различен. Это особенно четко прослеживается при испытании на отрыв модели II типа (цементной балочки с помещенной в середину пластиной из древесины сосны, рис. 4.13). На участках ранней древесины преобладает смешанное разрушение, а на участках поздней древесины—адгезионное. Такой характер разрушения объяснен нами особенностями морфологического строения древесины сосны. В годичных слоях ее четко различаются ранняя и поздняя древесина; широкополостные и относительно тонкостенные трахеиды (клетки) ранней части более приспособлены к водопроводящей функции, чем узкополостные и относительно толстостенные трахеиды поздней части. Участки поздней древесины имеют значительно большую плотность, чем ранней [16], и, как показали наши исследования, характеризуются более низким значением сцепления с цементным камнем, тогда как на участках ранней древесины преобладает смешанный характер разрушения, что указывает на большую величину сцепления. Это, видимо, можно объяснить прониканием в открытые полости трахеид цементного геля из-за более высокой поверхностной пористости ранней древесины по сравнению с поздней, благодаря чему адгезионная прочность увеличивается и за счет механического сцепления. Из опубликованных данных Ю. Р. Бокщанина [16], средняя плотность ранней древесины сосны составляет 381 кг/м³, поздней—775 кг/м³; тангенциальная усушка—соответственно 8,05 и 11,26%. Это позволяет сделать предположение о том, что в контактных зонах структуры арболита на участках поздней древесины могут наблюдаться гораздо большие влажностные деформации, чем на участках ранней древесины. Как видно из микрофотографий (см. рис. 4.6), проникание геля цементного теста происходило в полости трахеид ранней древесины, в клетках поздней древесины цементный камень не обнаруживался.