ВЛИЯНИЕ  ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО  СОСТАВА  ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ  ДРЕВЕСИНЫ  ДЛЯ  ДРЕВЕСНО-ЦЕМЕНТНОГО  МАТЕРИАЛА  НА  ЕГО  ПРОЧНОСТЬ

Андреев  Александр  Александрович

аспирант,  Петрозаводский  Государственный  Университет,  РФ,  г.  Петрозаводск

E-mail: 

INFLUENCE  GRANULOMETRIC  COMPOSITION  OF  CHOPPED  WOOD  FOR  WOOD-CRETE  MATERIAL  ON  ITS  STRENGTH

Alexander  Andreev

postgraduate  student,  PetrSU,  Russia,  Petrozavodsk

Работа  выполнена  в  рамках  реализации  комплекса  мероприятий  Программы  стратегического  развития  ПетрГУ  на  2012—2016  гг.

АННОТАЦИЯ

Цель  работы:  исследование  особенностей  применения  отходов  в  виде  опилок  и  стружки  для  изготовления  древесно-цементного  материала.  Экспериментально  установлена  нелинейная  зависимость  прочности  данного  материала  от  гранулометрического  состава  отходов.  Наибольшая  прочность  образцов  в  испытаниях  на  сжатие  получена  при  использовании  смеси  80  %  опилок  и  20  %  стружки  (по  массе).  Это  соотношение  может  потребовать  уточнения  с  учетом  особенностей  оборудования  для  деревообработки.  Дляконструкционногоматериаларекомендованопреобладаниеопилоквсмеси,  для  теплоизоляционного  —  стружки.

ABSTRACT

Objective:  to  study  the  specific  of  waste  application  in  the  form  of  sawdust  and  shavings  for  the  manufacture  of  wood-cement  material.  The  nonlinear  dependence  of  the  strength  of  the  material  on  the  granulometric  composition  of  the  waste  established  experimentally.  The  highest  strength  by  compression  was  obtained  for  a  mixture  of  80  %  sawdust  and  20  %  of  cuttings  (by  weight).  This  ratio  may  require  clarification  in  view  of  features  of  woodworking  equipment.  Recommended  for  structural  material  predominance  sawdust,  but  for  thermal  insulation  —  shavings.

Ключевые  слова:  отходы  деревообработки;  древесно-цементный  материал.

Keywords:  wood  waste;  wood-cement  material.

Введение.  В  данной  работе  рассматриваются  некоторые  особенности  древесно-цементных  материалов,  которые  по  ГОСТ  Р  54854-2011  относятся  к  легким  бетонам  на  органических  заполнителях  растительного  происхождения.  В  качестве  заполнителя  растительного  происхождения  далее  рассматриваются  отходы  деревообработки  в  виде  опилок  и  стружки.  Под  отходами  понимается  та  часть  древесного  сырья,  которая  не  попадает  в  основную  продукцию.

На  уменьшение  количества  отходов  ориентированы  многие  исследования  всех  стадий  заготовки  и  переработки  древесины  [1,  3,  4,  5,  14].  Однако  проблемы  уменьшения  количества  отходов  и  рационального  их  использования  сохраняют  свою  актуальность  [2,  13]. 

Опилки  и  стружка  могут  использоваться  в  качестве  сырья  для  изготовления  арболита  и  других  древесно-цементных  материалов.  Особенности  взаимодействия  цемента  и  древесины  исследованы  многими  авторами  [6,  8,  10,  11,  13].  Предложены  добавки  и  модификаторы  древесно-цементных  композиций  [2,  7,  8,  11,  13].  Разработаны  методы  расчета,  в  том  числе  с  учетом  анизотропии  древесно-цементных  материалов  [6,  9,  12,  13].  Исследовано  влияние  предварительной  обработки  опилок  на  прочность  древесно-цементного  материала  [8,  15].  Однако  недостаточно  изучены  вопросы  влияния  гранулометрического  состава  измельченной  древесины  как  основы  древесно-цементного  материала  на  его  прочность. 

Материалы  и  методы.  В  качестве  объекта  исследования  использованы  образцы  в  форме  куба  с  ребром  10  см,  изготовленные  из  древесно-цементной  смеси  и  различающиеся  только  соотношением  количества  опилок  и  стружки.  Предмет  исследования  —  влияние  количественного  соотношения  опилок  и  стружки  на  прочность  образцов  при  сжатии.  Были  изготовлены  образцы  с  соотношениями  стружки  и  опилок  (по  массе):  1:0;  0,8:0,2;  0,5:0,5;  0,2:0,8;  0:1.  Гранулометрический  состав  опилок  и  стружки  определен  ситовым  методом,  (таблица  1). 

Таблица  1. 

Гранулометрический  состав  наполнителя

Использовалась  смесь  при  следующем  соотношении  компонентов  в  единицах  массы:  портландцемент  М400  —  100,  опилки  и  стружка  —  100,  жидкое  стекло  (натриевое,  по  ГОСТ  13078-81)  —  15,  сульфат  алюминия  (по  ГОСТ  30515-97)  —  7. 

Структура  поверхности  образцов  показана  на  рисунке  1.  Цена  деления  линейки  на  рис.  1  равна  1  мм.  Очевидно,  что  наиболее  однородная  структура  материала  имеет  место  при  соотношении  опилок  и  стружки  (по  массе)  0,8:0,2.  Инструментальное  подтверждение  различий  получено  при  испытаниях  на  сжатие  (рис.  2). 

Рисунок  1.  Поверхность  композита  при  соотношениях  стружки  и  опилок  (по  массе):  (1)  0.8:0.2;  (2)  0.5:0.5;  (3)  0.2:0.8;  (4)  0:1.  Цена  деления  линейки  1  мм.

Рисунок  2.  Образец  в  испытательной  машине

Образцы  испытывались  после  набора  прочности  в  течение  28  суток.

Обозначим    и  ,  соответственно,  массовую  долю  стружки  и  опилок  исследуемом  в  композитном  материале.  Аналогично,    и    —  прочность  композита  с  наполнителем  только  в  виде  стружки  и,  соответственно,  только  опилок.  Тогда  по  правилу  аддитивности  [10]  прочность  композита    (пунктир  на  рис.  3).  В  этой  формуле  игнорируется  взаимовлияниечастиц  опилок  и  стружки,  существенно  различающихся  по  форме  и  размерам. 

Рисунок  3.  Прочность  древесно-цементного  материала  в  зависимости  от  массовой  доли  опилок  C ₂.  Экспериментальные  данные  обозначены  маркерами

Заключение.  Таким  образом,  экспериментально  установлен  нелинейный  характер  зависимости  прочности  древесно-цементного  композитного  материала  от  гранулометрического  состава  смеси  опилок  и  стружки.  Наибольшая  прочность  образцов  в  испытаниях  на  сжатие  получена  при  использовании  смеси  80  %  опилок  и  20  %  стружки  (по  массе).  Однако,  с  учетом  вариабельности  свойств  древесины  это  соотношение  может  потребовать  уточнения  с  учетом  особенностей  деревообрабатывающего  оборудования.  Дляконструкционногоматериаларекомендуетсяпреобладаниеопилоквсмеси,  для  теплоизоляционного  —  преобладание  стружки.  Разработка  математической  модели  для  прогнозирования  свойств  рассмотренного  композитного  материала  требует  продолжения  исследований.

Список  литературы:

1.Андреев  А.А.  Ресурсосбережение  и  использование  отходов  заготовки  и  переработки  древесного  сырья  //  Фундаментальные  и  прикладные  исследования:  проблемы  и  результаты.  —  2014.  —  №  10.  —  С.  148—155. 

2.Борков  П.В.,  Мелконян  В.Г.  Эффективные  строительные  материалы  на  основе  отходов  деревопереработки  и  металлургической  промышленности  //  Фундаментальные  исследования.  —  2014.  —  №  3  (часть  1).  —  стр.  18—21.

3.Васильев  С.Б.,  Девятникова  Л.А.,  Доспехова  Н.А.,  Колесников  Г.Н.  Интенсификация  сортировки  транспортируемых  рольгангом  круглых  лесоматериалов  по  критерию  длины  при  их  подготовке  к  измельчению  на  щепу  //  Фундаментальные  исследования.  —  2013.  —  №  10-2.  —  С.  257—260.

4.Васильев  С.Б.,  Девятникова  Л.А.,  Колесников  Г.Н.  Влияние  изменения  длины  баланса,  измельчаемого  в  дисковой  рубительной  машине,  на  размеры  частиц  древесной  щепы  //  Политематический  сетевой  электронный  научный  журнал  Кубанского  государственного  аграрного  университета.  —  2012.  —  №  81.  —  С.  270—279. 

5.Васильев  С.Б.,  Колесников  Г.Н.,  Никонова  Ю.В.,  Раковская  М.И.  Влияние  локальной  жесткости  корпуса  корообдирочного  барабана  на  изменение  силы  соударений  и  величину  потерь  древесины  //  Ученые  записки  Петрозаводского  государственного  университета.  Серия:  Естественные  и  технические  науки.  —  2008.  —  №  96.  —  С.  84—91.

6.Запруднов  В.И.,  Санаев  В.Г.  Макроскопические  свойства  древесно-цементных  композитов  //  Вестник  Московского  государственного  университета  леса  Лесной  вестник.  —  2012.  —  №  6  (89).  —  С.  168—171.

7.Лукутцова  Н.П.,  Горностаева  Е.Ю.,  Поляков  С.В.,  Петров  О.Р.  Модифицирование  древесно-цементных  композиций  комплексными  добавками  //  Вестник  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова.  —  2013.  —  №  2.  —  С.  13—16. 

8.Наназашвили  И.Х.  Строительные  материалы  из  древесно-цементной  композиции.  Л.:  Стройиздат,  1990.  —  415  с. 

9.Осипович  Л.М.  Исследование  контактной  зоны  «цементный  камень  древесина»  деревобетона  //  Известия  вузов.  Строительство.  —  2007.  —  №  2.  —  С.  28—33. 

10.Наумова  Ю.А.  Синергизм  и  синергические  эффекты  в  технологии  переработки  полимеров  //  Вестник  МИТХТ  им.  М.В.  Ломоносова.  —  2013.  —  Т.  8.  —  В.  3.  —  С.  76—86.

11.Пошарников  Ф.В.,  Филичкина  М.В.  Анализ  структуры  смеси  для  опилкобетона  на  основании  многофакторного  планирования  эксперимента  //  Вестник  Московского  государственного  университета  леса  Лесной  вестник.  —  2010.  —  №  1.  —  С.  111—114. 

12.Цепаев  В.А.,  Один  А.И.  Длительная  прочность  арболита  с  учетом  анизотропии  строения  //  Приволжский  научный  журнал.  —  2007.  —  №  1.  —  С.  51—56. 

13.Цепаев  В.А.,  Яворский  А.К.,  Хадонова  Ф.И.  Легкие  конструкционные  бетоны  на  древесных  заполнителях  //  Орджоникидзе:  Ир,  1990.  —  134  с. 

14.Шегельман  И.Р.  Концепция  развития  технологических  процессов  лесозаготовок  с  комплексным  использованием  древесины  //  Resources  and  Technology.  —  2001.  —  №  3.  —  С.  102—104.

15.Aigbomian  E.P.,  Fan  M.  Development  of  wood-crete  from  treated  sawdust  //  Construction  and  Building  Materials.  —  2014.  —  Vol.  52.  —  Pp.  353—360.