Перспективы использования древесного сырья при производстве строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перспективы использования древесного сырья при производстве строительных материалов

Страхов Александр Владимирович1, Евстигнеев Сергей Александрович2, Гандалоев Али Ахметханович3, Арчаков Ахмед Олегович4

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., к.т.н., доцент кафедры «Строительные материалы и технологии»1

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., ассистент кафедры «Строительные материалы и технологии»2

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., магистрант направления «Строительство»3,4

Аннотация: В статье рассматриваются актуальность использования древесных отходов при производстве строительных материалов. Особый акцент уделяется рассмотрению применения сырья лиственных пород.

Ключевые слова: древесный заполнитель, щепа, вяжущее, портландцемент, силикат-натриевое связующее

Future use of wood raw material in the manufacture of building materials

Strahov Alexander, Evstigneev Sergey, Gandaloev Ali, Archakov Ahmed

Abstract: This article discusses the relevance of the use of wood waste in the manufacture of building materials. Special emphasis is paid to the use of raw material hardwood.

Keywords: wood filler, wood chips, binder, Portland cement, sodium silicate binder

Важное значение в строительной промышленности приобретают вопросы расширения производства строительных материалов на основе использования местных сырьевых ресурсов в частности, -- на основе древесных отходов. Потребление древесины в нашей стране составляет около 167,9 млн. м3 в год. При этом на предприятиях Лесозаготовительной промышленности ежегодный объем древесных отходов достигает 107,5 млн. м3.[1]

Древесина и отходы обработки древесины могут использоваться в качестве органического заполнителя в виде дробленки, стружки, опилок и др. Во многих районах Российской Федерации, в том числе в Сибири и на Дальнем Востоке, в основном используется древесный заполнитель при изготовлении арболита и изделий на его основе.

Наибольшее распространение применения древесных отходов в производстве строительных материалов получила древесная щепа при производстве цементного арболита.

Древесина представляет собой сложный комплекс веществ и состоит из целлюлозы до 50% (С6Н10О5)n, лигнина, гемицеллюлозы, смолистых и экстрактивных веществ, водорастворимых сахаров (C12H14О3(ОH)8), минеральных солей и др. Целлюлоза, лигнин и смолистые вещества вредного влияния на процесс твердения клинкерных минералов, цемента не оказывают. Экстрактивные вещества - танины - вымываются из древесины только горячей водой или минеральными растворами и значительного влияния на твердение цемента также не оказывают.

На процессы выработки материалов с использованием древесины и на качественные показатели их как строительных материалов оказывают существенное влияние свойства используемого древесного сырья. Лучшей для изготовления арболита, например, признается и рекомендуется древесина хвойных пород. При этом имеются в виду удобства технологии изготовления и его механическая прочность. [1]

К специфическим особенностям древесины как заполнителя для легких бетонов типа арболита относятся: значительные объемные влажностные деформации, низкая адгезия по отношений к цементному камню, анизотропность, значительная упругость при уплотнении арболитовой смеси. Изменение линейных размеров при усадке и набухании древесины вдоль волокон составляет 0,1…0,3%, в радиальном и тангенциальном направлениях соответственно 3...5 и 6...12%, в то время как усадка цементного камня всего лишь 0,3...0,4%. Такая разнородность свойств компонентов в составе композиционного материала отрицательно влияет на его структуру и прочность. Значительно отличаются и прочностные показатели древесины поперек и вдоль волокон: в 6--18 раз. Такой разброс свойств диктует необходимость готовить дробленку при определенном соотношении размеров частиц. Древесная дробленка должна иметь игольчатую форму с коэффициентом формы, равным 5...8, и толщину 3...6 мм. Оптимальный размер по длине должен быть не более 25...30 мм. При таких размерах обеспечиваются близкие по значению влажностные деформации вдоль и поперек волокон. древесный сырье производство строительный

Это обстоятельство задерживает развитие производства арболита в районах богатых лиственными породами. Кроме того, результаты отдельных исследователей ставят под сомнение вопрос использования лиственной древесины (особенно осины) в арболите, хотя это могло бы дать значительный экономический эффект. Осиновая дробленка по ряду свойств (легкость, эластичность, волокнистая поверхность частиц) выгодно отличается от хвойных пород. Однако она имеет повышенную способность к увлажнению и загниванию, в результате чего использовать ее в качество заполнителя в арболите не решались. [1]

Основным вяжущим веществом для изготовления строительных материалов с применением древесного заполнителя как конструкционных, теплоизоляционных и отделочных изделий является портландцемент, так например:

1. Древесно-цементная смесь содержит опилки крупностью не более 10 мм, в том числе 85 мас.% частиц крупностью от 1 до 5 мм включительно, а в качестве неорганического наполнителя смесь содержит отходы механической камнеобработки в виде частиц мрамора крупностью не более 3 мм, в том числе 75-95 мас.% частиц крупностью от 1 до 2 мм, портландцемент, известь, воду, волокно и добавки, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 26-30; опилки 30-34; известь 2-3; отходы камнеобработки в виде частиц мрамора 4-5; жидкое стекло 3-6; сульфат алюминия 1-3; полипропиленовые волокна 0,05-0,2; вода 25,95-26,8. Технический результат заключается в повышении прочности, эффективном использовании отходов лесопиления и камнеобработки, экологической безопасности [2].

2. Древесно-цементная смесь содержит в качестве неорганической добавки отходы механической обработки талькохлорита в виде порошка с частицами крупностью не более 500 микрометров, в том числе до 0,02 мас.% частиц крупностью до 0,5 микрометров, включая наночастицы, портландцемент, измельченную древесину, полипропиленовые волокна, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 33-42, опилки 43-50, талькохлорит 5-6,9, жидкое стекло 5-7,5, хлорид кальция 2,4-5, полипропиленовые волокна 0,1-0,2, причем добавка воды к указанной смеси выполнена до получения водоцементного отношения 0,8-1,2. Технический результат заключается в повышении прочности и экологичности материала из предлагаемой смеси [3].

3. Древесно-мраморо-цементная смесь для изготовления теплоизоляционных и конструкционных строительных материалов содержит в качестве неорганической добавки полипропиленовые волокна длиной 8-30 мм и диаметром 0,08-0,3 мм, а также микромрамор с частицами крупностью не более 10 микрометров, в том числе до 0,02 мас.% частиц крупностью до 0,5 микрометров, включая наночастицы, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 38-39, известь строительная гидратная гашеная 4-5, опилки хвойных пород 43,6-45,6, микромрамор 4-5, жидкое стекло 6-7,5, хлорид кальция 2,3-4,3, полипропиленовые волокна 0,1-0,2, причем добавка воды к указанной смеси выполнена до получения водоцементного отношения, равного 0,8-1,2. Технический результат заключается в повышении прочности и экологичности материала из предлагаемой смеси. [4]

4. Сырьевая смесь включает, мас.ч.: измельченная древесина 10,00, цемент 37,50-38,80, жидкое стекло 1,66-1,80, полиметиленнафталинсульфокислоты натриевая соль в качестве суперпластификатора 0,02-0,03, этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль в качестве комплексообразующей добавки 0,11-0,20 и в качестве пенообразователя - синтетический пенообразователь на основе алкилсульфатов первичных жирных спиртов. Технический результат: получение теплоизоляционного материала со средней плотностью не более 400 кг/м3при сохранении его высоких теплоизоляционных, технологических, прочностных и экологических свойств. [5]

5. Сырьевая смесь для изготовления древесно-бетонных материалов включает минеральное вяжущее, древесный и минеральный заполнители, добавку и воду. В качестве добавки берут жидкое стекло при следующих соотношениях компонентов, мас. ч.: минеральное вяжущее 25,5-40; древесный заполнитель 30-49,5; минеральный заполнитель 1-15,5; жидкое стекло 0,2-0,74; вода - до получения однородной рассыпчатой массы. Способ получения сырьевой смеси для изготовления древесно-бетонных материалов включает перемешивание древесного заполнителя с минеральным заполнителем, минеральным вяжущим, добавкой и водой, причем процесс изготовления смеси проводят непрерывно в три стадии, на первой из которых древесный заполнитель перемешивают с минеральным вяжущим насухо в течение 1-1,5 мин, на второй стадии добавляют 3/4 количества расчетной воды и жидкое стекло и перемешивание ведут 1-1,5 мин, на третьей стадии добавляют минеральный заполнитель и оставшуюся воду и окончательно перемешивают смесь до поучения однородной рассыпчатой массы в течение 1-2 мин. Технический результат: ускорение процесса получения смеси и улучшение ее свойств. [6]

Водорастворимые сахара, сахароза, глюкоза (С6Н12О6), фруктоза, которые находятся в древесном заполнителе легко вымываются из древесины и, попадая в цементное тесто, замедляют процесс его твердения. Гемицеллюлоза представляет собой сложные органические вещества - полисахариды, способные в щелочной среде (цементные бетоны) гидролизоваться и переходить в растворимые сахара, которые отрицательно действуют на процесс твердения цемента, являются «цементными ядами» и значительно замедляют набор прочности изделий с использованием цементов. Для их нейтрализации необходимо применять ряд дорогостоящих добавок или технологических операций. Для жидкостекольного связующего присутствие вышеуказанных сахаров не является негативным фактором, а наоборот сахара выступают как интенсификаторы твердения, повышающие при этом водостойкость материала на основе жидкостекольного связующего. [7,8]

Из выше сказанного следует вывод, что использование в качестве основного вяжущего жидкостекольного связующего для изготовления изделий с применением древесного сырья и особенно лиственных пород является актуальной задачей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Технология изоляционных строительных материалов и изделий [Текст]: в 2 ч.: учеб. пособие. - М.: ИЦ "Академия", 2012 - . Ч. 1: Стеновые материалы и изделия / В. Ф. Завадский. - 2012. - 192 с.

2. Пат. 2568445 Российская Федерация, МПК C09D1/02; ДРЕВЕСНО-ЦЕМЕНТНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ И КОНСТРУКЦИОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ [Текст] / Андреев А.А., Колесников Г.Н.; заявитель и патентообладатель ФГБОУВПО "Петрозаводский государственный университет" - № 2014118281/03; заявл. 06.05.2014; опубл. 20.11.2015, Бюл. № 32 - 11 с.

3. Пат. 2569422 Российская Федерация, МПК C09D1/02; C09D5/08; C09D5/28; ДРЕВЕСНО-ЦЕМЕНТНАЯ СМЕСЬ [Текст] / Андреев А.А., Колесников Г.Н.; заявитель и патентообладатель ФГБОУВПО "Петрозаводский государственный университет" - № 2014124570/03; заявл. 17.06.2014; опубл. 20.11.2015, Бюл. № 33 - 9 с.

4. Пат. 2570215 Российская Федерация, МПК C09D1/02; C09D5/08; C09D5/28; ДРЕВЕСНО-МРАМОРНО-ЦЕМЕНТНАЯ СМЕСЬ [Текст] / Андреев А.А. и др.; заявитель и патентообладатель ФГБОУВПО "Петрозаводский государственный университет" - № 2014124572/03; заявл. 17.06.2014; опубл. 10.12.2015, Бюл. № 34 - 9 с.

5. Пат. 2399602 Российская Федерация, МПК C09D1/02; C09D5/08; C09D5/28; СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ [Текст] / Шошин Е.А. и др.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО Саратовский государственный технический университет (СГТУ) - № 2009106339/03; заявл. 24.02.2009; опубл. 20.09.2010, Бюл. № 26 - 8 с.

6. Пат. 2194685 Российская Федерация, МПК C09D1/02; C09D5/08; СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДРЕВЕСНО-БЕТОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ [Текст] / Неумолотов О.Б.; заявитель и патентообладатель Неумолотов Олег Борисович - № 2000125123/03; заявл. 04.10.2000; опубл. 20.09.2002, Бюл. № 13 - 5 с.

7. Корнеев В.И., Данилов В.В. Растворимое и жидкое стекло. СПб.: Стройиздат, 1996. 216 с.

8. Корнеев В.И. Производство и применение растворимого стекла. Жидкое стекло. Л.: Стройиздат, 1991. 176 с.

Размещено на Allbest.ru