ВАФЕЛЬНАЯ СТРУЖКА В ДРЕВЕСНО-ЦЕМЕНТНОЙ КОМПОЗИЦИИ

 

Руденко Б.Д. (СибГТУ, г.Красноярск, РФ)

 

It is possible to notice, that to the greatest durability there corresponds rather narrow range of values of structure of a wood-cement composition (it is displaced on edge of the schedule), i.e. there is rather narrow range of values of parities of these components at which the wood-cement composition has optimum structure.

 

Целью настоящих исследований является изучение состава древесно-цементной композиции из вафельной стружки. Для эксперимента использовалась воздушно-сухая стружка из древесины сосны, средние размеры которой, мм: толщина - 0,1, длина 25…31, ширина – 25…35. Приведенные размеры стружки можно признать средними, однако в смеси использовались практически все типоразмеры.

Целесообразно рассмотреть состав из трех компонентов, вафельная стружка, цемент и вода. Для нейтрализации вредного воздействия водорастворимых веществ использовался традиционный минерализатор, количество которого бралось в процентах от массы цемента.

При изучении свойств смеси, зависящих только от соотношения компонентов, факторное пространство представляет собой правильный трехмерный симплекс. Изучаемые свойства являются непрерывной функцией аргументов и могут быть с достаточной точностью представлено полиномом. Так как интерес представляют не вся область возможных значений состава, в исследованиях использована область, ограниченная псевдокординатами, приведенными в таблице 1.

 

Таблица 1 – Псевдокоординаты исследуемого состава

Вершины симплекса	Древесные частицы	Цемент	Вода
	%	%	%
1	80	10	10
2	10	80	10
3	10	10	80

 

В таблице 2 приведены матрица планирования исходных компонентов в нормализованном, процентном весовом соотношении.

Из рассматриваемой смеси компонентов  формовались балочки, размером 4´4´16 см, которые твердели в течении 14 суток при комнатных условиях, после чего определялись их прочность на изгиб, плотность и получаемая при этом влажность.

Эксперимент был обработан по методике [1]. Результаты эксперимента представлены на рисунке 1,2,3,4. На рисунках представлены зависимости свойств от содержания компонентов в прямоугольной системе координат. Рассмотрим, как изменяется прочность в зависимости от влияния компонентов (рисунок 1).

С увеличением содержания древесины прочность на изгиб падает. Хотя древесные частицы и являются активным компонентом рассматриваемой матрицы, в нашем случае имеем характерную кривую падения прочности.

 

Таблица 2 – Матрица планирования исходных компонентов

Нормализованные значения факторов			Процентное содержание компонентов			Весовое содержание компонентов, г
Др. част	Цемент	Вода	Др. част	Цемент	Вода	Др. част	Цемент	Вода
0,33	0	0,67	30	10	60	68	23	138
0,67	0	0,33	60	10	30	138	23	68
1	0	0	80	10	10	184	23	23
0,67	0,33	0	60	30	10	138	68	23
0	0,67	0,33	10	60	30	23	138	68
0	1	0	10	80	10	23	184	23
0,33	0,33	0,33	33,33	33,33	33,33	76	76	76
0,33	0,67	0	30	60	10	68	138	23
0	0	1	10	10	80	23	23	184

 

Это объясняется тем, что для формирования прочных связей не хватает цементной связки в указанном диапазоне изменения факторов.

Рисунок 1 – Влияние факторов на прочность композиции

 

Из анализа приведенного рисунка видно, что содержание воды в формовочной смеси существенно влияет на прочность получаемого материала. Соотношение масс воды и цемента для производства бетонных изделий выражается водоцементным отношением (В/Ц) и находится в пределах 0,3 – 0,6. В зависимости от величины В/Ц бетонная смесь может быть жесткой, пластичной и литой. Однако в древесно-цементной композиции указанного различия в консистенции не наблюдается из-за малой плотности древесного заполнителя. Тем не менее при подборе состава смеси для изготовления древесно-цементной композиции необходимо стремиться к оптимальному количеству воды в древесном заполнителе. Излишнее количество воды приводит к снижению прочности изделия.

Необходимое содержание воды в формовочной смеси зависит как от фракционного состава заполнителя, так и от времени его выдерживания на воздухе. С течением времени древесина приобретает некоторую гидрофобность из-за сшивки части гемицеллюлоз, что снижает ее водопоглощение. Водопоглощение оказывает заметное влияние на прочность древесно-цементной композиции, так как чем ниже водопоглощение, тем меньше требуется минерализатора для создания концентрированных растворов на поверхности заполнителя. Важным показателем является также содержание экстрактивных веществ в жидкой фазе вяжущего. Темпы выделения их зависят от крупности частиц заполнителя и от концентрации минерализатора на его поверхности.

Рисунок 2 – Влияние факторов на плотность получаемой композиции

 

На рисунке 2 видно, что плотность получаемой композиции в общем то соответствует прочности, что указывает на связь плотности и прочности, то есть мы видим картину формирования оптимальной структуры материала. Меньшее влияние воды на плотность композита объясняется инертностью данного показателя.

Если рассматривать водопоглощение композиции (рисунок 3), то мы видим, что с увеличением содержания древесных частиц водопоглощение растет, что объясняется повышением пористости получаемого материала. Этому соответствует и падение прочности (рисунок 1).

На рисунке 4 представлена картина изменения влажности затвердевшей смеси. Это косвенная характеристика формирования структуры композита и она в целом соответствует изменениям прочности. Что касается влияния содержания воды, то плавное ее уменьшение (без выраженного оптимума) соответствует характерситики получаемого конгломерата. 

 Можно заметить, что наибольшей прочности соответствует довольно узкий диапазон значений состава древесно-цементной композиции (смещено на край графика), т.е. существует довольно узкий диапазон значений соотношений этих компонентов, при котором древесно-цементная композиция имеет оптимальную структуру. Это соответствует положениям теории Рыбьева И.А. для материалов с конгломератным типом структуры. 

 

Рисунок 3 – Влияние факторов на водопоглощение композита

Рисунок 4 – Влияние факторов на влажность композита

 

Литература

1.      Дюк, В. Обработка данных на ПК в примерах [Текст] / В. Дюк. – СПб.: Питер, 1997. – 240 с.