Арболит - эффективный ресурсосберегающий материал для малоэтажного строительства

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТОГУ, г. Хабаровск

Арболит - эффективный ресурсосберегающий материал для малоэтажного строительства

Кошкин А. К.

Лазарева Т. Л.

Абстракт

В данной статье рассматриваются вопросы технологии повышения физико-механических характеристик арболита - композиционного материала на основе отходов переработки древесины для использования в малоэтажном и сельском строительстве.

Ключевые слова: комплексная переработка древесины, экология, строительные композиты, арболит, древесно-цементные композиты, прочность, адгезия, водостойкость.

STATE AND ENFORCEMENT OF ENVIRONMENTAL SAFETY OF THE WATER FOR KHABAROVSK HOUSEHOLD AND DRINKING PURPOSES

Koshkareva V. D., Shevtsov М. N., Shevtsova V. I.

PNU, Khabarovsk, Russia

Abstract

Article is devoted to a question of a condition and providing an ecological safety when providing the city of Khabarovsk with water for economic and drinking needs. Due to the bad quality of the water polluted by economic and household waste and industrial dumpings, the main objective there is the maximum change of engineering procedures for the purpose of improvement of hozyay-stvenno-drinking waters.

In this article the water intake providing the main amount of the water pumped to the city, and its design is in more detail considered.

During the research methods of water supply of the city were considered, methods of preliminary cleaning and water purification of the weighed substances containing in sewage are provided.

The most optimum method of the problem resolution, connected with handling of a deposit with the high content of sand was allocated. The best solution of this problem is use a pressure head thin layer settler, and then for handling of a deposit with the high content of sand hydroclones. Widespread introduction of hydroclones in schemes of purification of natural waters is caused by an essential advantage which they have in comparison with traditional constructions.

Keywords: water supply, combined heat and power plants, the weighed substances, sand, water intake, cleaning, the river, ecological safety, hydroclones, sewage, conduit, constructions, the city, the station, settler, the filter.

Россия занимает первое место в мире по запасам лесосырьевых ресурсов, обладая, в том числе, четвертой частью мировых запасов древесины, что дает возможность для интенсивного развития лесопромышленного комплекса (ЛПК) страны в целом. Что касается Дальнего Востока, то на долю ЛПК дальневосточного региона в общем объеме лесопереработки Российской Федерации приходится всего 6 %, несмотря на то, что эта территория относится к категории лесоизбыточных и лесных регионов. При этом глубина переработки древесины явно недостаточна. Основу регионального ЛПК составляют лесозаготовки и экспорт необработанной древесины в страны Азиатско-Тихоокеанского региона.

Для Хабаровского края лесопромышленный комплекс является одной из важнейших отраслей промышленности и в значительной степени определяет развитие экономики и социальной сферы. Удельный вес лесной отрасли в экономике края составляет 10-12 %. Край занимает третье место в России (8,5 %) по производству круглых лесоматериалов. На его долю приходится около 50 % от объемов производства лесоматериалов в Дальневосточном федеральном округе. При этом ориентация на реализацию лесной продукции на внешнем рынке является основным недостатком отрасли. Экспортная составляющая достигает 62 % общих объемов лесозаготовок и составляет три четверти всех объемов деловой древесины в крае, причем основную часть в структуре экспорта составляют лесоматериалы с низкой степенью обработки.

В настоящее время в основу стратегии развития лесопромышленного комплекса Дальневосточного Федерального округа и, в частности, Хабаровского края положены инвестиционные проекты, реализация которых призвана разрешить значительную часть проблем, о которых указывалось выше. Основным направлением признано повышение глубины переработки древесного сырья и его рациональное и комплексное использование. При этом рациональное использование древесного сырья решает также экологическую задачу по защите окружающей среды от загрязнения отходами лесопереработки, которые образуются как на лесосеках, так и на лесоперерабатывающих предприятиях.

При переработке древесины на пиломатериалы количество отходов составляет 30-35 % от общих поступлений. Отходы в виде горбыля, реек, срезок и мелочи могут найти применение в композиционных строительных материалах.

В последнее десятилетие все большее применение в строительстве находят древесно-цементные материалы -- это фибролит, арболит, цементно-стружечные и стружечно-цементные плиты. Для их производства используют древесную щепу, стружку, дробленку, опилки. В зависимости от принимаемого в композициях расхода вяжущего, вида и формы древесного заполнителя, а также используемой технологии формования получают строительные материалы с конгломератным типом структуры, но с существенным различием свойств [2].

Строительные изделия из арболита производятся в виде мелкоштучных блоков и крупноразмерных стеновых панелей и используются, главным образом, в малоэтажном и сельском строительстве (рис. 1).

Рис. 1. Строительный блок из арболита

В отличие от производства легких бетонов на пористых заполнителях, производство которых связано с высоким расходом энергии, получение заполнителя для арболита требует лишь измельчения древесины до определенного фракционного состава. Арболит характеризуется пористой структурой, что обеспечивает низкую плотность - от 500 до 850 кг/м3и хорошие теплоизоляционные свойства - коэффициент его теплопроводности составляет 0,12-0,18 Вт/м-К. Эти свойства арболита позволяют существенно снизить расходы на фундамент постройки; объемные и в тоже время лёгкие блоки из арболита увеличивают скорость строительства и, следовательно, сокращают трудоемкость и стоимость работ; пористая структура материала позволяет стенам «дышать» и обеспечивает необходимый микроклимат в помещении.

Способ производства арболит-бетона известен давно, но широкого распространения этот материал не получил ввиду ряда проблем, возникающих при производстве и в условиях эксплуатации. Арболитовые конструкции требуют поддержания в помещении влажности, не превышающей 60 %. Не допускается систематическое воздействие на арболит температуры свыше 50 °С, а также длительное воздействие воды. Наружная поверхность стен из арболита должна иметь отделочный слой, например, оштукатуривание или навесной фасад.

В семидесятые годы прошлого столетия арболит был вытеснен развитием крупнопанельного домостроения. В настоящее время в связи с возросшим интересом к индивидуальному строительству развитие технологии производства арболита вновь становится актуальным.

Рассмотрение арболита как строительного композита с крупнопористой контактной структурой, на свойства которого влияет не только расход и марка вяжущего, но также и специфические особенности свойств древесного заполнителя, которые, безусловно, оказывают значительное влияние как на процесс структуро- образования, так и на конечные свойства материала, позволяет выявить основные направления совершенствования технологии его производства [3].

Как показывают ранее проводившиеся исследования, специфическими особенностями древесного заполнителя являются:

значительные влажностные деформации (набухание, усушка в условиях влагопеременных воздействий) с проявлением анизотропности в продольном и поперечном направлениях относительно оси древесного ствола; арболит древесный заполнитель

развитие значительного давления набухания древесины в готовых изделиях при повышенной влажности, которое может привести к снижению физикомеханических показателей арболита;

низкая адгезия древесного заполнителя к цементному камню, обусловленная высокой полярностью целлюлозы;

упруго-вязкие свойства древесного заполнителя, которые приводят к рас- прессовке отформованных изделий и их деформации.

Как известно, наибольшая прочность композиционных материалов достигается при оптимальной структуре, которая характеризуется равномерным распределением заполнителя по объему изделия, наличием непрерывной пространственной сетки каркаса вяжущего вещества и минимальным значением соотношения между вяжущим и заполнителем, что соответствует минимальной толщине прослоек вяжущего вещества, а также при обеспечении плотной упаковки частиц заполнителя- древесной дробленки.

Оптимизация структуры арболита может быть достигнута при соблюдении следующих условий: максимальное упрочение цементного камня и повышение его упруго-пластических свойств с целью приближения его деформативности к влажностным деформациям древесного заполнителя; снижение влажностных деформаций древесного заполнителя; оптимизация формы древесного заполнителя с целью придания ему «изотропных» свойств; повышение сил сцепления между цементным камнем и древесным заполнителем, а также повышение однородности структуры арболита путем введения минеральных добавок или поризации твердой фазы межзернового пространства.

Повышение прочности и стойкости арболита воздействию переменной влажности среды может быть получено оптимизацией структуры следующими технологическими приемами:

использованием древесной дробленки оптимальной формы и размеров, с целью улучшения уплотнения арболитовой смеси, что позволит снизить отрицательное влияние распрессовки упругой арболитовой смеси при формовании изделий;

модификацией поверхности древесного заполнителя физическим или физико-химическим путем, с целью снижения влажностных деформаций и увеличения адгезионных сил сцепления с цементным камнем;

использованием в составе вяжущего полимерных добавок с целью повышения эластичности прослойки растворной составляющей, а также для компенсации деформаций древесного заполнителя в условиях переменной влажности;

С учетом ряда специфических особенностей древесного заполнителя прочность арболита оптимальной структуры можно определить по эмпирическому выражению, предложенному И. X. Наназашвили [1]

где R* - прочность арболита оптимальной структуры; 1,5 и 15 -эмпирические коэффициенты; F - показатель сцепления древесного заполнителя с цементным камнем; Ц/Д -- цементно-древесное отношение; В/Ц -- водоцементное отношение; п -- показатель степени, характеризует свойства древесного заполнителя (для цементного арболита п=0,82...0,98).

Использование этого выражения позволяет с большей достоверностью прогнозировать прочность арболита подбираемого состава с учетом свойств конкретного древесного заполнителя.

Учитывая вышесказанное, повышение физико-механических характеристик арболита можно обеспечить следующим образом:

обработкой древесного заполнителя водным раствором химических соединений с целью снижения содержания экстрактивных веществ в древесине , а также для повышения адгезионной прочности сцепления поверхности древесного заполнителя с цементным камнем;

введением в состав арболитовой смеси полимерных добавок в качестве связующего и увеличения упруго-пластичных характеристик адгезионного соединения;

повышением механического сцепления в структуре «древесина - цементный камень» методом высокотемпературной сушки древесного заполнителя.

Таким образом, будет обеспечено одновременное повышение прочностных характеристик арболита и снижение влажностных деформаций древесного заполнителя, что гарантирует стабильность свойств материала.

При проведении эксперимента использовали дробленую щепу из отходов переработки древесины сосны. В качестве вяжущего применялся портландцемент марки 400. В исследованиях для поверхностной обработки древесного заполнителя использовались гидроксид и хлорид кальция, хлорид алюминия.

Для модификации цементного вяжущего применялись поливинилацетатная дисперсия, латекс СКС-50 КГП, а также раствор полиакриламида, которые оказывали комплексное влияние на упрочнение адгезионного соединения «древесина- цементный камень». Также применялась предварительная высокотемпературная сушка древесного заполнителя, которая приводит к разложению и удалению экстрактивных веществ древесины и гидрофобизации ее поверхности.

Твердение образцов производилось в закрытых формах с перфорированными крышками в нормальных температурных условиях, без применения тепловлажностной обработки. Испытания образцов производились в возрасте 28 суток, при оптимальной влажности 16-17 % и после выдерживания в воде в течение 24 ч, в результате чего влажность повышалась до 60-62 %.

Результаты исследования влияния условий физико-химической обработки древесного заполнителя и модификации вяжущего на значение прочностных показателей арболита привкдкны в табл. 1.

Таблица 1. Влияние состава арболитовой смеси на физико-механические свойства арболита

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что наиболее эффективна пропитка древесины раствором хлорида алюминия. В 28-суточном возрасте прочность арболита была на 73 % выше, чем у образцов без предварительной минерализации. Хлорид алюминия также способствует наибольшему сохранению прочности в условиях повышения влажности образцов.

Модификация цементного теста добавкой полимеров также способствует как повышению прочностных показателей, так и влагостойкости материала. Наилучшие показатели при этом получены для образцов с использованием раствора полиакриламида. Данный модификатор позволяет повысить прочность древесно-цементной композиции в 2,3 раза, а водостойкость - более чем в 1,5 раза.

Исследованиями установлено, что резервом для повышения структурной прочности арболита является улучшение сцепления древесины с цементным камнем и снижение деформативных свойств древесного заполнителя путем обработки заполнителя химическими растворами или модифицирования цементного камня.

Для повышения сцепления древесного заполнителя с цементным камнем эффективными оказываются те виды химикатов и добавок, которые обладают более высокой полярностью. Хвойные породы древесины, содержащие большее количество целлюлозы - наиболее полярного компонента древесного заполнителя характеризуются высокими значениями сцепления с цементным камнем.

Высокотемпературная сушка древесного заполнителя, а также обработка его растворами хлорида кальция и хлорида алюминия значительно повышают сцепление с цементным камнем (в 2...2,5 раза); при модифицировании цементного камня высокомолекулярными соединениями (поливинилацетатной дисперсией, латексом, полиакриламидом) увеличивается как сцепление, так и растяжимость адгезионного соединения, также повышается прочность материала при повышенной влажности.

Таким образом, рассмотренные способы совершенствования технологии поверхностной обработки древесного заполнителя и модификации цементного вяжущего полимерными добавками в производстве арболита позволят повысить прочностные и деформативные характеристики материала и рекомендовать его для эффективного использования в строительстве малоэтажных зданий в регионах Дальнего Востока.

Список использованных источников и литературы

Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции -- Л. : Стройиздат, 1990 --414 с.

Наназашвили И.Х. Ресурсосбережение в строительстве : справочное пособие - Москва : АСВ, 2012 - 488 с.

Усов Б.А. Физико-химические процессы строительного материаловедения в технологии бетона и железобетона : учеб, пособие для вузов (спец. "Пр-во строит, материалов, изделий и конструкций") - Москва: Изд-во МГОУ, 2009. - 328 с.

Размещено на Allbest.ru