Куба В.В., к.т.н., доцент Егорова А.Д.

ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет

имени М. К. Аммосова», Россия

Влияние состава отходов деревопереработки

на свойства арболита

Швейцария – дюризол, Чехия – пилинобетон, США и Канада – вундстойн, Германия – дюрипанель, Австрия – велокс, азиатские страны – чентери-боад, Россия – арболит.

Арболит известен уже почти 100 лет. За это время учеными было сделано многое: улучшили свойства по теплоизоляции, звукоизоляции, огнеустойчивости. В нашей стране арболит применяли с 1960 г. для строительства жилых домов, затем в сельском строительстве. В то время СССР приняло решение испытать арболит в суровых климатических условиях и возвело в Антарктиде на станции Молодежная несколько служебных помещений. Полученные результаты оказались лучше ожидаемых и выявили, что арболит возможно применять в любых климатических условиях.

По мнению зарубежных и российских исследователей, арболит и подобные ему легкие бетоны на органических заполнителях по своим свойствам и широте использования соперничают с ячеистыми бетонами и конструктивно-теплоизоляционными легкими бетонами на минеральных пористых заполнителях [1].

В последнее время большое внимание во всем мире уделяется экологии, экологической безопасности. Приоритетными направлениями становятся безотходное производство, а также утилизация своих отходов.

В Якутии имеется большой запас лесных насаждений, который оценивается в 9,2 млрд м³, из них хвойные породы составляют 97 % [2], находится большое количество деревоперерабатывающих предприятий, поэтому утилизация отходов – это актуальный вопрос.

При анализе местных сырьевых материалов выявлено, что имеются все возможности для изготовления арболита с применением отходов местного производства. В качестве древесной щепы используются отходы современных деревоперерабатывающих предприятий, которые представляют собой твердые отходы: горбыли, рейки, обрезки; мягкие отходы: стружки, опилки, древесная пыль, кора и луб.

Традиционно для производства арболита используется цементно-песчаный раствор. Но известно, что в древесине содержаться вещества, такие как гемицеллюлозы, крахмал и экстрактивные вещества и т.д., отрицательно влияющие на процессы твердения изделий на основе цемента [3]. В России в 70-х гг. рассматривали варианты производства арболита на основе высокопрочного гипса и гипсоцементно-пуццолановом вяжущем с положительными результатами [4]. Поэтому было решено использовать композиционное гипсовое вяжущее (КГВ), состоящее из строительного гипса, строительно-воздушной извести и цеолита Сунтарского месторождения, что позволило исключить вредное влияние легкогидролизуемых и водорастворимых экстрактивных веществ древесины на процессы твердения вяжущего вещества [5].

Согласно ГОСТ Р 54854 в лабораторных условиях определены основные свойства отходов, где насыпная плотность составила 0,141 кг/м³, влажность – 44 %, фракционный состав щепы соответствует данному стандарту, а содержание коры в щепе составляет более 25 %, хотя по ГОСТу должно быть менее 10 %.

Основные характеристики КГВ: нормальная густота – 69 % (с добавлением пластификатора – 48 %); сроки схватывания – начало – 21 мин, конец – 28 мин; коэффициент размягчения – 0,7; марка по прочности – М100.

Сначала определили влияние содержащихся в древесине вредных веществ на КГВ. Для этого заполнитель разделяли на чистую щепу, чистую кору, а также использовали смешанную щепу, т.е. натуральные отходы. По данным исследования получились следующие результаты прочности при сжатии: чистая щепа – 2,4 МПа, смешанная щепа – 2,5 МПа, чистая кора – 1,7 МПа. Как видно из полученных данных, прочность арболита на основе КГВ на чистой коре ниже, а со смешанной и чистой щепой прочность имеет практически одинаковые значения. Это обусловлено тем, что кора имеет рыхлую структуру и поэтому снижает предел прочности при сжатии. Из прочностных показателей на чистой и смешанной щепе можно сделать вывод, что содержание коры никак не влияет на твердение вяжущего вещества и набор прочности.

Для оптимизации состава разрабатываемого арболита использовали двухфакторное математическое планирование эксперимента, где варьировались: соотношение вяжущего к щепе в массовых частях 1:3 (450), 1:4 (600), 1:5 (750) и фракция щепы. По результатам эксперимента были получены зависимости средней плотности и прочности при сжатии от переменных факторов (см. табл. 1).

Таблица 1

Физико-механические свойства арболита на основе КГВ

Соотношение КГВ к щепе	Вид щепы	Плотность, ρ, кг/м^3	Предел прочности на сжатие, Rсж, МПа
1:3	Крупная	702	2,1
1:4	Крупная	932	4,6
1:5	Крупная	954	6,45
1:3	Смешанная	780,3	3,16
1:4	Смешанная	898,5	5,91
1:5	Смешанная	929,7	5,66
1:3	Мелкая	747	2,2
1:4	Мелкая	845,6	4,68
1:5	Мелкая	913	6,3

Проанализировав полученные результаты, был оптимизирован состав арболита, который без перерасхода вяжущего обеспечивает необходимую прочность и эксплуатационные характеристики, со следующими данными: расход вяжущего к щепе составил 1:4 в массовых частях с использованием смешанной щепы фракции 10-40 мм. Оптимальный состав соответствует классу В3,5, плотностью D850, теплопроводностью 0,18 Вт/м·°С и коэффициентом размягчения 0,98.

Предлагаемый арболит рекомендуется для малоэтажного строительства, в том числе сельскохозяйственного назначения. Экономический эффект от применения разработанного вида арболита можно получить за счет применения отходов деревоперерабатывающих предприятий, а также упрощения технологического процесса и снижения стоимости связующего вещества и составляет порядка 50 %.

Литература:

1.Арболит / под ред. Г. А. Бужевича. М.: Стройиздат, 1968. 244 с.

2. Казанцев М. Е., Будищев А. Ю. Перспективы развития лесной промышленности в республике Саха (Якутия) // Лесной комплекс: состояние и перспективы развития. III Междунар. научно-техн. конф. 1-30 ноября 2003 г. Брянск: БГИТА, 2003.

3. Коротаев Э. И., Симонов В. И. Производство строительных материалов из древесных отходов. М. : Лесная промышленность, 1972. 144 с.

4. Арсенцев В. А. Арболит. Производство и применение. М.: Стройиздат, 1977. 348 с.

5. Егорова А. Д. Эффективные стеновые материалы на основе местного сырья для эксплуатации в суровом климате: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М. : МГСУ, 2002.