CC BY
33
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 ofparities 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 4x4x16 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 Процентное содержание ком- Весовое содержание компо-
факторов понентов нентов, г
Др. Цемент Вода Др. Цемент Вода Др. Цемент Вода
част част част
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 водо-цементным 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 сшив-
ки 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 ха-рактерситики 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.
