Бетоны на основе отходов древесины

В условиях Сибири реальные возможности крупно­масштабного производства экономически эффектив­ных стеновых материалов открываются при получении их на основе повсеместно распространенных отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки (опил­ки, стружка, щепа, кора и т. д.).

Органоминеральные композиционные материалы (ОМКМ), полученные на основе заполнителей орга­нического происхождения и минеральных вяжущих веществ, удачно совмещают прочностные свойства вя­жущего с небольшой плотностью и хорошей теплоизо­лирующей способностью древесины. Таким материа­лам присущи прочность, огнестойкость, биостойкость, небольшая плотность и теплопроводность, легкость об­работки режущим инструментом и гвоздимость.

Однако древесный заполнитель наряду с ценными свойствами имеет и отрицательные качества, которые затрудняют получение материала высокой прочности из высокопрочных компонентов (цемент и древесина). Прежде всего это повышенная химическая агрессив­ность и низкая адгезия к цементному камню.

Водорастворимые вещества древесины оказывают на твердеющее цементное тесто воздействие, проявля­ющееся в стабилизирующем эффекте аналогично дей­ствию ПАВ. «Цементные яды», состоящие в основном из углеводных групп, осаждаясь на поверхности частичек высокоосновных минералов цемента, образу­ют тончайшие оболочки, которые изолируют частицы цемента от воды, замедляют ход процессов гидролиза и гидратации цемента.

Широкую возможность применения древесных за­полнителей для изготовления легких бетонов открыва­ют шлако- и золощелочные вяжущие (ШЩВ, ЗЩВ), характеризующиеся по сравнению с портландцементом отличным составом новообразований (низкоосновные соединения и цеолитоподобные минералы) и средой твердения с повышенной щелочностью.

В Братском государственном университете разра­ботаны составы и технология получения органоминеральных бетонов, в которых в качестве заполнителя ис­пользованы опилки — отходы механической переработ­ки древесины лиственницы и сосны (Карнаухов Ю.П., Шарова В.В., Дьячкова С Г. и др. Способ изготовления арболита // Патент 213043Х (РФ) от 20.05.1999. Опубл. Б.И. №14. 1999; Бабкин В.Л., Дьячкова С.Г., Святкин Ю.К. и др. Способ изготовления арболита // Патент 2130911 (РФ) от 27.05.1999. Опубл. Б.И.№15. 1999).

Вяжущим служили ШЩВ и ЗЩВ, состоящие соответственно из молотого гранулированного ваграночного шлака ПО «Сибтепломаш» (г. Братск) или золы-уноса Иркутской ТЭЦ-7 (г. Братск) и жидкого стек­ла, синтезируемого из отхода Братского ферросплавного завода - микрокремнезема.

Отсутствие среди продуктов гидратации ШЩВ и ЗЩВ высокоосновных соединений позволяет без ка­кой-либо предварительной обработки древесного за­полнителя получать материал с необходимыми свой­ствами. Кроме того, используемое в качестве минерализатора древесины жидкое стекло (в данном случае применяемое как щелочной компонент вя­жущих), также благоприятно сказывается на основных физико-механических свойствах полученных бетонов.

Таким образом, материалы, полученные на основе древесных опилок, ЗЩВ и ШЩВ, могут быть использо­ваны как теплоизоляционно-конструкционные.

Поскольку древесный заполнитель изменяет объем при увлажнении и высушивании, изучены свойства бето­нов по отношению к воздействию воды. При этом уста­новлено, что исследуемые материалы достаточно водо­стойки: коэффициент размягчения составляет 0,82-0,93.

В условиях Сибири влияние воды может быть усу­гублено жесткими климатическими условиями эксплу­атации изделий и конструкций из легкого органоминерального бетона. Эксперименты по изучению морозо­стойкости материала показали, что бетоны на основе древесных опилок, ЗЩВ и ШЩВ морозостойки. После 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания без потерь массы прочность образцов снизилась на 4—19%. Поэтому исследуемому бетону (как на ЗЩВ, так и на ШЩВ) может быть присвоена марка по морозо­стойкости F50.

Использование органического заполнителя в техно­логии легкого бетона вносит коррективы во все техно­логические операции.

Важнейшим из технологических факторов, влияющих на физико-механические свойства ОМКМ, является способ формования и уплотнения. Результаты экспери­мента свидетельствуют о том, что для исследуемых ком­позиций вибрация и вибрация с пригрузом малоэффек­тивны. Получен материал с невысокой прочностью (2,3-2,4 МПа) и средней плотностью (750-770 кг/м³). Использование вибропрессования значительно улуч­шает свойства готового материала — при увеличении средней плотности на 90—100 кг/м³ прочность возраста­ет в 2,5 раза и составляет 5,9 МПа.

Большое значение для качества легкого бетона на древесном заполнителе имеет правильное назначение способа и режима твердения. Сушку ОМКМ на ШЩВ с использованием жидкого стекла при любых температурах нельзя признать рацио­нальным способом твердения. При средней плотности 734-850 кг/м³ прочность материала составляет всего 2,61-3,67 МПа.

Твердение ШЩВ основано на процессе гидролиза жидкого стекла. Повышение температуры при сушке бе­тона способствует интенсивному испарению жидкой фа­зы, что, в свою очередь, препятствует протеканию про­цесса гидролиза жидкого стекла. Следствием этого явля­ется замедление процесса растворения частичек шлака, а также процесса диффузии между жидким стеклом и гелевой пленкой шлака. Результат - невысокая прочность всей композиции. Твердение материала в течение 28 сут в воздушно-сухих условиях способствует некоторому улучшению свойств. Однако относительно невысокая температура и влажность воздуха не могут значительно интенсифицировать процесс твердения системы. Самым благоприятным является режим тепловлажностной обработки. Высокая температура и влажность среды при ТВО значительно интенсифицируют процесс твердения материала, гидролиз жидкого стекла происходит с боль­шей полнотой и интенсивностью, большее количество натрия находится в активном ионном состоянии. След­ствием этого являются достаточно высокие физико-механические характеристики бетона.

Таким образом, в отличие от органоминеральных бе­тонов на основе древесного заполнителя и портландце­мента, где выбор технологии связан со специфическими особенностями органического заполнителя, выбор тех­нологии производства органоминеральных бетонов на основе древесных опилок и ШЩВ или ЗЩВ обусловлен главным образом свойствами вяжущих. Поэтому орга­низация производства из разработанных материалов мо­жет базироваться на существующих технологических схемах и не требует внесения в них существенных изме­нений. Опытно-промышленная апробация органоми­неральных бетонов на основе древесных опилок и ЗЩВ не выявила никаких технологических затруднений. При изготовлении стеновых блоков получены легкие и проч­ные изделия с хорошей ровной поверхностью.

По данным Иркутского областного центра Госсан­эпиднадзора, разработанные бетоны являются безопас­ными и могут быть использованы в строительстве без каких-либо ограничений.