Древесный заполнитель, как и многие другие органические целлюлозные заполнители, наряду с присущими им ценными свойствами (малая средняя плотность, хорошая смачиваемость, легкость обработки, в частности, дроблением и др.) имеет и отрицательные качества, которые затрудняют получение материала высокой прочности из высокопрочных компонентов (цементный камень и древесина). К специфическим особенностям органического целлюлозного заполнителя, отрицательно влияющим на процессы структурообразования, прочность и стойкость арболита к влагопеременным воздействиям, относятся: повышенная химическая агрессивность; значительные объемные влажностные деформации и развитие давления набухания; резко выраженная анизотропия; высокая проницаемость; низкая адгезия по отношению к цементному камню; значительная упругость при уплотнении смеси. Наиболее изучена химическая агрессивность. Исследование свойств композиции "древесина — цементный камень" началось с 1924 г. Было выдвинуто предположение, что низкая прочность этой композиции связана с химическим составом древесины (табл. 4) [59]. Первые исследования показали, что древесина содержит легкогидролизуемые и экстрактивные вещества — "цементные яды", вредные для цемента, которые и замедляют набор прочности изделий. Поэтому все усилия исследователей и практиков были направлены на нейтрализацию их вредного влияния. Позднее работами, проведенными отечественными и зарубежными исследователями, было установлено, что наиболее вредное воздействие оказывают легкорастворимые простейшие сахара: сахароза, глюкоза, фруктоза и часть гемицеллюлозы, способной в определенных условиях превратиться в эти сахара, и в меньшей степени опасны крахмал, тонниды и смолы. Щелочная среда цементного теста способствует выделению "цементных ядов", количество которых колеблется в значительных пределах в зависимости от породы древесины, условий и сроков ее хранения.
Таблица 4. Химический состав некоторых пород древесины
Составные части, %
| Ель
| Сосна
| Осина
| Бук
| Целлюлоза (определяемая по хлорному методу без пентозанов)
| 58,3
| 55,6
| 54,1
| 47,9
| Лигнин (определяемый по сернокислому методу)
| 28,3
| 26,5
| 20,1
| 22,5
| Гемицеллюлоза (легкогидролизуемые пентозаны)
| 10,3
| 9,6
| 22,4
| 26,0
| Экстрактивные вещества, растворимые в горячей воде
| 1,9
| 2,3
| 2,3
| 2,4
| Было выявлено, что воздействие водорастворимых веществ древесины на твердеющий цемент проявляется в стабилизирующем эффекте. "Цементные яды", состоящие в основном из углеводных групп НОСН, осаждаясь на поверхности частичек минералов цемента 3CaO∙SiO2 (трехкальциевый силикат) и ЗСаО∙Аl2О3 (трехкальциевый алюминат), образуют тончайшие оболочки, которые затрудняют ход процессов гидратации цемента [1, 59]. Для уменьшения отрицательного влияния водорастворимых экстрактивных и легкогидролизуемых веществ на прочность деревоцементных композиций были предложены различные способы и технологические приемы, сущность которых заключалась в частичном удалении этих веществ из древесного заполнителя, в переводе простейших cахаров в нерастворимые или безвредные для цемента соединения, в ускорении твердения портландцемента (т.е. в сокращении времени их воздействия на процессы твердения). В большинстве своем предложенные способы "минерализации" древесного заполнителя предусматривают достаточно сложные технологические процессы, требующие многоступенчатой обработки заполнителя различными химикатами с последующим кипячением или промывкой, выдержки для стабилизации в силосах или сушки и др. [1, 5, 9, 11, 59, 61, 62].
Из многочисленных добавок, опробованных в отечественной и зарубежной практике приняты такие, при которых "минерализатором" органического целлюлозного заполнителя служат хлористый кальций и жидкое стекло (исключение составляет технология, используемая фирмами "Велокс" и "Дюризол").
Однако применяемые в отечественной и зарубежной практике способы "минерализации" древесного заполнителя, хотя и повышают скорость нарастания прочности в начальный период, но все же, как видно из табл. 5, не позволяют получать достаточно прочный материал.
Таблица 5. Прочность и расход компонентов в композиции «древесина-цементный камень»
Материал
| Средняя плотность, кг/м3
| Прочность, МПа
| Расход компонентов, кг на 1 м3 арболита
| при изгибе
| при сжатии
| древесный заполнитель
| цемент
| химические добавки
| вода
| Арболит (М10-35) ГОСТ 19222-73
| 500-800
| 0,5-0,95
| 1,0-3,5
| 180-240
| 280-400
| 8
| 300-400
| Дюризол
| 600-700
| 0,9-1,2
| 1,5-3,5
| 200-230
| 325-350
| 37
| 70-100
| Велокс
| 550-600
| 1,2-2,2
| -
| 366-414
| 200
| 16
| 150
| Пилинобетон (в абсолютно сухом состоянии)
| 600-700
| 1,45
| 1,97
| 166
| 411
| 16,5
| 284
| Проведенные исследования [1, 21, 28, 29, 53, 59] показали, что при почти полном удалении легкогидролизуемых веществ из древесного заполнителя удается увеличить прочность арболита лишь на 10-15% по сравнению с прочностью арболита на необработанном заполнителе. Следовательно, наличие легкогидролизуемых веществ можно рассматривать лишь как один из недостатков древесного заполнителя. Это означает, что кроме химической агрессивности (содержание экстрактивных и легкогидролизуемых веществ) древесный заполнитель обладает и другими специфическими свойствами, которые отрицательно воздействуют на структурную прочность арболита.
|