Влажностные деформации древесного заполнителя и развитие давления набухания
Один из существенных недостатков древесного заполнителя, как и других органических целлюлозных заполнителей, отрицательно влияющих на прочность арболита и стойкость при переменном влажностном режиме — объемные влажностные деформации, которые изменяются в широких пределах в зависимости от влажности и температуры среды. К таким деформациям относятся: усадка-усушка вдоль волокон (0,1—0,3%) в радиальном (от 3 до 5%) и в тангенциальном направлении (6—12%), набухание, изменение формы (коробление). Для сравнения укажем, что усадка цементного камня из портландцементного клинкера составляет всего лишь 0,3—0,4% [8,15]. В процессе твердения и сушки арболита, а также и при эксплуатации конструкций из него древесный заполнитель подвержен объемным деформациям — может попеременно усыхать и набухать в зависимости от атмосферных условий, изменять форму и размеры, что способствует возникновению внутренних напряжений и деструкции контактных зон, снижению прочности структуры конгломерата. Взаимосвязанное стеснение деформаций твердеющего минерального вяжущего — цементного камня и самих частиц древесного заполнителя может, по-видимому, явиться основным источником возникновения начального напряженного состояния твердеющего арболита. Однако суммарное напряженное состояние, возникающее в процессе структурообразования в конгломерате типа арболита, не ограничивается действием только усадочных напряжений клеевой прослойки — цементного камня и древесного заполнителя. На определенных этапах на образование структуры арболита могут также повлиять влажностные, температурные напряжения от упругого действия органического целлюлозного заполнителя, особенно на стадии уплотнения и формирования изделий. Эти составляющие напряженного состояния арболита и их количественные значения изучены пока мало. Наиболее значительными самопроизвольными объемными деформациями древесного заполнителя являются влажностные (усушка, набухание), которые сильно разнятся в различных направлениях его морфологического строения из-за анизотропности древесины и могут достичь соотношения 1:120. При этом объемная усушка древесного заполнителя достигает 15-20%, тогда как объемная усадка цементного камня составляет всего 0,9-1,2% [8, 15]. Можно предположить, что напряженное состояние в структуре конгломерата типа арболит зависит в большей мере от напряжений, возникающих в результате усушки и набухания древесного заполнителя, чем от усадки или набухания цементного камня (так как усадка древесного заполнителя в десятки раз больше, чем цементного камня), в то время, как у многих бетонов на минеральном заполнителе — это состояние обусловлено деформациями цементного камня.
Целесообразность уменьшения усадочных деформаций арболита обусловливается и тем, что отпускная влажность арболитовых изделий и конструкций, регламентированная ГОСТ 19222-73, принята равной 25%, а древесный заполнитель интенсивно усыхает при удалении гигроскопической влаги, т.е. при снижении влажности от 27—30% до нуля, что может вызвать усадку арболита в уже возведенных зданиях. Обследование стеновых панелей из арболита в животноводческих и птицеводческих зданиях, проведенное ЦНИИЭПсельстроем в разное время года, подтвердило высказанные нами опасения. Его результаты показали (табл. 6), что к концу зимнего и началу весеннего периода влажность арболита в стеновых панелях составила в среднем 9-23% (по СНиП 11-3-79 допустимое значение влажности арболита во влажных условиях эксплуатации - 15%. В летнее время за счет естественного высушивания содержание влаги в арболите снижалось до 7,5—15,6%. Большой градиент влажности внутри слоев арболита от 7,8% (наружный слой) до 26,2% (внутренний слой) в панелях коровника (см. табл. 6) показывает, что при высыхании в арболите могут развиваться значительные влажностные напряжения, вызывающие вследствие неравномерной усадки слоев деструкционные процессы. Следовательно, резервом получения арболита высокой прочности со стабильными физико-механическими показателями можно считать уменьшение отрицательного влияния влажностных деформаций древесного заполнителя, т.е. уменьшение влажностных напряжений.
Таблица 6. Влагосодержание стеновых панелей зданий различного назначения
| Здание
| Средняя плотность, кг/м3
| Толщина слоя арболита, мм
| Число слоев
| Толщина фактурного слоя, см
| Время обследования
| Влажность слоев арболита, %
| | внутреннего
| среднего
| наружного
| среднее значение
| | Коровник на 200 голов, совхоз «Рассвет» Калужской области
| 700
| 20
| 2
| 2
| Февраль
август
| 26,2
16,4
| 22,5
17,3
| 7,8
13,3
| 18,8
15,6
| | Коровник на 200 голов, совхоз «Красный партизан» Горьковской области
| 700
| 26
| 1
| 2
| апрель
| 14,6
| 13,4
| 12,7
| 13,6
| | Коровник на 200 голов, совхоз «Блиновский» Краснодарского края
| 700
| 13
| 2
| 2
| Март
| 11,2
| 9,0
| 7,6
| 9,3
| | Телятник на 400 голов, совхоз «Нахимовский» Смоленской области
| 650
| 25
| 2
| 2
| Февраль
| 14,2
| 20,0
| 19,9
| 18,0
| | Птичник на 5000 кур, совхоз «Приволжский» Саратовской области
| 650
| 16
| 2
| 2
| февраль
август
| 23,8
5,6
| 23,3
11,5
| 21,8
5,3
| 23,0
7,5
|
|
|
|
В процессе твердения цементного теста и тепловой обработки арболита при температуре выше 35-55°С в структуре арболита возникают незначительные температурные напряжения, которые можно не учитывать. При этом перепад между температурами окружающей среды (цеха) и сырья не превышает 20-30°С, температурный коэффициент линейного расширения древесного заполнителя вдоль волокон составляет 4,5-10-6 °С-1; поперек волокон - 46,2 10-6 °С-1. В работе Я.В. Столярова показано, что изменение температуры в пределах 4-55°С заметно не влияет на линейное расширение бетонов на минеральных заполнителях. Таким образом, практическое значение имеют влажностные деформации, вызываемые набуханием, усушкой и короблением (изменением формы) самого заполнителя.
При исследовании влажностных объемных деформаций, развивающихся в структуре арболита как в процессе его твердения, так и при эксплуатации, значительный интерес представляют работы по выявлению влияния влажностных деформаций на прочность бетона на минеральном заполнителе, проведенные А.В. Беловым, С.В. Александровским, А.А. Гвоздевым, Н.Х. Арутюняном, И.И. Улицким, Г.Д. Дибровым, М.М. Королевым и др. [17, 55]. Важное значение имеют работы Б.Н. Уголева, В.М. Хрулева, изучавших влияние на напряженное состояние клееной древесины режимов сушки [54, 58], и ряд фундаментальных работ, посвященных гидротехническим бетонам, работающим в условиях увлажнения и высыхания, характерных для арболита.
Влияние влажностных напряжений на прочность бетонов на минеральном заполнителе в основном обусловлено деформациями цементного камня и может быть в некоторой степени объяснено на основе концепций о расклинивающем действии тонких слоев воды, развитых Б.В. Дерягиным, а также представлений П.А. Ребиндера о двухмерной миграции молекул водной фазы и участии ее в появлении раздвигающих усилий в микрощелях. Однако деструкционные процессы, возникающие в бетоне типа арболит под воздействием переменного влагосодержания в процессе твердения и эксплуатации, носят несколько более сложный характер. Помимо влажностных деформаций, возникающих в цементном камне, появляются более опасные объемные влажностью деформации органического целлюлозного заполнителя.
Другой важной специфической особенностью древесного заполнителя является значительное давление набухания, влияние которого на процессы структурообразования цементно-древесных композиционных материалов и, в частности, арболита до проведения нами исследований [35] не изучалось, хотя из результатов работ Ю.М. Иванова и И.Д. Грачева следует, что при увлажнении древесины развивается большое давление набухания. Для принятых размеров образцов и пород древесины Ю.М. Иванов [13] определил, что давление набухания находится в пределах от 0,76 до 1,5 МПа для радиального направления и от 0,86 до 3,1 МПа для тангенциального направления; для ранней зоны годичного слоя древесины сосны оно составило 1,68 МПа, для поздней древесины - 4,47 МПа. Столь близкие значения давления набухания отдельных участков древесины в контактных зонах и прочности арболита, как нам представляется, определенным образом сказываются на структурной прочности конгломерата, поэтому изучение степени влияния давления набухания заполнителя и самого арболита в частично стесненных условиях, близких к реальным условиям эксплуатации изделий и конструкций, имеет как научный, так и практический интерес.
Таким образом, арболит можно рассматривать как специфический легкий бетон, в котором самопроизвольные влажностные деформации заполнителя (древесины и др.) и, как следствие, возникновение значительного давления набухания, проявляются особенно сильно. Поэтому важно исследовать их влияние на прочность и стойкость материала к влагопеременным условиям. Следует отметить, что изучению влияния самопроизвольных влажностных деформаций на структурную прочность и стойкость арболита к переменному увлажнению и высыханию уделялось мало внимания.
В 1972—1974 гг. нами начато исследование отрицательного влияния влажностных деформаций древесного заполнителя на структурную прочность арболита и его стойкость к влагопеременным условиям (в частично стесненных условиях) и способов улучшения его прочностных свойств. Результаты исследований доложены на производственно-техническом семинаре, организованном Госстроем СССР в 1974 г. в г. Краснодаре и опубликованы [27].
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 299; | Поделиться с друзьями:
|
Мы поможем в написании ваших работ!
