Проводимость и проницаемость древесного заполнителя

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 23Следующая ⇒

Древесина представляет собой капиллярно-пористое коллоидное тело или ограниченно набухающий гель. Это позволяет вводить в нее инородную жидкость, т.е. возможна ее пропитка растворами [38]. Вода, проникая в волокна древесины, разрыхляет мицеллярные ряды, разрывает водородные связи между гидроксидами смежных молекул и этим разрыхляет структуру волокна. Таким образом, присутствие сорбированной жидкости в древесине не только меняет ее механические характеристики, но и обусловливает проводимость древесиной жидкостей. Изменение влажности арболита прежде всего связано с миграцией влаги в древесном заполнителе. Находящаяся в древесине влага в зависимости от местонахождения и степени связи по-разному проявляет себя. Свободная влага размещается в капиллярах или полостях клеток, а также между клетками, достаточно легко мигрирует и удаляется из древесины. Связанная влага частично образует на мицеллах целлюлозы адсорбированные пленки, частично вклинивается между мицеллами в виде субмикроскопических прослоек. Химически же связанная влага входит в состав древесного вещества самих клеточных оболочек [36,37]. При изменении влажности древесины за счет связанной влаги в пределах от абсолютно сухого состояния до точки насыщения волокна и наоборот древесина изменяет линейные размеры, а следовательно, и объем. Только в абсолютно сухом состоянии и при влажности, равной точке насыщения волокна и выше (W=30%), объем древесины становится постоянным. Такое изменение размеров древесины обусловливается раздвижкой межмицеллярной структуры водными прослойками. Из-за сравнительно высокой проницаемости органический целлюлозный заполнитель обладает большим водопоглощением, чем любой минеральный пористый. Поэтому, чтобы предотвратить отбор воды из приготовленной смеси и обезводить контактную зону (что противоречит основополагающим положениям теории прочности бетона), при приготовлении арболитовой смеси, приходится поддерживать высокие значения В/Ц (1-1,3), а это ведет к значительным усадочным деформациям и снижению прочности материала. Наличие влаги в древесине и влажностные деформации отрицательно влияют на процессы структурообразования арболита, поэтому одним из направлений получения арболита со стабильными физико-механическими показателями следует считать стабилизацию объема древесного заполнителя.

Низкая адгезия древесины с цементным камнем

Крупнопористая структура арболита с незаполненным межзерновым пространством (80—90% объема твердого тела занимает древесный заполнитель и только 10—20% приходится на цементный камень) [28] характеризуется тем, что объем цементного камня оказывается недостаточным для заполнения пустот между частицами органического целлюлозного заполнителя. Прочность и долговечность неплотной структуры арболита в значительной степени обусловливается сцеплением древесного заполнителя с минеральным вяжущим, т.е. адгезией древесины с цементным камнем. Поэтому получение арболита на древесном заполнителе марок 5—35 (ГОСТ 19222—73) при расходе цемента 260—400 кг на 1 м^Зпредположительно может быть объяснено недостаточным использованием прочности его компонентов, что обусловлено ослаблением структуры конгломерата из высокопрочных компонентов, вызываемого нарушением сцепления между ними. Представление об арболите как о конгломератной структуре, у которой непрерывный каркас образует тонкие пленки цементного камня, согласуется с общей теорией искусственных строительных конгломератов, разработанной И.А. Рыбьевым и его учениками [2, 44, 45, 46, 61], а также с результатами исследований В.Н. Юнга, Б.Г. Скрамтаева, Н.А. Попова, Ю.Б. Корниловича, И.А. Иванова [14, 16], которые считают одним из основополагающих факторов упрочнения структуры бетона улучшение сцепления заполнителя с прослойками цементного камня. Это предопределило необходимость глубокого изучения процессов и явлений, имеющих отношение к сцеплению древесины (заполнителя со специфическими свойствами) с цементным камнем, так как именно сцепление этих двух разных по своей природе материалов (органического целлюлозного заполнителя и цементного камня) является одним из важных условий, определяющих прочность и долговечность арболита. Особое значение для повышения структурной прочности арболита может иметь изучение прочности сцепления древесины с цементным камнем во взаимосвязи со склонностью древесного заполнителя к значительным влажностным деформациям, так как в процессе твердения и сушки арболита эти деформации влияют определенным образом на структурную прочность системы "древесина — цементный камень". В настоящее время нет общепризнанной теории адгезии, поэтому объяснение природы адгезионных процессов для таких сложных по своему составу материалов, как портландцемент и древесина, представляется затруднительным. Результаты, полученные разными исследователями, весьма разноречивы и из-за отсутствия единой методики испытаний практически неcопоставимы. В нашей стране первые работы по определению сцепления древесины с цементным камнем были связаны с изучением возможности применения деревобетона (бетон с деревянной арматурой) в строительстве. Деревобетон представляет собой конструктивное соединение двух материалов, характеризующихся различными структурно-механическими свойствами. Проблема деревобетона упирается в необходимость обеспечить совместную работу его составляющих. Трудность решения этой задачи в том, что при тепловой обработке и применении насыщенной водой арматуры возникает опасность нарушения сцепления между бетоном и древесиной (деревянной арматурой) из-за усушки последней и образования вокруг нее сквозного зазора, а при сухой арматуре — опасность образования в бетоне трещин в связи с разбуханием дерева. Проблему сцепления древесины с цементным камнем в нашей стране изучали, начиная с 1927 г. профессор И.А. Кириенко [19], М.А. Киеня (1930-1931 гг.) [18], Г.Д. Цискрели (1933 г.) [60], В.П. Петров и И.М. Пушкин в 1935-1937 гг. [40]. Было установлено, что сцепление древесины с цементным раствором и бетоном зависит от В/Ц смеси, условий хранения конструкций, влажности, шероховатости и формы деревянных стержней (брусков). В зависимости от принятых условий величина сцепления колебалась от 0,05 до 1,25 МПа (из-за несовершенства принятой методики "истинное" сцепление значительно меньше). Г.А. Евсеевым [11] было показано существенное влияние водорастворимых сахаров, содержащихся в древесине, на ее сцепление с цементным камнем. Аналогичный вывод был сделан в 1960 г. Л.М. Шмидтом [59]. Было получено значение адгезии древесины с цементным камнем в пределах 0,26—0,3 МПа. К сожалению, результаты этих исследований значительно различаются (табл. 8) и трудно сопоставимы по следующим причинам: в опытах использовались разные методики; применялась древесина неодинаковых пород, плотности, направления волокон в зоне склеивания и начальной влажности; виды и качество обработки древесины (шероховатость) были различными, неодинаковы размеры склеиваемых образцов и характер разрушения сцепления, активность и степень помола вяжущего, а также толщина клеевого шва, влияние на величину сцепления помимо сил адгезии, сил защемления (трения при выдергивании деревянных стержней).

До настоящего времени в лабораторной практике не существует общепринятой методики определения величины сцепления древесины с минеральными вяжущими веществами. Методы определения сцепления арматурной стали (выдергивание или выдавливание стержней из затвердевшего бетона) при замене стержня деревянным бруском не могут быть приняты нами из-за того, что при вытягивании бруска из затвердевшего раствора фиксируется не только сила, необходимая для нарушения сцепления материалов благодаря склеиванию, но также сила трения материала о затвердевший раствор, на которую влияет защемление, вызываемое набуханием деревянного бруска или его короблением.

Таблица 8. Влияние различных факторов на силу сцепления древесины с бетоном, раствором и цементным камнем

Вид обработки и размер древесных образцов	Испытание	Величина сцепления, МПа, по данным
Вид обработки и размер древесных образцов	Испытание	М.А.Киеня[18]	В.П.Петрова и И.М.Пушкина	Л.М.Шмидта	В.И.Бухаркина [9]	Г.А.Евсеева
Сухая древесина без обработки	Выдергивание бруска из бетона	0,24-0,72
Сухая и увлажненная древесина без обработки размером 20х20х500 мм: нестроганная строганная	Выдергивание бруска из бетона		0,5-1,25 0,02-0,5
Пластины 100х100х10 мм (ель строганная), пропитанные 4% раствором CaCl₂	Отрыв (пластины склеены цементным тестом нормальной густоты)			0,025-0,3
Бруски 20х20х140 мм (сосна строганная)	Продавливание брусков через цементный и цементно-песчаный кубик размером 100х100х100 мм				0,35-1,25
Пластины 40х40х20 мм (ель, сосна строганные)	Отрыв, формование цементного бруса 40х40х160 мм с заделкой в середину пластины из дерева				Значения, близкие к нулю
Пластины 120х100х100 мм из ели, пропитанные: дистилированной водой, 10% раствором CaCl₂, 10% раствором экстрактивного вещества, 10% раствором сахарозы	Отрыв, площадь сцепления 100 см²					0/0,15 0,005/0,27 0/0,005 0/0
Примечание: перед чертой – после первых суток, за чертой – в возрасте 28 сут.

В ЦНИИМЭ опробовалась методика [12] испытывались образцы, полученные методом формования цементной призмы 40x40x160 мм, с деревянной пластинкой 40x40x20 мм (образцы до распалубки хранились 14 сут), расположенной в середине. Однако зарегистрировать приборами величину сцепления не удалось [9]. По нашему мнению, это связано с тем, что в этих экспериментах не исключалось нарушение сцепления вследствие усадочных процессов в начальные сроки, так как силы трения и сцепления частей цементной призмы со стенками формы в начальные сроки превышали величину сцепления призм с деревянной пластинкой. Поэтому в целях предотвращения отрыва деревянной пластинки от твердеющего тела призмы в принятой нами методике образцы рекомендовано распалубливать через 24 ч и в дальнейшем хранить в вертикальном положении во влажных опилках до испытания.

Определение сцепления путем помещения в форму деревянной пластины в виде стандартной восьмерки сечением 5 см² с последующим заполнением формы цементным раствором из-за неточности показаний также не может быть рекомендовано, так как возможно нарушение сцепления вследствие разницы объемных деформаций материалов в местах наибольшей концентрации напряжений по периферии (опасного сечения восьмерки).

Методика Л.М.Шмидта [59] (измененная позднее Г.А. Евсеевым [11] для определения адгезионной прочности при склеивании двух деревянных пластин (с площадью склеивания 100 см²) портландцементом также не может быть рекомендована, так как на результаты существенно влияют деформативные и анизотропные свойства крупных образцов (100x100 мм). Неэффективно и определение силы сцепления древесины с цементным камнем по ГОСТ 3056-74 и ГОСТ 10636-78 (определение прочности клеевого шва при склеивании древесины на машине "УМ-5"), поскольку затруднена регистрация малых величин, а в начальные сроки цементный камень слабо сцепляется с древесиной (в первые сутки сила удельного сцепления равна 0—0,005 МПа), из-за чего образцы, склеенные цементным тестом, разрушались, когда их помещали в приспособление для испытания.

Таким образом, возникла необходимость разработки методики, учитывающей все специфические особенности древесины. Нами была предложена методика определения адгезии системы "дерево-цементный камень", которая позволила определить величину сцепления, обусловленную только способностью данных материалов к склеиванию и исключающую возможность повышения сцепления вследствие защемления древесины раствором вяжущего. Она дает также возможность выявить специфическую адгезию элементов годичного слоя (ранней и поздней древесины).

В результате изучения специфической адгезии древесины с цементным камнем для получения сопоставимых результатов была предложена методика, учитывающая особенности древесины: содержание ранней древесины в контактной зоне, плоскость среза (радиальная или тангенциальная), направление волокон, шероховатость поверхности, толщину прослойки цементного камня, условия изготовления и хранения моделей.

В гл. 4 представлены результаты исследования адгезии древесины с цементным камнем с учетом анизотропных свойств субстрата, влажностных деформаций и повышенной проницаемости древесины.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 309; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!