ОСОБЕННОСТИ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ КАК НАПОЛНИТЕЛЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БИОКОМПОЗИТОВ

FEATURES OF WOOD WASTE AS A FILLER IN THE MANUFACTURE OF BIOCOMPOSITES

кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации Филичкина М.В.

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Filichkina M.V.

FSBEIНРЕ «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies» Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script DOI: 10.12737/2997

Abstract. Russia has inexhaustible raw material base for development of woodworking industry. Complex use of forest resources provides for the use of all biomass wood processing wood waste generated in the process of timber harvesting on the logging enterprises. At present, wood processing plants produce large quantities of wood waste, including sawdust waste that accumulate in huge numbers at woodworking enterprises and practically not used properly and mostly burned, or buried in the dumps. At the same time be aware of such bio, in which as the fillers used wood waste, and as a binder - concrete. Therefore, effective use of wood waste for the production of sawdust concrete material was proposed, its properties are inferior wood. Article provides information about the chemical composition of the wood, describes the process of interaction of sawdust with concrete composites under the influence of temperature, describes the fractional composition of sawdust received from various technological equipment, as well as the process of interaction of wood waste chemical additives in production of opilkocement material.

Keywords: concrete, wood waste, composition, sawdust.

При производстве биокомпозитов большое значение имеет структура и взаимодействие исходных компонентов создаваемого материала. Поскольку получаемый нами материал относится к биокомпозиционным, его структура характеризует совокупность устойчивых и упорядоченных связей между элементами системы, обеспечивающих его целостность и сохранность при различных внешних и внутренних изменениях.

Структуру и свойства древесно-минеральных композиционных материалов будет определять множество факторов на макро и микроуровнях .На макроуровне к таким факторам можно отнести: состав материала и способы его формирования; характеристика вяжущего и древесного наполнителя; ориентация древесных частиц. К факторам на микроуровне относят те факторы, которые формируют межфазный слой и определяют его структуру. На это влияет химический состав матрицы, химическая активность наполнителя и условия взаимодействия матрицы и наполнителя.

Оптимальная структура характеризуется равномерным распределением твердой фазы в дисперсной среде с предельно возможной плотностью упаковки микрочастиц соответственно в конгломерате и в его вяжущей части, наличием прослойки вяжущего вещества с образованием прочного структурного каркаса из затвердевшего вяжущего. Вопрос получения оптимальной структуры композиционного материала весьма сложен и основным критерием, характеризующим оптимальные свойства материала является его прочность, на которую влияет множество факторов, выделенных авторами:

где R - прочность материала; -прочность наполнителя; Re -активность вяжущего; Qe -расход вяжущего; Q,, - расход наполнителя; Л -адгезия древесного наполнителя к вяжущему; Кг -коэффициент, учитывающий форму древесных частиц; FH- поверхность частиц наполнителя.

Данная зависимость учитывает далеко не все факторы и тем не менее она имеет сложный вид и ее реализация весьма проблематична.

Поэтому целесообразно рассмотреть структуру тех композиционных материалов, в которых используются древесные и некоторые другие наполнители (например, песок) и минеральные вяжущие (в нашем случае портландцемент).

В работе Амалицкого В.В. представлена графическая структура цементно-стружечной плиты и в ней показаны базовые элементы.

Графичсская модель ЦСП

Рисунок 1 - Графичсская модель ЦСП

Поскольку нашей задачей является выбор композиционного материала с минеральным вяжущим, который наиболее целесообразен для производства в условиях лесных складов с малым грузооборотом, рассмотрим те из них, в которых используются древесные частицы и цемент.

По аналогии с приведенной структурной схемой для цементно- стружечного материала рисунок 2 наглядно представляет плоские схемы других материалов опилкобетона и опилкоцементного материала.

Графические модели опилкобетона (а) и опилкоцементного материала (б)

Рисунок 2 - Графические модели опилкобетона (а) и опилкоцементного материала (б)

Здесь можно выделить такие же элементы, что и в цементно-стружечном материале и дать предварительную оценку компонентов смеси.

Прежде всего, следует отметить, что частицы древесины у цементно- стружечного материала сравнительно больше: длина их 30...40 мм. У опилкобетона древесные частицы имеют размеры от 2 до 5 мм. Древесные частицы в цементно-стружечном материале продолговатые и при соответствующей ориентации это положительно скажется на прочностных характеристиках материала. Опилки могут иметь различную форму, определяемую характером обработки древесины и их ориентация в пространстве не повлияет на прочность материала (речь здесь идет не о равномерном распределении).

Как видно из выражения (2), одним из основных факторов, влияющих на прочность материала, является суммарная поверхность частиц наполнителя, которая явно будет различна у цементно-стружечного материала и опилкобетона. С учетом сказанного, прочность можно представить как:

где Qk, -масса цемента; 2„, -масса наполнителя; Qd, -масса добавок; ^», -суммарная площадь поверхностей древесных частиц; -коэффициент, учитывающий равномерность распределения древесных частиц; К2 -плотность укладки древесных частиц.

Из данного выражения можно сделать однозначный вывод, что при Q4, max, Qon min, R max.

Влияние суммарной поверхности древесных частиц на прочность можно уяснить только при рассмотрении процессов формирования древесного композиционного материала. Однако возможно определить величину поверхностей древесного наполнителя, состоящего из более крупных (цементно-стружечный материал) или более мелких (опилкоцементный материал) древесных частиц и сопоставить их по зависимости:

где ^-суммарная площадь поверхностей опилок соответствующих по массе одной крупной древесной частице; К-объем одной стружки в цементностружечном материале; К -объем одной древесной частицы опилок в опилкоцементном материале; -объем одной древесной частицы опилок.

Подставив в формулу (3) реальные значения размеров древесных частиц, мы приходим к выводу, что в материале с одной и той же массой древесного наполнителя суммарная площадь поверхностей древесных частиц опилок в 8... 10 раз больше суммарной площади стружек. Естественно, это должно каким-то образом отразиться на прочности древесного композиционного материала. Однако заранее сказать как, невозможно без рассмотрения процесса формирования смеси.

В опилкобетоне, в отличие от композиционных материалов только с древесным наполнителем, в качестве наполнителя присутствует песок. Однозначно сказать, как его наличие в смеси повлияет на прочность без проведения исследований практически невозможно. Однако, учитывая, что сам по себе этот наполнитель намного прочнее, чем древесный, можно предполагать, что его присутствие в смеси, несомненно, положительно повлияет на прочностные показатели материала.

Библиографический список

  • 1. Филичкина, М. В. Концепция использования древесных отходов для получения древесно-композиционных материалов на лесоперерабатывающих предприятиях / М. В. Филичкина, В. В. Абрамов, Д. С. Самошин ; М. В. Филичкина, В. В. Абрамов, Д. С. Самошин// Агролесомелиорация в системе адаптивно-ландшафтного земледелия: поиск новой модели (к 90-летию академика РАСХН Е. С. Павловского) : материалы Международной научно- практической конференции аспирантов и молодых ученых, Волгоград, 25-28 ноября 2013 г. / гл. ред. К. Н. Кулик. - Волгоград : ВНИАЛМИ, 2013. - С. 280-284. - Библиогр.: с. 284 (3 назв.).
  • 2. Филичкина, М. В. Обоснование и разработка процессов формирования древеснокомпозиционных материалов: дис. ... канд. техн. наук : 05.21.05 : защищена 23.12.11 / М. В. Филичкина ; М. В. Филичкина ; Воронеж, гос. лесотехн. акад. - Воронеж, 2011. - 157 с. : ил. + прил.; eLIBRARY. - Библиогр.: с. 125. - Б.ц.
  • 3. Сушков, С. И. Принципы формирования древесно-композиционных материалов с использованием отходов лесопромышленного производства / С. И. Сушков, М. В. Филичкина ; С. И. Сушков, М. В. Филичкина// Строительные и дорожные машины. - 2014. - № 1. - С. 12-17. - Библиогр.: с. 17 (5 назв.).
  • 4. Филичкина, М. В. Использование низкокачественной древесины для производства древеснокомпозиционного материала / М. В. Филичкина ; М. В. Филичкина// Воспроизводство, мониторинг и охрана природных, природно-антропогенных и антропогенных ландшафтов : материалы международной молодежной научной школы, 14-15 июня 2012 г. / под ред. М. В. Драпалюка ; ФГБОУ ВПО "ВГЛТА". - Воронеж, 2012. - С. 472-477. - Библиогр.: с. 477 (4 назв.).

УДК 674.816.3

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >