Диссертация (1141458), страница 33

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 33)

При этом посредством взаимодействия разнородных исходныхкомпонентов новый материал приобретает качественно иные свойства, неприсущие исходным компонентам. Что касается «волокнистых» композитов,где волокно, как наполнитель, выступает в качестве армирующего элемента вматериале, придавая ему высокие показатели прочности на растяжение, изгиб,кручение и т.д., то здесь очень большую роль играет сцепление волокон сматрицей, в качестве которой могут быть использованы органические или женеорганические связующие.Известно, что гипсодревесные композитыотличаются хорошими адгезионными свойствами, при этом гипс создаетмонолитную структуру композита с формированиемизделия в объеме,передает напряжения, обеспечивает равномерность нагрузки, а в случаеразрушения отдельных волокон – производит перераспределение ее по объему.К тому же гипсовое вяжущее может нивелировать негативные характеристикидревесины – ее гигроскопичность, горючесть, склонность к загниванию вусловиях повышенной влажности, поражение микробиологическими агентами,насекомыми, а также – грызунами.

Внедрение растительного наполнителя ввиде опилоктакже повышает экономичность технологииполучениякомпозитов, снижая расходы на вяжущее.Вышесказанноепозволяетрассмотретьвопросисследованиягипсоволокнистых композитов на основе безобжиговой гипсовой матрицыи опилок поперечной распиловки древесины в качестве наполнителя [155].Подобный прессованный композит на основе полуводного гипса идревесной стружки,используетсяединственныйвполученный на Пешеланском заводе «Декор-1»,производствепредставительгипсостружечныхматериаловплитподобного(ГСП).классаЭтонаотечественном рынке. В его составе содержится 83 % полугидрата, 15 %составляет древесная стружка и 2 % – вода. Материал используется вкачестве отделочного для внутренних работ, однако его характеристики не267позволяютрассматриватьеговкачествеконструкционно-теплоизоляционного.Каркасно-волокнистаяструктурабезобжиговогогипсовогокомпозита за счет древесного наполнителя, имеющего в своём составецеллюлозное волокно, формируется с образованием разноразмерных пор,улучшающих его теплоизоляционные свойства.

В составе безобжиговогокомпозита волокнистый органический наполнитель в виде опилок –отходов деревообработкиспособствуетдополнительноирешениюресурсосберегающей проблемы.Вовлечение вторичного сырьевого ресурса предприятий леснойпромышленности улучшает экологическую составляющую э производстваэффективныхбезобжиговыхкомпозитов,сокращаетпотреблениеэнергоресурсов, создать мало- или безотходное производство, используяместную сырьевую базу [111, 133, 134].Согласно литературным данным,по мнению исследователейРоссийской академии наук (РАН), организация рециклинга 1 % отходоввлечет экономию вложений в разведку и разработку месторожденийпорядка 2 %, при этом строительная индустрия обеспечивается сырьем вобъемедо 40 %.

В свою очередь отходы лесного хозяйства могутспровоцировать тяжелую экологическую ситуацию. Они способствуютвозникновению пожароопасной обстановки, загрязняют окружающуюсреду, вызывая нежелательные гнилостные процессы. При их вывозесоздают проблемы на свалках, вызывающие возгорание, задымление и т.д.[59, 135].При условии их использования при создании безобжиговыхгипсодревесных композитов, в отличие от синтетической и минеральнойфибры, повышается здоровье сберегающая составляющая технологии, т.к.исключаютсявыделение токсичных газообразных и твердофазныхвеществ, повышается гигиеничность всех процессов, их безопасность, в268т.ч. пожарная.

Все компоненты сырьевых смесей, за малым исключением,являются отходами производств, сам процесс синтеза гипсодревесныхкомпозитов отличается простотой и энергоэффективностью.Поскольку использование растительного волокнистого наполнителяможет отражаться на процессе синтезакомпозитов,товработебезобжиговых гипсодревесныхисследовалисьосновныетехнологических приемов, в первую очередь –параметрывеличины давленияпрессования на свойства получаемого материала. В исследованиях былииспользованыгипсовыеи древесные отходы в виде техногенногодигидрата и древесных опилок соответственно.7.2.2 Влияние величины давления прессования и состава смеси напрочностные свойства гипсодревесных композитов, получаемых способомполусухого прессованияВцеляхисследованиязависимостипрочностныхсвойствгипсодревесного композита от совместного влияния величины давленияпрессования иводосодержания использовалась композиция, в составкоторой входил дигидрат сульфата кальция, гидроксид кальция и опилки всоотношении 70,2  72,8 / 207  23,5 / 7,3  7,7 % по массе, соответственно.

Висследованиях был применен двухфакторный эксперимент.Прессующее давление варьировалось в интервале 20  30 МПа, аводосодержаниев интервале – 27  30 %. Пределы варьированияосновных факторов указаны в данных таблицы 7.2.269Таблица 7.2 – Уровни варьирования факторовУровни варьирования вкодированном выраженииХ1Х2-10+1-10+1-10+1-1-1-1000+1+1+1ПроведеннаяэкспериментальныхУровни варьирования внатуральном выражениипрессующееводосодержание,давление, МПа%202725273027202825283028203025303030статистическаяисследованийобработкапозволиларезультатовполучитьзависимостиследующего видаY=b0+b1x1+b2x2+b11x12+b22x22+b12x1x2,где У – предел прочности при сжатии гипсодревесного композита; x1 –давление прессования, х2 – влажность порошка, в кодированном виде;b0, b1, b2, b11, b12, b22 – коэффициенты, их расчетные значения для даннойзависимости указаны в таблице 7.3.Таблица 7.3 – Расчетные значения коэффициентовYПределпрочностиприсжатииb09,15479b10,14873b2-0,18871b110,58884Результаты испытаний приведены в таблице 7.4.b120,3175b22-0,78117270Таблица 7.4 – Экспериментальные значения пределов прочности присжатии гипсодревесного композитаДавление прессования, МПа, при водосодержании в смеси:YRсжср, МПа27 %28 %30 %2025302025302025309,19,37,79,210,59,78,79,08,4Полученная математическая зависимостьгипсодревесного композитапредела прочностиот совестного воздействия прессующегодавления и количества воды в составе смеси принимает вид:Y1(Rсж) = f(X1,Х2) = 9,15479 + 0,14873x1 + (0,18871)x2 + 0,58884x12+ (0,78117)x22+ 0,3175x1x2;Построенные по данному уравнению зависимости приведены нарисунках 7.7 и 7.8.В соответствии с рисунком 7.7 установлено, чтопрессующеедавление практически не отражается на прочности гипсодревесногокомпозита.

Так, в случае повышения давления в диапазоне 20  25 МПа,предел прочности композита увеличивается всего лишь на 14 %. Ростпрочностивызванструктурообразованиясозданиемболеедигидрата,благоприятныхростакристаллизационных контактов срастания.количестваусловийидляплощади271Предел прочности присжатии, МПа12211110398762021222324252627282930Давление прессования, МПаВлажность 26%Влажность 28%Влажность 30%Рисунок 7.7 – Влияние давления прессования на прочностьбезобжигового композита с добавкой отхода деревообработки(влажность пресс-массы: 1 – 27 %; 2 – 28 %; 3 – 30 %)Винтервалеизменениядавления25  30 МПапрочностьуменьшается, падение составляет около 10 %, что, по-видимому, вызваноростом деформаций в волокнистом наполнителе.

Они и могут вызыватьразрушение части фазовых контактов в момент снятия нагрузки.Наосновании полученных данных в дальнейших исследованиях свойствгипсодревесного композита диапазон давлений ограничивается 30 МПа.Предел прочности при сжатии, МПа27212211311098762627282930Влажность сырьевой смеси, %Рисунок 7.8 – Влияние влажности пресс-массы на прочностьбезобжигового композита с добавкой отхода деревообработкипри давлении прессования:1 – 20 МПа; 2 – 25 МПа; 3 – 30 МПаПолученными данными исследований установлена оптимальнаявлажность пресс-массы для данного интервала изменений прессующегодавления, равная 28 % в соответствии с рисунком 7.8.

Зависимость малопроявляет себя в отношении давления, однако вследствие недостаточногоуплотнения жёсткой смеси композит имеет пониженные характеристики, апривлажности,превышающейоптимум,формирования более пористой структуры.прочностьпадаетиз-за2737.2.3 Влияниепрессующего давления на структурные свойствабезобжигового композитаНаиболее важная структурнаякомпозитаконденсационногохарактеристика безобжиговоготвердениясдобавкой–отходомдеревообработки – его плотность.Какибезобжиговоговслучаеисследованияпрочностныххарактеристиккомпозита с добавкой опилок поперечной распиловки вданной работе были использованы данные экспериментов, приведенныхранее (п. 7.2.2).Величины рассчитанных коэффициентов для уравнений связиплотности и величин прессующего давления и влажности приведены втаблице 7.5.Таблица 7.5 – Расчетные коэффициентыМатематическое уравнение, адекватно описывающее зависимостьплотности композита от совместного влияния параметров – влажности ипрессующего давления имеет вид:Y2(ρ0) = f(X1, Х2) = 1,07224 + ( - 0,00334)x1 + (-0,04342)x2 ++ 0,04005x12+0,5005x22+0,005x1x2.Величина средней плотности мало зависит от значений прессующегодавления в соответствии с рисунком 7.9.

Определяющим для плотностиявляется параметр влажности сырьевой смеси, плотность падает приувеличении водосодержания в интервале изменения значений 27  28 %.274Падение плотности составляет 8 %. При более высоком водосодержанииизменения плотности не происходит в связи с повышенной пористостьюгипсового камня, как матрицы безобжигового композита, содержащей водув качестве несжимаемой фазы. Поэтому давление не играет в этом случаероли, определяющей количество фазовых контактов в структуре дигидратаи уплотнение системы.Средняя плотность, г/см31,41231,210,80,6202530Давление прессования, МПаРисунок 7.9 – Влияние прессующего давления и влажностигипсоопилочной смеси на среднюю плотность безобжигового композита сдобавкой отхода деревообработки(влажность сырьевой смеси: 1 - 27 %;2 – 28 %;3 – 30 %)275Понижение давления от 30 до 25 (МПа) объясняется сокращениемколичества фазовых контактов в соотнесении с площадью поверхностиприложения давления, в то время как давление в индивидуальном контактезерен дигидрата остается тем же.Следовательно, если оценивать систему с позиций получениянаименьшей плотности при достаточной прочности, то в дальнейшейработе необходимо остановиться на следующих параметрах: влажностьрекомендуется поддерживать, близкую к 28 %, а прессующее давление –близким к 25 МПа.7.2.4Зависимость физико-механических свойств гипсодревесногобезобжигового композита от содержания алюмоаммонийной добавкиВвидунеобходимостиулучшениясвойствгипсодревесныхкомпозитов исследовались зависимости основных физико-механическиххарактеристик от добавки алюмоаммонийных квасцов.

Для исследованиязависимости прочности и плотностимодифицированного квасцамикомпозита в работе использовали состав, который представлен дигидратомтехногенногопроисхождения,гидроксидомкальцияишлакопортландцементом.Дляповышениядеформативныхпоказателейпресс-массыисследовались составы, в которых варьировалось содержание древесногокомпонента и алюмоаммонийных квасцов.Опилкивводилисьвколичестве0  15%.Содержаниеалюмоаммонийных квасцов изменялось в интервале 0  0,7 %.Влияния процентного содержания квасцов на предел прочности ина величину плотности гипсодревесного композита приведены на рисунке7.11.276Средняя плотность, г/см31,241,2311,161,1221,081,0412627282930Влажность смеси, %Рисунок 7.10 − Влияние прессующего давления и влажностигипсоопилочной смеси на плотность композита(давление прессования: 1 – 20 МПа; 2 – 25 МПа; 3 – 30 МПа)Проведенные исследования показали, что использование квасцов всмеси без опилок ухудшает прочность композита.

Характеристики

Список файлов диссертации