Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состав, технология и свойства арболита 9
1.1 Основные виды, свойства и применение арболита 9
1.2 Технологические особенности изготовления арболита 18
1.3 Направления улучшения свойств арболита 22
1.4 Обоснование получения лигнополимерсиликатного арболита. Постановка задачи исследования 27
Выводы по главе 1 31
Глава 2 Материалы и методы исследований 33
2.1. Характеристики сырья 33
2.1.1. Компоненты вяжущего 33
2.1.2. Заполнители и наполнители 34
2.2. Методологические подходы к исследованию свойств арболита 36
2.2.1. Определение адгезии вяжущего к заполнителю 36
2.2.2. Определение реологических свойств вяжущего 37
2.2.3 Определение гидрофизических свойств вяжущего и арболита 38
2.2.4 Определение теплопроводности 41
2.2.5 Определение прочности вяжущего и арболита 41
2.2.6 Оценка достоверности результатов испытаний 42
2.2.7 Рентгенофазовый анализ 43
2.2.8 Электронная микроскопия 44
Глава 3 Технология и свойства лигнополимерсиликатного вяжущего 46
3.1 Подбор и оптимизация состава вяжущего и состава арболита 46
3.2 Кинетика твердения вяжущего 49
3.3 Прочность, водостойкость, водопоглощение 54
3.3. Адгезия к древесному заполнителю 60
3.4. Изучение структуры вяжущего и прогнозная оценка ее стабильности 63
Выводы по главе 3 68
Глава 4 Технология и свойства лигнополимерсиликатного арболита 70
4.1. Технологическая схема производства опытных изделий 70
4.1.1. Подготовка сырьевых компонентов 70
4.1.2. Приготовление вспененного вяжущего 71
4.1.3. Смешение компонентов состава 71
4.1.4.Формование и твердение изделий 73
4.2 Плотность и прочность арболита 76
4.3 Водопоглощение и водостойкость 79
4.4. Теплопроводность 81
4.5. Определение технико-экономический эффективности производства и применения лигнополимерсиликатного арболита 84
4.6 Разработка технологической инструкции 89
Выводы по главе 4 98
Основные выводы по диссертации 100
Список литературы 102
- Основные виды, свойства и применение арболита
- Кинетика твердения вяжущего
- Изучение структуры вяжущего и прогнозная оценка ее стабильности
- Разработка технологической инструкции
Введение к работе
Актуальность темы. Ведущим направлением
технической политики энерго- и ресурсосбережения в
производстве строительных материалов является
комплексное использование сырья, в том числе
органических и минеральных отходов промышленности, создание на их основе новых органо-минеральных композитов, в частности, арболита с улучшенными свойствами для теплоизоляции и конструктивного применения в малоэтажном домостроении.
Опыт показывает, что свойства арболита заметно улучшаются при использовании полимерсиликатного вяжущего — жидкого силиката натрия, модифицированного добавками полимеров. По сравнению с цементным полимерсиликатный арболит обладает повышенной водо- и атмосферостойкостью, меньшей теплопроводностью, пониженной горючестью. Технология его проста и экологически безвредна.
В то же время действие полимерных добавок на силикатное вяжущее еще недостаточно изучено, в частности не определено их влияние на процесс твердения и адгезию к древесному заполнителю.
Это послужило основой диссертационного исследования, которое выполнялось в рамках комплексной программы энерго- и ресурсосбережения в строительстве Республики Хакасия, в соответствии с межвузовскими научно-техническими программами «Строительство» и «Интеграция науки и высшего образования», по плановой бюджетной теме НГАСУ «Разработка полимерсиликатных систем и создание нового класса материалов на их основе».
Цель исследования: Разработать состав и предложить технологию получения арболита на модифицированном силикатном вяжущем с применением лигнина как эффективного компонента, улучшающего структуру и эксплутационные свойства материала.
РОС НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛИОТЕКА
' —'
Задачи исследования:
Проанализировать составы, свойства, технологию и опыт применения различных видов арболита;
Изучить существующий опыт по свойствам, составам и способам изготовления арболита на минеральных и органоминеральных вяжущих;
Подобрать и оптимизировать состав арболита на
силикатном вяжущем с добавками
бутадиенстирольного латекса и гидролизного
лигнина как наполнителя и заполнителя, изучить
свойства сырьевых компонентов;
Определить основные технические свойства арболита
на силикатном вяжущем с добавками латекса и
лигнина;
Предложить технологию изготовления лигнополимерсиликатного арболита;
Произвести опытную проверку эксплутапионных свойств разработанного материала и оценить технико-экономическую эффективность его производства и применения.
Научная новизна:
Введение тонкодисперсного лигнина (с размером
частиц 10-100 мкм) повышает прочность
полимерсиликатного вяжущего, содержащего
растворимое стекло, кремнефторид натрия и
бутадиенстирольный латекс. При введении 3 - 5 %
лигнина прочность при растяжении образцов
затвердевшего вяжущего увеличивается с 0,5 до 0,75-
1,0 МПа. Зависимость прочности от содержания
лигнина имеет экстремальный характер и связана с количеством латекса в вяжущем. Оптимальное содержание в вяжущем составляет (мас.%): лигнин -3...5; латекс - 3...7. Добавление лигнина усиливает адгезию вяжущего к поверхности древесного заполнителя;
Введение лигнина существенно повышает
водостойкость полимерсиликатного вяжущего как
при кратковременном, так и при длительном
воздействии влаги. При содержании лигнина до 5 % мае. коэффициент водостойкости составляет 0,8-0,82. Добавление лигнина обеспечивает снижение водопоглощения полимерсиликатного вяжущего и уменьшение его набухания в 1,34 раза;
Использование в качестве наполнителя арболита лигнина с размером частиц 2-2,5 мм позволяет уменьшить плотность материала, сократить расход древесных опилок, исключить использование портландцемента и необходимость тепловлажностной обработки изделий. При содержании в составе арболита до 45 мае. % лигнина, до 25 мас.% опилок и 30-35 мае. % лигнополимерсиликатного вяжущего прочность при сжатии арболита составляет 0,87 МПа, плотность 450 кг/м. Арболит не изменяет существенно свою прочность при насыщении водой;
Существенное уменьшение теплопроводности арболита обеспечивается, если объемное содержание лигнина больше, чем древесных частиц. Вследствие развитой пористости частиц лигнина коэффициент теплопроводности арболита с его добавкой составляет 0,06 Вт/мС. Снижению теплопроводности способствует применение вспененного вяжущего. актическое значение:
Предложен состав лигнополимерсиликатного вяжущего, содержащий (мас.%): жидкое стекло -72... 82; кремнефторид натрия - 8... 10; тонкодисперсный лигнин (10-100 мкм) - 3...5; бугадиенстирольный латекс — 3...7. Вяжущее имеет жизнеспособность 45-70 мин, прочность при растяжении 0,6 - 0,91 МПа, адгезию к древесному заполнителю 0,3 - 0,4 МПа (заявка на изобретение № 2003124410/03 (025886) от 04.08.03 «Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных изделий»);
Предложен состав арболита на
лигнополимерсиликатном вяжущем (мас.%): вяжущее - 30...35; древесный заполнитель - 25...30; зерновой лигнин (2-2,5 мм) - 35...45. Материал имеет
плотность 450-500кг/м3, прочность при сжатии 0,87-1,02 МПа, коэффициент теплопроводности 0,06-0,07 Вт/мС (заявка на патент № 2004105131/03(005391)от 20.02.04 «Способ изготовления теплоизоляционного материала»);
Разработана, прошла производственную экспертизу и
проверена в производственных условиях технология
лигнополимерсиликатного арболита. Она может быть
реализована на типовом оборудовании для
изготовления арболита;
Разработана «Временная инструкция по изготовлению лигнополимерсиликатного арболита», утверждена производственным предприятием «Технология» г. Абакана в 2004г.;
Результаты исследования использованы в дипломном проектировании по специальности «Промышленное и гражданское строительство» в Хакасском техническом институте.
Апробация работы: Результаты исследования доложены
на ежегодных научных конференциях профессорско-
преподавательского состава Новосибирского
государственного архитектурно-строительного университета
и Хакасского технического института в 2002, 2003, 2004 г.г.;
на научно-технических конференциях: «Устойчивое развитие
Северо-Запада России», Архангельск, 2002 г.; «Надежность и
долговечность строительных материалов и конструкций»,
Волгоград, 2003 г.; «Ресурсы, технологии, рынок
строительных материалов XXI века», Новосибирск, 2003 г.;
«Актуальные проблемы строительства и строительной
индустрии», Тула, 2003 г.; «Актуальные проблемы
градостроительства и жилищно-коммунального комплекса»,
Москва, 2003 г.; «Перспективы синергетики в XXI веке»,
Белгород, 2003 г.; «Проблемы строительного комплекса
России», Уфа, 2004.; «Экология, образование, наука,
промышленность и здоровье», Белгород, 2004 г.
Публикации, Основные положения работы
опубликованы в 9 печатных трудах: 3 статьи, в т.ч. журнал «Жилищное строительство» (с внешним рецензированием);
доклады (тезисы) в сборниках Международных и Всероссийских научно-технических конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и приложений; содержит 149 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 25 рисунков, список использованной литературы из 100 наименований.
Основные виды, свойства и применение арболита
Более полувека известно производство арболита на портландцементе [1]. Сырьем для него служат дробленые отходы лесопиления (горбыли, рейки, обрезки досок), лесозаготовок (сучья, вершины, ветки, корни), деревообработки (стружки, дробленка, опилки), стебли кустарников и однолетних растений. Используется древесина различных пород - сосны, ели, лиственницы, березы, осины, ольхи, тополя, а также одревесневшие остатки сельскохозяйственных растений [2]. Вяжущим служит портландцемент марок 400 и 500. В состав цементного арболита вводят химические добавки минерализаторы, ограничивающие негативное влияние экстрактов древесины на твердение и сцепление цемента с заполнителем, а также добавки, ускоряющие твердение, повышающие водо-, морозо- и атмосферостойкость материала (ускорители, модификаторы, гидрофобизаторы и др.) [3]. Таким образом, цементный арболит представляет композиционный древесный материал [4, 5, 6, 7].
Достоинства арболита - малая плотность, низкая теплопроводность, достаточная прочность, сопротивление возгоранию и загниванию. Производится теплоизоляционный арболит - со средней плотностью до 500 кг/м и конструкционный - со средней плотностью 500-850 кг/м . В зависимости от прочности на сжатие эти виды арболита делят на классы
В 0,35; В 0,75; В 1,0 (теплоизоляционный); В 1,5; В 2,0; В 2,5; В 3,5 (конструкционный) [8] (табл. 1.1).
Состав арболита подбирается для определенного класса материала. Например, арболит класса В 2,5 имеет состав (кг/м ): портландцемент М500 - 330; древесный заполнитель - 220; вода - 390; хлорид кальция -6,6 [1,9]. В качестве минерализаторов могут быть комплексные добавки, состоящие из жидкого стекла и сернокислого алюминия [10]. Для улучшения конструкционных свойств в состав арболита добавляют песок [11,12] или золу ТЭС [13,14,85].
Арболит состава для класса В 2,5 при плотности 610-650кг/м имеет коэффициент теплопроводности - 0,1-0,255 Вт/мС; коэффициент морозостойкости после 25 циклов стандартного замораживания и оттаивания - 0,8; снижение прочности после 25 циклов попеременного увлажнения и высушивания - 50 %. При действии огня в течение одного часа обугливается на толщину 3-5 см; при устранении огня горение прекращается. Цементный арболит из отходов лесопиления и лесозаготовок обладает конструкционными свойствами (табл. 1.2). Расход материалов для получения цементного арболита зависит от класса материала (табл. 1.3).
Цементный арболит используют преимущественно в ограждающих конструкциях - стенах, кровельных покрытиях, и как заполнитель трехслойных панелей из асбестоцемента и древесных плит. Материал гигроскопичен: сорбционное увлажнение составляет 4-12 % при относительной влажности окружающего воздуха, соответственно, 40-90%. В этих условиях арболит не загнивает. Конструкционный арболит можно армировать стальными стержнями, сетками, проволокой, получая при этом несущие и ограждающие панели [9,15]. При этом учитывают влияние экстрактов древесного заполнителя, водородный показатель среды. Необходима защита арматуры независимо от добавок-ускорителей твердения [16].
Для снижения расхода портландцемента и уменьшения теплопроводности материала применяют метод вспенивания вяжущего с помощью пенообразователей - мездрового клея, канифоли, сернокислого алюминия и др. Плотность арболита на вспененном вяжущем 400-500 кг/м3, прочность при сжатии 3-5 МПа, коэффициент теплопроводности 0,09-0,18Вт/мС[17, 18, 19,20].
Представителем конструкционного арболита на вспененном вяжущем является стружкопенобетон; его приготовляют из цемента, древесных стружек (10- 30 % от массы цемента), песка, воды и пенообразователя. Перед введением в цементную пену стружки обрабатывают 2-4 % - ным раствором хлорида кальция - нейтрализатором экстрактивных веществ. Плотность материала 800 - 1000 кг/м3, прочность при сжатии 2,5 - 4 МПа, теплопроводность 0,27 - 0,37 Вт/м С. Материал не горюч, конструкции с его применением имеют предел огнестойкости не менее 2 ч [5].
Для улучшения физико-механических свойств арболита на портландцементе рекомендуется применять вяжущее низкой водопотребности (ВНВ), которые получают помолом цемента марки 400 с добавлением пластификатора-С-3. В зависимости от расхода цемента различают ВНВ марок 100, 50, 30. Для получения арболита стандартного качества достаточно применение вяжущих ВНВ -50 и ВНВ-30 [21].
Арболит на вяжущем ВНВ-100 при обработке древесного наполнителя раствором жидкого стекла в количестве 4% от массы вяжущего имеет плотность 725 кг/м3, а прочность при сжатии - 6 МПа; на вяжущем ВНВ-50 прочность 5 МПа; на вяжущем ВНВ-30 - 4 МПа. Это выше, чем у арболита на портландцементе при одинаковом расходе вяжущего. Водопоглощение материала - 42%, теплопроводность 0,1-0,255 Вт/мС - как у арболита на портландцементе. Применение - в малоэтажном домостроении.
С целью снижения вредного действия на цемент водорастворимых веществ древесины, был предложен арболит на белитошламовом цементе [22]. Белитошламовый цемент обладает свойствами гидравлического и воздушного вяжущего. Исходным материалом для него служит белый шлам -отход химико-металлургического производства, обожженный во вращающихся печах при температуре 650-700С с последующим помолом совместно с добавкой гипса (12-15% по массе). Арболит на белитошламовом цементе имеет плотность 650-700 кг/м3, прочность при сжатии 2,5-3 МПа и коэффициент теплопроводности 0,15 Вт/мС.
Эффективным материалом является арболит на быстротвердеющем нефелиновом цементе [23]. Его состав (мае. %): древесный заполнитель - 32-52; нефелиновый цемент - 24-39; хлорид кальция - 8-15; вода - остальное. Уже в ранние сроки твердения материал обладает достаточной прочностью (табл. 1.4). Близкие свойства имеет арболит на белито-алюминатном вяжущем [24].
Применяется арболит на гипсовом вяжущем. Достоинство вяжущего в том, что на его твердение не влияют органические экстракты древесины. В то же время гипс недостаточно водостоек, слишком быстро схватывается, поэтому в производстве гипсового арболита применяют добавки, замедляющие схватывание и повышающие водостойкость материала.
Кинетика твердения вяжущего
Особенность кинетики твердения вяжущего в том, что оно содержит органические и минеральные компоненты, твердеющие по разным механизмам. Минеральные компоненты - это жидкое стекло с отвердителем; органические - бутадиенстирольный латекс с порошком гидролизного лигнина. Скорость твердения и взаимодействие с наполнителями у названных компонентов существенно различны; при сравнении и анализе протекающих реакций установлено, что определяющим по формированию структуры и свойств является процесс взаимодействия жидкого стекла с дисперсией полимера в присутствии наполнителя.
Самостоятельно жидкое стекло твердеет на воздухе от нескольких часов до суток вследствие высыхания и выделения аморфного кремнезема под действием содержащегося в воздухе углекислого газа: Na20 nSiO, + С02 = Na2C03 + nSi02 (3.5)
Образуется гель, уплотняющийся по мере удаления влаги. Бутадиенстирольный латекс твердеет по схеме отсасывания влаги (водной фазы) пористой поверхностью, в результате чего сближаются и слипаются глобулы полимера. Процесс происходит сравнительно быстро - от 0,5 до 1,5 часа, но назвать это твердением практически нельзя, т.к. образовавшиеся продукты - пленки, прослойки, включения между зернами заполнителя обладают высокой эластичностью. Кинетика твердения жидкого натриевого стекла и бутадиенстирольного латекса зависит от наиболее активного компонента. Жидкое натриевое стекло, процесс твердения которого управляем, является доминирующим компонентом.
Согласно теории композиционных материалов наполнители определяют взаимодействия в системе, т.к. служат центрами микроструктурных образований, они выступают регуляторами основных свойств композиции [41]. В рассматриваемой системе таким регулятором является гидролизный лигнин - пористый органический наполнитель. Его остаточная кислотность, способная каталитически влиять на процесс твердения, корректируется щелочным компонентом - жидким стеклом. Взаимодействия, возникающие при контакте связующего с наполнителем, влияют на кинетику твердения всей композиции [63].
Кинетика твердения лигнополимерсиликатного вяжущего определяет его жизнеспособность — важный технологический показатель - время от приготовления состава до момента потери его технологической пригодности. Для исследования жизнеспособности состава изменение его вязкости определяли при различном сочетании компонентов.
Как показывает график (рис. 3.1), вязкость жидкого стекла с отвердителем начинает изменяться спустя час после приготовления и возрастает сравнительно медленно (кривая 1). После введения в состав бутадиенстирольного латекса, в количестве 5 % от массы жидкого стекла, начальная вязкость композиции уменьшается с 20 - 25 с до 14 - 17 с, однако уже через 65 мин она достигает вязкости жидкого стекла, а через 90 мин превышает ее на 20 с. Это можно объяснить тем, что примерно в течение часа водная фаза из латекса перераспределяется в структуре кремнегеля и на вязкость начинают оказывать влияние глобулы полимера. После введения в полимерсиликатную композицию порошкообразного лигнина начальная вязкость композиции становится выше, чем у жидкого стекла и начинает увеличиваться по возрастающей кривой 3. При содержании 3 % лигнина начальная вязкость состава примерно 40 с; через 58 мин она возрастает до 100 си продолжает увеличиваться до порога имзмерительной способности вискозиметра ВЗ - 4 (250 - 300 с), который достигается уже через 62 - 64 мин. Это время можно считать жизнеспособностью по ВЗ - 4 для данного содержания лигнина (3 %).
Вязкость состава исследовали при содержании порошка лигнина до 7 % (рис. 3.2). Добавка лигнина значительно повышает вязкость состава, максимальное значение вязкости (250 с) соответствует составу с содержанием (мае %): лигнина - 7 и латекса — 7. Наступает такое состояние смеси, при котором ее прохождение через сопло вискозиметра резко замедляется. Это создает впечатление, что состав непригоден как вяжущее. В действительности консистенция состава, загущенная латексом, еще способна выполнять функции вяжущего, а ее жизнеспособность больше. Чтобы установить это, для измерения вязкости использовали прибор Вика. Измерение вязкости этим прибором подтверждает характер изменения вязкости, обнаруживаемый при помощи чашечного вискозиметра ВЗ - 4 (рис. 3.3). Как отмечено в главе 2, на приборе Вика определяют густоту состава в качестве показателя вязкости путем измерения расстояния, на которое пестик не доходит до основания, это расстояние называют глубиной погружения. Так, глубина погружения пестика в полимерсиликатное вяжущее на начальном этапе его приготовления (при введении 5 % латекса от массы жидкого натриевого стекла), составляет 0,01 мм и только через 78 80 мин начинает превышать 1 мм, что соответствует началу структуризации и потере жизнеспособности (кривая 2). Таким образом, жизнеспособность полимерсиликатного вяжущего на приборе Вика составляет 78-80 мин. При введении в полимерсиликатное вяжущее порошкообразного лигнина, в количестве 3 % по массе, глубина погружения пестика на начальном этапе приготовления состава такая же, как у полимерсиликатного вяжущего, но уже через 65 мин она достигает 1 мм, затем резко возрастает (кривая 3). В данном случае жизнеспособность лигнополимерсиликатного вяжущего составляет 65 мин. Добавка лигнинного порошка сверх 3 % сокращает жизнеспособность состава (рис. 3.4), это может отрицательно повлиять на технологию изготовления арболита. Таким образом, количество вводимого в состав лигнина, при содержании латекса от 3 до 7 %, должно ограничиваться 3 - 5 %, при этом жизнеспособность вяжущего находиться в пределах от 45 - 70 мин, это нормальная продолжительность для совершения всех технологических операций.
Изучение структуры вяжущего и прогнозная оценка ее стабильности
При совмещении вяжущего вещества с наполнителем и добавками, согласно полиструктурной теории, происходит формирование микроструктуры композиционного материала [65]. При этом свойства материала зависят от степени наполнения, дисперсности и поверхностной активности наполнителя, концентрации и молекулярной массы вяжущего.
Будучи сформированной в технологическом процессе получения композиционного материала, микроструктура не остается неизменной. В ней происходит взаимоперемещение элементарных частиц, взаимодействие с окружающей средой, переход вещества из одного состояния в другое под влиянием перераспределения связей. Микроструктура лигнополимерсиликатного арболита была изучена с помощью рентгенограмм, при этом рентгеноанализ проводился на каждом этапе введения следующего компонента.
При изучении структуры жидкого стекла с добавлением в него кремнефтористого натрия при помощи рентгеновского дифрактометра CubiXRD PRO получили рентгенограмму с характерными для фторида и кремнефторида натрия пиками (рис. 3.12). При этом сама рентгенограмма не имеет четко выраженной линии фона, кристаллическая фаза представлена очень малым количеством Na2SiF6 и NaF. При твердении жидкого стекла его структура получается неплотной, с усадочными дефектами, вызванными особенностями структурирования коллоидных систем. После введения в состав жидкого стекла бутадиенстирольного латекса, отмечено некоторое уменьшение количества пиков, отражающих фторид - и кремнефторид натрия (рис. 3.13). Это может свидетельствовать о том, что бутадиенстирольный латекс химически не взаимодействует со структурой жидкого стекла.
При введении в полимерсиликатное вяжущее порошкообразного лигнина рентгенограмма обретает более четко выраженную линию фона, отмечается появление пиков отражающих заметно большее количество в составе кремнефтористого натрия (рис. 3.14), что свидетельствует о процессе его кристаллизации. Этот факт говорит о том, что структура полимерсиликатного вяжущего становится более упорядоченной. Согласно теории полимерных силикатных наполненных композитов [62] структурные звенья полимерсиликатного вяжущего ориентируются в силовом поле наполнителя (порошка гидролизного лигнина), таким образом, что аморфность структуры уменьшается, а степень кристалличности (псевдокристалличности, упорядоченности) возрастает. В процессе приготовления лигнополимерсиликатного вяжущего в нем происходят процессы самоорганизации структуры, характерные для кластерных систем, обусловленные избытком свободной поверхностной энергии дисперсных частиц. Кластерами в исследуемой системе (лигнополимерсиликатной) являются группы частиц наполнителя (порошка гидролизного лигнина), смоченных (каждая) полимерсиликатным связующим и отстоящих друг от друга на расстоянии, соответствующем перекрытию радиуса ближнего действия граничных слоев. В области перекрытия этих слоев образуется уплотненная и упрочненная зона связующего, называемая пленочной матрицей.
При образовании кластеров частицы наполнителя (порошка лигнина) группируются таким образом, чтобы полимер в пространстве между ними переходил в ориентированное состояние. Это, вызвано стремлением частиц лигнина отдельно и в совокупности снизить, свою поверхностную энергию. При контакте с поверхностью лигнина молекулы полимерсиликатного вяжущего ориентируются, структура вяжущего упорядочивается, что позволяет сравнить ее с однороднокристаллической, в то время как в массиве лигнополимерсиликатного вяжущего после вымачивания в агрессивной среде она неоднородна: содержит надмолекулярные образования различных размеров.
Для прогнозирования структурной стабильности лигнополимерсиликатного вяжущего образцы вымачивали в агрессивной среде (водный экстракт из древесных опилок), а затем исследовались на рентгеновском дифрактометре - CubiXRD PRO. Полученная рентгенограмма (рис. 3.15) практически не изменилась, по сравнению с рентгенограммой лигнополимерсиликатного вяжущего, что свидетельствует о его структурной стабильности.
Таким образом, предположенная научная гипотеза (п. 1.4, стр. 29) о структурообразующих свойствах микронаполнителя - лигнина, подтверждается практическими исследованиями. Результаты поллуколичественного анализа и графическое построение рентгенограмм приведены в приложении.
При изучении влияния микронаполнителя гидролизного лигнина на микроструктуру полимерсиликатного вяжущего с помощью электронной микроскопии установлено, что совместный контакт кремнегеля и бутадиенстрольного латекса с поверхностью высокопористого микрозаполнителя (лигнин) обеспечивает оптимальную структуру композита, характеризующуюся отсутствием неориентированных участков матрицы (рис. 3.16). Это достигается тем, что микронополнитель лигнин, обладая высокой дисперсностью, взаимодействует с молекулами кремнегеля и бутадиенстирольного латекса создавая при этом максимальный радиус их ориентации.
Разработка технологической инструкции
Приготовление арболитовой смеси включает:
- подачу предварительно высушенных древесных опилок со склада ленточным конвейером Т - 164 - В на грохот;
- фракционирование высушенных опилок на грохоте СМ - 742;
- подачу фракционированных опилок в наполнительный (расходный) бункер.
Из бункера лигнина и из бункера опилок через дозаторы АВДИ 1200М заполнитель, в заданном соотношении, поступает в бетоносмеситель для приготовления арболитовой массы. Одновременно из лопастного растворосмесителя приготовленный состав вяжущего поступает в бетоносмеситель. Смесь перемешивается в течение 2-3 минут, пока вяжущее сохраняет свою жизнеспособность. Для перемешивания состава используется стационарный бетоносмеситель периодического действия С -230 - Д, с емкостью смесительного барабана 1000 л, объем готового замеса 800 л, число замесов віч составляет не менее 20.
Изделия из лигнополимерсиликатного состава формуются в виде плит размером 500x500 мм, толщиной по теплотехническому расчету. Формование производится горизонтально в металлических формах, снабженных металлическими крышками, которые снимают после приобретения арболитом распалубочной прочности. Перед укладкой смеси формы очищают и покрывают с внутренней стороны антиадгезионными смазками.
Допускается изготовление арболитовых изделий в сборно-разборных металлодеревянных или деревянных формах, при условии надежной смазки и предохранения древесины от разбухания. Смазка не должна разрушать материала форм, а также поверхности арболитового изделия, оставлять пятен и загрязнений, препятствовать сцеплению арболита с поверхностью теплоизолирумых конструкций, вредно влиять на здоровье рабочих.
Рекомендуется применять смазки, которые могут наноситься механизированным способом (пистолетом - распылителем и т.п.). К таким смазкам относятся: петролатумно — керосиновая смесь (1 мае. ч. петролатума на 2 - 3 мас.ч. керосина); мыльно - керосиновая эмульсия , состава 1:3:0,5 (мыло : керосин : вода); стеарино — керосиновая или парафино - керосиновая смазка состава по массе 0,4:1 (стеарин : керосин). Расход смазки не более 200 г на 1 м обрабатываемой поверхности.
Приготовленная лигнополимерсиликатная смесь при помощи дозатора ДЖ - 100 поступает на технологическую линию для формования. Формовочная технологическая линия представляет собой тележечный конвейер с приводом и тележкой, на которой находится форма. Тележка с подготовленной формой с помощью привода устанавливается под бункер для арболита. Уложенная арболитовая смесь перемещается на пост уплотнения, оснащенный вибропрессом. После этого тележка с формой, в которой изделие зафиксировано съемной крышкой, перемещается на пост выдержки. Форма с изделием снимается, а на тележку устанавливается другая форма, которая подготовляется для формования. После этого процесс повторяется.
Для уплотнения смеси в формах применяется вибрирование без пригрузов, продолжительность уплотнения в среднем 1 мин. Режим уплотнения устанавливается опытным путем, он должен обеспечить получение арболита заданной прочности и плотности.
Для ускорения процесса твердения и удаления излишней влаги рекомендуется применять тепловую обработка в сушильных камере при температуре не более 40С и относительной влажности 40-60%. Продолжительность выдержки изделий в сушильной камере устанавливается опытным путем. При тепловой обработке изделий в сушильных камерах предпочтение отдается теплоносителям, содержащим углекислый газ (дымовые газы, отходящие газы от сушильных барабанов). Формы с арболитовой смесью находятся в камере в течение 6 часов.
После тепловой обработки, а также после достижения лигнополимерсиликатным арболитом 50% проектной прочности (но не менее 0,4 МПа) изделия поступают на пост распалубки. На этом посту изделия распалубливаются, выдерживаются 7 суток в цехе для набора прочности и направляются на склад готовой продукции. На складе готовой продукции распалубленные изделия укладываются в стопы, через прокладки, препятствующие их слипанию и способствующие их аэрации. Изделия отгружают потребителю при условии набора 70% проектной прочности лигнополимерсиликатного арболита.
Контроль качества затвердевшего арболита и изделий из него предусматривает испытание образцов, изготовленных в процессе пооперационного контроля, а также выпиленных из изделий. Кроме того, могут быть испытаны сами изделия. До начала испытания образцы выдерживают в одинаковых с контролируемыми изделиями условиях.
Согласно ГОСТ 17177 - 87 для определения прочности при сжатии используют образцы - кубики размером 5x5x5 см, которые нагружают в испытательном прессе со скоростью 5 - 10 мм/мин. Образец устанавливают в машину так, чтобы сжимающее усилие было направлено параллельно оси образца. Разрушающей считают нагрузку, отмеченную в момент разрушения образца или в момент достижения 10 % деформации. Перед испытанием образцы обмеряют штангенциркулем по ГОСТ 166-80, определяют поперечное сечение по середине граней.
Плотность арболита и его влажность определяют по ГОСТ 11050 - 84. При этом образцы сушатся при температуре не выше 105 С. Плотность определяют путем взвешивания кубов с естественной влажностью до их испытания на прочность при сжатии. Визуальным осмотром оценивают структуру арболита и внешний вид изделия, наличие сколов, расслоений и т.п. Прочность и плотность контрольных образцов определяют в возрасте 7 суток в соответствии с нормативными требованиями.
Для создания безопасных условий труда при приготовлении арболитовой смеси необходимо содержать в чистоте и не загромождать площадки в пределах рабочей зоны, а также оставлять достаточные по ширине проезды для подачи материалов со склада и вывоза готовой продукции. Все рабочие механизмы должны быть освещены. Подъемники, бункера, лотки должны иметь ограждения, а электродвигатели — заземление.