Состав арболита пропорции: пропорции на 1 куб.м. по ГОСТу для изготовления материала своими руками в домашних условиях, рецепт смеси для арболитовых блоков

Автор

Содержание

Состав арболита, пропорции компонентов, характеристики, плюсы и минусы

Арболит является одним из представителей легкого бетона и используется при строительстве зданий и сооружений любого предназначения. Возведение загородных домов, дач и надворных построек станет бюджетным мероприятием, если в качестве основного материала выбрать арболит. Его применяют в виде блоков для устройства наружных несущих стен и внутренних перегородок, а также из него изготавливают различные плиты и панели.

Оглавление:

  1. Из чего состоит арболит?
  2. Пропорции компонентов и нюансы изготовления
  3. Плюсы и минусы

Технические характеристики:

  • плотность: 600-650 кг/м3;
  • прочность на сжатии: до 1 МПа;
  • прочность на изгибе: до 1 МПа;
  • теплопроводность: 0,07-0,17 Вт/мхК;
  • морозоустойчивость: 50 циклов;
  • звукопоглощение: 126-2000 Гц;
  • поглощение влаги: 40-85%;
  • усадка: 0,5%.

Состав блоков

Арболит производят из древесного наполнителя, связующего, химических составляющих и воды. Древесный заполнитель присутствует в виде отходов деревообработки (ель, пихта, осина, сосна, береза, тополь) и растениеводства (льняная костра, рисовая солома, стебли хлопчатника). Очень крупные частицы после намокания увеличиваются в объеме, это может привести к последующему разрушению, а мелкие возьмут на себя больше цементного раствора. Оптимальный их размер – 40х10х5 мм. Его химическая активность является основным недостатком, поэтому введение древесины свежесрубленных деревьев в состав арболитовых блоков крайне не рекомендуется.

Наиболее востребованным органическим составом считается стружка древесная и щепа в пропорции 1:1 или 1:2. Помимо опилок можно брать отходы льна. Костра должна быть игольчатой формы, шириной 2-5 мм и длиной 15-25 мм. В составе сырья недопустимо присутствие инородных частиц, признаков плесени и гнили, а в зимний период – льда и снега.

Находящийся в льне сахар разрушает цемент, поэтому необходимо ввести в состав арболита химические вещества. Для улучшения качества легкого бетона, костру нужно обработать известковым молочком (2,5 кг извести растворить в 150-200 литров воды на 1 м3 наполнителя) выдержать 2 суток и перемешивать каждый день. Использование этой технологии снизит расход цемента до 100 кг на куб бетона. Еще один способ нейтрализовать сахар – это поместить костру 3-4 месяца на свежем воздухе, что придаст блокам дополнительную прочность.

Минеральным связывающим в составе смеси является портландцемент марки 400, 500 и выше. Чтобы рассчитать количество цемента на 1 куб арболита 16, нужно увеличить его значение в 17 раз. Получается: 16х17= 272 кг. Химические добавки определяют свойства арболитового блока. Независимо от климатического пояса, где будет возводиться сооружение или здание из этого строительного материала, введение их в состав обязательно. Благодаря способности нейтрализации сахара, химические вещества сделают возможным использовать древесные наполнители без ее обработки.

Такими добавками могут служить: растворимое стекло, K2SO4, гашеная известь и CaCl2. Сернокислый алюминий, соединяясь с сахарами, нейтрализует их действие увеличивая при этом прочность готового изделия. Химические вещества применяют как отдельно, так и в сочетании: Al2(SO4)3 и CaCl2 в пропорции 1:1, гашеная известь и растворимое стекло – 1:1. Перед использованием их разводят в воде, после чего соединяют с арболитовой смесью. Общая масса присадок в 1 кубометре не должно превышать 4% от всего веса цемента.

Арболит марки 30 включает добавки: Al2(SO4)3 и CaCl2 – 1:1; Na2SO4 и CaCl2 – в таком же соотношении и в количестве 4 % от всего веса цемента. Na2SO4 и AlCl3 – 1:1 в 2 % от массы связывающей части. При производстве арболита пропорции на 1 м3 замеса должны быть строго соблюдены.

Технология изготовления

Арболитовые блоки можно делать своими руками. Если нужно большое их количество, приобретают бетономешалку, трамбовку, пресс-формы и печь для сушки. Бюджетный вариант предполагает самостоятельное изготовление форм и покупку смесителя составных частей раствора. Пропорции компонентов в арболитовых блоках были рассмотрены выше, поэтому:

1. В бетономешалку постепенно насыпаем древесный наполнитель и заливаем его водой с химическими добавками, тщательно все перемешиваем.

2. Засыпаем портландцемент и, понемногу вливая воду, снова все мешаем.

3. Обрабатываем форму внутри известковым раствором.

4. Готовую смесь накладываем в формы, плотно трамбуя каждый слой. Объем заполняется до уровня 2 см от края.

5. На свободное место укладываем раствор для штукатурки. Разравниваем поверхность при помощи шпателя.

Полученный блок должен находиться в форме около 24 часов, после чего его вынимают и размещают на две недели под навес для постепенной просушки.

Как видно, технология изготовления арболитовых блоков своими руками довольно проста, а соблюдение необходимых пропорций позволит получить на выходе строительный материал, полностью соответствующий его техническим характеристикам.

Преимущества и недостатки блоков

  • высокая звуко- и теплоизоляция;
  • повышенная пожароустойчивость;
  • устойчивость к появлению плесени и к гниению;
  • обладает достаточной прочностью;
  • отсутствует необходимость в мощном фундаменте;
  • легкость и простота монтажа;
  • экологичный, невысокая стоимость.

Обладая определенной влагопроницаемостью, конструкции из арболита могут эксплуатироваться в условиях сухого режима. Во всех остальных случаях стены должны быть защищены от влаги изоляционным материалом. При строительстве стен в подвалах и цокольных этажей применение арболитных блоков не рекомендуется. Защитой от воздействия атмосферных осадков служит их гидрофобная окраска или оштукатуривание стен с двух сторон.

Прежде чем самому приступить к изготовлению арболитовых блоков, необходимо все правильно рассчитать и обдумать. При точном соблюдении технологии производства дома из этого строительного материала получатся комфортными, теплыми и недорогими.

Изготовление арболита в домашних условиях: состав и пропорции

Изготовление арболита в домашних условиях

Разделы статьи:

Домам из арболита присущи многие преимущества по сравнению с домами для строительства которых, применялся кирпич или шлакоблок. Ну, во-первых, арболитовые дома теплые, их стены не нуждаются в утеплении на зиму, что очень важно для сохранения тепла и его экономии в зимнее время года.

Кроме того, арболит делают из натуральных компонентов, основными из которых выступает портландцемент и различные отходы деревообработки. Вследствие этого, арболитовые блоки безвредны в использовании, а дома из них имеют приятный микроклимат внутри на всём протяжении эксплуатации.

Изготовление арболита в домашних условиях

Арболит — это уникальный в своём роде строительный материал, который имеет простой состав. За границей, дома из арболита строят уже сравнительно давно, в то время как у нас, этот стройматериал появился относительно недавно, лишь в середине прошлого столетия.

Дома из арболита, как было сказано выше, обладают целым рядом преимуществ, среди которых, особенно следует отметить такие:

  1. Прекрасные теплоизоляционные характеристики арболита;
  2. Возможность использования арболитовых блоков, как в качестве основного стройматериала, так и в роли утеплителя;
  3. Лёгкость в монтаже и обработке;
  4. Экологическая безвредность арболита;
  5. Достойные звукоизоляционные свойства и доступная стоимость.

Перечислять достоинства арболита можно еще долго, но в особенности хотелось бы отметить простоту изготовления этого стройматериала в домашних условиях.

Арболитовый дом легко поддаётся отделке после строительства, хотя некоторые нюансы при осуществлении оштукатуривания арболита всё же, имеются.

Состав арболита

Изготовление арболита в домашних условиях достаточное простое мероприятие. В качестве основного связующего вещества выступает портландцемент. Важно обратить внимание на марку цемента, поскольку для изготовления арболитовых блоков, цемент

нужен марок либо 400, либо 500.

Расход цемента для изготовления арболита сильно зависит от используемого наполнителя, в роли которого могут выступать различные отходы деревообработки. Как правило, это стружка таких хвойных пород древесины, как сосна и ель. Также для изготовления арболита, может быть использована щепа берёзы, тополя, осины или бука.

И, как показывает практика, расход цемента при изготовлении арболитовых блоков, можно определить следующим образом: чтобы сделать один кубометр арболитовых блоков М15, нужно приблизительно израсходовать около 250 кг портландцемента.

Кроме цемента и древесного наполнителя, важной составляющей при изготовлении арболита в домашних условиях, являются химические добавки. В качестве химических добавок в арболит, используется известь, кальций (хлористый), быстрорастворимое стекло и сернокислый алюминий.

Химические добавки в составе арболита нужны для того, чтобы предотвратить развитие нежелательных микроорганизмов в наполнителе, а также использовать его без какой-либо выдержки.

Пропорции химических добавок в арболит, всецело зависят от общего веса цемента, но редко достигают более 4%. Перед их применением, большинство химических добавок в арболит растворяют предварительно в воде, которую потом и используют для замешивания арболитовой смеси.

Формы для арболитовых блоков

После смешивания всех компонентов, смесь распределяется в специальные формы для арболитовых блоков. Это могут быть как специальные, заводские формы, так и формы ручного изготовления. Размеры форм, часто соответствуют стандартным размерам шлакоблока.

Кроме того, нередко можно встретить закладку арболита прямо в опалубку, с последующим армированием стены, арматурой или металлическими прутьями. Сделать формы для арболитовых блоков своими руками в принципе несложно, об этом можно прочитать в соответствующей статье сайта https://remstroisovet.ru — формы для заливки.

Что же касается минусов домов из арболита

, то их практически нет. Единственным, пожалуй, самым серьезным недостатком арболита, является то, что он способен очень сильно впитывать влагу в себя. Тем не менее, при соответствующей отделке стен, дома из арболита лучшие в своём роде, с отличными тепло и звукоизоляционными показателями.

Состав арболита, пропорции компонентов, характеристики, плюсы и минусы

Опилкобетон считается одним из представителей ячеистого бетона и применяется во время строительства сооружений и зданий любого назначения. Строительство домов за городом, дач и надворных строений станет недорогим мероприятием, если для ключевого материала подобрать опилкобетон. Его используют в виде блоков для устройства наружных несущей стены и межкомнатных перегородок, а еще из него делают разные плиты и панели.

  • плотность: 600-650 кг/м3;
  • стабильность на сжатии: до 1 МПа;
  • стабильность на изгибе: до 1 МПа;
  • проводимость тепла: 0,07-0,17 Вт/мхК;
  • устойчивость к морозам: 50 циклов;
  • шумопоглощение: 126-2000 Гц;
  • поглощение влаги: 40-85%;
  • усадка: 0,5%.

Опилкобетон делают из деревянного наполнителя, связующего, химических составляющих и воды. Деревянный заполнитель есть в виде отходов обработки дерева (ель, пихта, осина, сосна, береза, тополь) и растениеводства (льняная костра, рисовая солома, стебли хлопчатника). Довольно крупные частицы после промокания становятся больше в объеме, это способно привести к дальнейшему разрушению, а очень маленькие на себя возьмут больше раствора на основе цемента. Подходящий их размер – 40х10х5 мм. Его химическая активность является главным минусом, благодаря этому введение древесины свежесрубленных деревьев в состав блоков из арболита очень не рекомендуется.

Самым популярным органическим составом считается стружка деревянная и щепа в соотношении 1:1 или 1:2. Кроме опилок можно брать отходы льна. Костра должна быть игольчатой формы, шириной 2-5 мм и длиной 15-25 мм. В составе сырья непозволительно присутствие чуждых частиц, признаков плесени и гнили, а зимой – льда и снега.

Который находится в льне сахар разрушает цемент, благодаря этому нужно ввести в состав деревобетона химические вещества. Для увеличения качества ячеистого бетона, костру необходимо обработать известковым молочком (2,5 кг извести растворить в 150-200 литров воды на 1 м3 наполнителя) выдерживать 2 суток и размешивать изо дня в день. Применение такой технологии снизит расход цемента до 100 кг на куб бетона. Еще 1 способ остановить сахар – это поместить костру 3-4 месяца на чистом воздухе, что прибавит блокам дополнительную стабильность.

Минеральным связывающим в составе смеси считается портландцемент марки 400, 500 и выше. Чтобы высчитать кол-во цемента на 1 куб деревобетона 16, необходимо сделать больше его значение в 17 раз. Выходит: 16х17= 272 кг. Химические добавки формируют свойства блока из арболита. независимо от климатического пояса, где будет строиться сооружение или здание из данного стройматериала, введение их в состав в первую очередь. Из-за способности нейтрализации сахара, химические вещества сделают допустимым применять деревянные наполнители без ее обработки.

Такими добавками послужат: растворимое стекло, K2SO4, гашеная известь и CaCl2. Сернокислый алюминий, соединяясь с сахарами, остановит их действие делая больше при этом стабильность готового изделия. Химические вещества используют как отдельно, так и в комбинировании: Al2(SO4)3 и CaCl2 в соотношении 1:1, гашеная известь и растворимое стекло – 1:1. Перед применением их разводят в водной массе, после этого объединяют с арболитовой смесью. Вся масса присадок в 1 кубометре не должно быть больше 4% от всего веса цемента.

Опилкобетон марки 30 включает добавки: Al2(SO4)3 и CaCl2 – 1:1; Na2SO4 и CaCl2 – в таком же соответствии и в количестве 4 % от всего веса цемента. Na2SO4 и AlCl3 – 1:1 в 2 % от массы связывающей части. При изготовлении деревобетона пропорции на 1 м3 замеса обязаны быть неукоснительно выполнены.

Производственная технология

Блоки из арболита разрешено делать собственными руками. Если необходимо большое их кол-во, приобретают бетоньерку, трамбовку, пресс-формы и печь для сушки. Экономный вариант подразумевает самостоятельное изготовление форм и покупку водопроводного крана важных частей раствора. Пропорции элементов в блоках из арболита были рассмотрены выше, благодаря этому:

1. В бетоньерку понемногу сыпем деревянный наполнитель и заливаем его водой с химическими добавками, тщательно все перемешиваем.

2. Засыпаем портландцемент и, понемножку вливая воду, опять все мешаем.

3. Отделываем форму в середине известковым раствором.

4. Смесь которая уже готова к использованию налаживаем в формы, плотно утрамбовывая любой слой. Объем заполняется до отметки 2 см от края.

5. На свободное пространство ложим штукатурный раствор. Выравниваем поверхность шпателем.

Получившийся блок должен находиться в форме около 24 часов, после этого его вынимают и размещают на 15 дней под выступ крыши для медленной просушки.

Как видно, производственная технология блоков из арболита собственными руками неимоверно проста, а соблюдение нужных пропорций даст возможность получить на выходе материал для строительства, абсолютно подходящий его техническим спецификам.

Плюсы и минусы блоков

  • высокая звуко- и тепловая изоляция;
  • очень высокая пожароустойчивость;
  • стойкость к возникновению плесени и к гниению;
  • обладает достаточной прочностью;
  • отсутствует необходимость в мощном фундаменте;
  • легкость и легкость монтажа;
  • экологичный, небольшая цена.

Обладая конкретной влагопроницаемостью, конструкции из деревобетона могут использоваться в условиях сухого режима. В любой другой ситуации стены обязаны быть защищены от проявления влаги материалом для изоляции. Во время строительства стен в подвалах и нижних этажей использование арболитных блоков не рекомендуется. Защитой от влияния гидрометеоров служит их гидрофобная покраска или стеновое оштукатуривание с обеих сторон.

Перед тем как самому приступить к изготовлению блоков из арболита, нужно все по правилам высчитать и взвесить. При точном соблюдении технологии производства дома из данного стройматериала получаются удобными, тёплыми и дешевыми.

Влияние пород древесины, обработки частиц и пропорции смеси

8 MR Garcez et al .: Цементно-древесные композиты: влияние пород древесины, обработки частиц и пропорции смеси

Цементная матрица

зависит от содержания влаги из-за

сниженная прочность на изгиб влажного волокна, что делает его более гибким и с меньшей вероятностью препятствует растрескиванию в матрице цемента

[3]. Таким образом, учитывая гигроскопичность древесины

, модуль упругости цементно-древесного композита

ниже, чем у самого цементного теста, и имеет тенденцию к уменьшению

, чем выше процентное содержание древесины.

4. Выводы

Результаты показали, что порода древесины, обработка частиц

и пропорции смеси могут влиять на физические и механические свойства

композитов древесины и цемента.

Смеси опилок Eucalyptus grandis и Pinus ellioti

приводили к промежуточным значениям плотности, средним к более низким значениям прочности на сжатие

и промежуточным к более высоким значениям

динамического модуля упругости.Композиты с

100% Eucalyptus grandis показали более высокие значения прочности на сжатие

. Были получены более легкие композиты

с опилками Pinus ellioti.

В целом результаты подтверждают, что опилки эвкалипта и цемент

естественно совместимы и не требуют предварительной обработки частиц

во избежание проблем совместимости.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] К. Юргенсен, В. Коллерт, А. Лебедис, 2014, Оценка производства промышленного круглого леса

из лесонасаждений,

Серия рабочих документов по лесам и деревьям

, ФАО

FP / 48 / Э.

[2] Н. Солтани, А. Бахрами, М.И. Печ-Канул, Л.А. Гонсалес,

2015, Обзор физико-химической обработки рисовой шелухи

для производства современных материалов, Химическая инженерия

Journal, 264, 899-935.

[3] S. Frybort, R. Mauritz, A. Teischinger, U. Muller, 2008,

Цементно-связанные композиты — механический обзор,

BioResourches, 3 (2), 602-626.

[4] Р. М. Ронким, Ф. С. Ферро, Ф. Х. Ичимото, К.И. Кампос, М. с.

Бертолини, А. Л. Кристофоро, Ф. А. Р. Лар, 2014, Физические и

Механические свойства древесно-цементного композита с

лигноцеллюлозными отходами, International

Journal of Composite Materials, 4 (2), 69-72.

[5] M. Fan, MK Ndikontar, X. Zhou, JH Ngamveng, 2012,

Цементно-связанные композиты из тропической древесины:

Совместимость дерева и цемента, строительства и

строительных материалов, (36) , 135–140.

[6] X. Lin, MR Silsbee, DM Roy, R. Kessler, PR

Blankenhorn, 1994, Подходы к улучшению свойств

цементных композитов, армированных древесным волокном, Цемент и

Concrete Research, 24 (8 ), 1558-1566.

[7] Дж. Л. Пеханича, П. Р. Бланкенхорна, М. Р. Силсбиб, 2004,

Влияние уровня обработки поверхности древесного волокна на выбранные

механические свойства древесно-волокнистых композитов,

Исследования цемента и бетона, 34, 59–65.

[8] М. С. Бертолини, К. И. Кампос, А. М. Соуза, Т. Х. Панзера, А.

Л. Кристофоро, Ф. А. Р. Лар, 2014 г., Древесно-цементные

композиты из отходов Pinus sp. дерево: Эффект обработки

частиц. International, Journal of Composite

Materials, 4 (2), 146-149.

[9] А. Ашори, Т. Табарса, Ф. Амоси, 2012, Оценка использования деревянных железнодорожных шпал

в древесно-цементных композитных материалах

, Строительство и строительные материалы, 27, 126–129.

[10] А. Бахрами, Н. Солтани, М.И. Печ-Канул, К.А. Gutiérrez,

2016, Разработка композитов с металлической матрицей из

промышленных / сельскохозяйственных отходов и их производных,

Critical Reviews in Environmental Science and Technology,

46, 143-208.

[11] Ф. К. Хорхе, К. Перейра, Дж. М. Ф. Феррейра, 2004, Древесно-цементные

Композиты

: обзор, Holz Roh Werkst, 62, 370–377.

[12] ABNT. Бразильская ассоциация технических стандартов.NBR

5733: Портландцемент высокой ранней прочности. Рио-де-Жанейро,

1991.

[13] С. А. Коста, «Incorporação de serrim em argamassas

cimentícias», M. Eng. Диссертация, Universidade do Minho,

Guimarães, Portugal, 2012.

[14] ABNT. Бразильская ассоциация технических стандартов. NBR

7115: Гидроксид кальция для строительных растворов — Требования. Рио-де-

Жанейро, 2003.

[15] ABNT. Бразильская ассоциация технических стандартов.NM 248:

Распределение частиц по размерам. Рио-де-Жанейро, 2003.

[16] ABNT. Бразильская ассоциация технических стандартов. NBR

7215: Прочность цемента при сжатии. Рио-де-Жанейро, 1996.

[17] ABNT. Бразильская ассоциация технических стандартов. NBR

15630: Растворы — Определение динамического модуля упругости

путем распространения ультразвуковых волн. Рио-де-Жанейро,

2008.

[18] М. Р. Гарсес, Т. Сантос, Д. А. Гатто, 2013, Avaliação das

propriedades físicas e mecânicas de concretos pre-moldados

com adição de serregão em replace miúdo,

Ciência & Engenharia, 22, 95-104.

[19] S. Iwakiri, ABM Stinghen, EL Silveira, EHC

Zamarian, JG Prata, M. Bronoski, 2008, Influência da

massa específica sobre as propriedades mecânicas de painéis

aglorestais

aglo ) 487-493.

[20] В. Кастро, Р. Д. Араужо, К. Парчен, С. Ивакири, 2014,

Avaliação dos efeitos de pré-tratamentos da madeira de

Eucalyptus benthamii Maiden & Cambage no grau de

obilidadecom , Árvore, 38 (5),

935-942.

[21] A. L. Beraldo, J. V. Carvalho, 2004, Compósito de

Eucalyptus Grandis — cimento Portland, Scientia Forestalis,

65, 150-161.

[22] AL Christoforo, SLM Ribeiro Filho, TH Panzerai, FA

R. Lahri, 2013, Metodologia para o cálculo dos módulos de

elasticidade longitudinal e transversal em vigas de madeira de

sizes, Rsiesural Estrutura 43 (4), 610-615.

[23] А. Л. Гутьеррес, М. Ф.Кановаз, Модуль упругости

высокоэффективного бетона, 1995, Материалы и конструкции,

28, 559-568.

Экспериментальное исследование добавления стружки в строительный раствор и статистическое моделирование отдельных эффектов

В рамках расширенной исследовательской программы по использованию древесной стружки в строительном растворе был разработан набор процедур для проверки эффектов добавления древесной стружки к определенному строительному раствору характеристики. Были приготовлены смеси, содержащие древесную стружку, заменяющую мелкие заполнители на 0, 30, 50 и 70% их объема.Технологичность, вес единицы свежего раствора, скорость ультразвуковых импульсов (UPV), а также прочность на изгиб и сжатие были определены на основе измерений при различном возрасте отверждения. Результаты измерений и анализа показывают, что снижение прочности на сжатие, вызванное добавлением древесной стружки, может быть предсказано. Результат был стандартизирован в форме многофакторной сигмоидальной модели. Также стало очевидным, что доля цемента в смеси увеличивается, когда древесная стружка используется как объемная замена обычных мелких заполнителей, из-за низкого значения удельного веса древесины по сравнению с обычными заполнителями.Предлагается другая процедура, основанная на измерениях массы и объема, с целью проверки пропорций смеси в окончательной растворной смеси.

1 Введение

Было проведено множество исследований по использованию сельскохозяйственных или промышленных отходов в бетоне. Благодаря тому, что бетон широко используется и имеет длительный срок службы, использованные в нем отходы на длительный период удаляются из потока отходов. Поскольку количество заполнителей, необходимых в строительной отрасли, велико, экологические выгоды от замены природных заполнителей отходами связаны не только с их безопасным удалением, но и со смягчением воздействия на окружающую среду, возникающего в результате добычи заполнителей, т.е.е. визуальное вторжение и потеря сельской местности. Исследования [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11] были проведены для оценки физико-механических свойств бетона, содержащего стружку или опилки в качестве заполнителей. Стружка и опилки — это отходы деревообрабатывающей промышленности, образующиеся при резке, фрезеровании и сверлении в процессе подготовки изделий из дерева. Свойства древесной стружки и опилок могут значительно различаться в зависимости от таких факторов, как географическое происхождение древесины, тип древесины, часть дерева, тип производственного процесса, в результате которого получается стружка, и т. Д.Как и в большинстве случаев легких заполнителей, замена обычных заполнителей древесной стружкой или опилками в основном производится на основе критерия замещения «по объему». Замена обычных крупных или мелких заполнителей таким же объемом древесной стружки или опилок [1], [6] обычно выражается в процентах (%).

Из-за (а) изменчивости заменяемых материалов, (б) их значительных отличий от природных заполнителей и (в) изменчивости параметров, влияющих на свойства самого бетона или раствора, данные, полученные в результате испытаний механических свойств бетона или раствора образцы, содержащие стружку, основаны на многофакторном процессе.Когда эти результаты поступают из совершенно разных лабораторных процессов, их метрологическая прослеживаемость имеет большое значение для достижения взаимной сопоставимости. Необходим стандартизированный протокол для экспериментального плана и ссылки на все существенные относительные данные (как предложено в [12] для традиционной замены заполнителя пластиком), чтобы облегчить любую попытку составить результаты исследований, когда древесная стружка различного происхождения и характеристик используются, и процент замены агрегатов варьируется.Различное представление всей экспериментальной процедуры вызывает трудности при сравнении результатов, полученных из разных лабораторий, и статистических выводов о влиянии замены естественных агрегатов древесной стружкой.

Настоящее исследование посвящено изучению использования древесной стружки как части обычных заполнителей в растворах, и особенно созданию статистических моделей для прогнозирования механических свойств раствора, содержащего древесную стружку, в качестве частичной замены обычных мелких заполнителей.Результат стандартизирован, поэтому любой, кто использует этот протокол, даст результаты, которые будут сопоставимы с другими аналогичными исследованиями.

2 Материалы и методы

Цемент типа IV / B (P-W) 32,5 N и щебень из известняка с максимальным размером 4,5 мм использовались во всех смесях. Насыпная плотность мелких заполнителей составляла 1740 кг / м 3 (стандартная неопределенность 2,7%, основанная только на стандартной ошибке среднего). Древесная стружка, использованная в этом исследовании, была произведена на фабрике путем механической обработки двух видов необработанной древесины, айуса (рис. 1A) и бука (рис. 1B).Бук — древесина, широко используемая в мебельной промышленности. Ayous был выбран как совершенно другая, более легкая порода дерева. Насыпная плотность стружки бука составила 43 ± 1 кг / м 3 , а насыпная плотность буковой стружки — 64 ± 2 кг / м 3 . Процедуру измерения объемной плотности повторяли 10 раз, что обеспечивало точность метода в условиях повторяемости [13]. Было обнаружено, что эта стандартная неопределенность типа А является репрезентативной для всех вносящих вклад параметров неопределенности; его сравнивали с результатом относительной стандартной неопределенности типа B, основанной как на разрешающей способности мерной трубки, так и на интервале поверочной шкалы (e) используемых весов (все термины определены в JCGM 200: 2012 [14]).Наблюдаемая погрешность измерения объемной плотности объясняется сильной зависимостью этой характеристики от метода обработки древесины, используемого для производства стружки. Ожидается, что это будет внутренняя характеристика этого материала. Если древесная стружка предназначена для использования в качестве строительного материала, атрибут насыпной плотности должен быть строго учтен в любом соответствующем исследовании. В качестве суперпластификатора использовался суперпластификатор на основе простого поликарбонового эфира второго поколения.

Рисунок 1:

Древесная стружка, использованная в исследовании: (A) Айус, (B) бук.

Обычно распределение частиц в материалах оценивается ситовым анализом. В случае стружки возникает важный вопрос, какой реальный размер соответствует номинальному размеру сита. Чтобы оценить это, образец, который был взят для анализа с помощью ситового анализа, также изначально был измерен совершенно другим методом. С помощью этого метода приблизительно все стружки длиной более 3 мм (фактически подлежащие оптическому различению) были измерены с помощью высокоточного цифрового штангенциркуля.Для каждого бритья измеряли два размера: длину, которая принималась за максимальный размер, и ширину, которая принималась за размер бритья на оси, перпендикулярной длине. Как показано на рисунке 2, ширина бритья статистически не связана с его длиной (Ayous: r = 0,04, бук: r = 0,20). Стружки размером менее 3 мм были выбраны, чтобы не измерять их штангенциркулем, потому что (а) их измерение было невозможно из-за их очень маленького размера и очень большой популяции, и (б) было замечено, что при таких размерах стружки не было значительной дискриминации между длиной и шириной бритья.Существенный вопрос заключался в том, проходит ли стружка через сито в зависимости от ее длины или ширины, что, очевидно, является избыточным для такой мелкой стружки. Затем на тех же образцах, которые были частично измерены штангенциркулем, был проведен ситовый анализ, как и для мелких агрегатов. Результаты анализа гранулометрического состава двух типов древесной стружки и мелких заполнителей представлены на рисунке 3. Как видно из этого рисунка, почти вся стружка проходит через сито 5 мм.Поскольку в обоих образцах было измерено, что большая популяция имеет длину более 5 мм, можно сделать вывод, что во время ситового анализа критическим размером стружки является ширина, а не длина. Это также подтверждается (Рисунок 2) тем фактом, что только небольшая часть самых больших стружек была измерена и имела ширину более 5 мм, что означает, что можно сказать, что распределение ширины стружки сильно связано с результатом ситового анализа. . Следует также отметить, что этот результат ситового анализа следует использовать только в качестве критерия для качественной оценки бритвенного материала перед смешиванием [2], поскольку нет доказательств того, что эта геометрия бритья остается неизменной даже после того, как этот материал добавлен в смесь.

Рисунок 2:

Зависимость ширины от длины для двух типов стружки.

Рисунок 3:

Результаты ситового анализа.

Сначала была приготовлена ​​эталонная смесь с отношением заполнителя к цементу, равным 3, отношением воды к цементу, равным 0,5, и 1% по массе суперпластификатора цемента. Затем были использованы три уровня замены мелкого заполнителя: 30, 50 и 70% по объему. Испытания на удельную массу (плотность) были выполнены после смешивания и перед заливкой строительного раствора в формы.Удельный вес ( D ) определяли путем измерения массы строительного раствора ( м u ), содержащегося в известном объеме ( V u ) образца свежего строительного раствора, как описано в ASTM. C138:

(1) D = muVu

Расчет был использован для иллюстрации изменений пропорции цемента в смеси и того, остается ли она практически постоянной. Этот расчет использовался также для оценки влияния степени уплотнения древесной стружки, поскольку воздух в исходном количестве этого «рыхлого» материала (перед смешиванием) был вытеснен всеми другими составляющими смеси (во время смешивания).Это особенно необходимо в случае древесной стружки, поскольку этот материал представляет собой легкий материал с типичной изогнутой формой (рис. 1), отличной от обычных заполнителей. После измерения удельного веса свежего строительного раствора использовались соотношения начальных масс смешиваемых компонентов, чтобы оценить пропорцию смеси каждого компонента. Распределение измеренной массы единицы между составляющими составляющими было рассчитано на основе разумного предположения, что конечная смесь была однородной по всему объему.Массовое соотношение для каждого компонента равно первоначально определенному для свежего раствора, приготовленного путем смешивания (отношение заполнителя к цементу 3, отношение воды к цементу 0,5 и 1% по массе суперпластификатора цемента) (уравнение 2).

(2) mi, init / ∑imi, init = mi / ∑imi

, где m i , init — масса составляющей i , первоначально определенная перед смешиванием, и m i — масса компонента и в любом образце (части) свежего раствора.В любом случае для образца свежего строительного раствора м u соответствует ∑imi, как в формуле. 1. Соотношение компонентов смеси i (MP i ) определяется как:

(3) (MP) i = mi / Vu = mi / (mu / D) = D⋅ (mi / ∑ imi) = D⋅ (mi, init / ∑imi, init)

Расчетные пропорции смеси показаны в Таблице 1. После регрессии для подгонки кривой для значений изменения пропорции цементной смеси (CMPC) в зависимости от замены мелких заполнителей согласно формуле.(4) установлено, что для древесины дуба h 1 = 0,49 ± 0,11 и h 2 = 0,0053 ± 0,0017 (R 2 = 0,9997) и для древесины бука h 1 = 0,51 ± 0,04 и h 2 = 0,00041 ± 0,0007 (R 2 = 0,999).

Таблица 1:

Пропорции смеси.

Суперпластификатор (кг / м 3 ) 9066
Образцы Порода древесины Замена Цемент (кг / м 3 ) Мелкие заполнители (кг / м 3 ) Вода (кг / м 3 )
% кг / м 3
Арт. 0 0 481 1444 241 4,8
A30Sh Ayous 30 13 578 1214 50 20 659 989 330 6,6
A70Sh 70 35 772 695 7386 903.7
B30Sh Бук 30 21 572 1201 286 5,7
B50Sh 906 6,6
B70Sh 70 60 750 675 375 7,5

(4) CMPC = h2 · x + h3 · x2

В соответствии с расчетной пропорцией , доля цементной смеси значительно увеличивается по мере увеличения процентной доли замены обычных заполнителей по объему (Рисунок 4).Ожидается, что этот результат будет более значительным, когда заменяющий материал имеет более низкий удельный вес и / или является более «пушистым». Это следует учитывать каждый раз, когда легкий и / или «пушистый» материал используется для замены обычных заполнителей.

Рисунок 4:

Процент изменения пропорции цементной смеси (CMPC) по сравнению с процентом замены мелких заполнителей.

Из-за высокого водопоглощения древесных стружек они впитывают часть воды из смеси, оставляя недостаточно воды для удобоукладываемости и схватывания цемента.По этой причине в некоторых исследованиях [1], [2], [4], [6], [7] используются водонасыщенные стружки или дополнительная вода. В обоих этих случаях окончательное и фактическое отношение воды к цементу неизвестно, поскольку используемое избыточное количество воды нелегко оценить по тому, остается ли она внутри пористости древесины или не абсорбируется для вышеуказанных случаев, соответственно. В качестве альтернативы, в рамках этого исследования было решено использовать древесную стружку в необработанном виде, и в смесь не добавляли лишнюю воду. Предполагалось, что преимущество этого варианта состоит в том, что даже если часть воды абсорбируется древесной стружкой во время смешивания, она будет в виде водоцементной подсмеси, которая гарантирует, что вероятность взаимодействия этой воды с цемента было максимум.

Компоненты смешивали в смесителе на медленной скорости для достижения хорошей гомогенизации. Сначала происходило перемешивание цемента и заполнителей. Затем добавляли воду с разведенным в ней суперпластификатором. Испытание раствора на текучесть проводилось согласно ASTM C 1437 [15]. Образцы из каждой смеси были отлиты размерами 40 × 40 × 160 мм для проведения всех испытаний. Неразрушающий контроль скорости ультразвуковых импульсов (UPV) проводился в возрасте 28 и 365 дней с использованием метода, описанного в ASTM C 597 [16], в частности, с использованием портативного ультразвукового неразрушающего цифрового индикаторного тестера (PUNDIT).Испытания на прочность проводились через 7, 14, 28 и 365 дней отверждения. Испытание на прочность при изгибе проводилось путем нагружения в центральной точке, как описано в ASTM C 293 [17]. Концевые части призм, которые остались нетронутыми после разрушения при изгибе, использовали для проведения эквивалентного кубического испытания путем приложения нагрузки через квадратные стальные пластины размером 40 мм. Приведенные результаты испытаний на изгиб и неразрушающие испытания соответствуют среднему значению для трех испытанных образцов. Результаты эквивалентного куба на сжатие — это среднее значение шести испытанных образцов.

3 Результаты

3.1 Свежий строительный раствор

Обычно древесная стружка впитывает больше воды по сравнению с обычными мелкими заполнителями. По этой причине удобоукладываемость смеси снижается по мере увеличения процентного содержания мелких заполнителей по объему (Таблица 2). Эталонная смесь, а также A30Sh и A50Sh, были самоуплотняющимися смесями, и измеренный диаметр был не после 25 капель таблицы, как указано в ASTM C 1437 [15]. Из-за разницы в объемной плотности двух типов древесины (айуса и бука) одинаковые мелкие заполнители по процентному содержанию объемного замещения приводят к разным пропорциям смеси для каждого вида древесины.Это означает, что при использовании бука пропорция смеси древесных стружек для определенного процентного содержания по объему имеет большее значение, чем при использовании ayous. Возможно, это приводит к большему водопоглощению древесной стружкой и, как следствие, к снижению удобоукладываемости свежего раствора.

Таблица 2:

Результаты теста потока.

Арт. A30Sh A50Sh A70Sh B30Sh B50Sh B70Sh
Расход без понижения стола 24.8 22,3 21,8 n.s n.s n.s n.s
Расход с опусканием стола o.f. оф. оф. 22,4 22,2 21,1 20,1

Вес агрегата уменьшился по мере увеличения объема замещения мелких заполнителей (Рисунок 5). Это снижение объясняется тем, что древесная стружка имеет меньший удельный вес, чем обычные заполнители.

Рис. 5:

Удельный вес свежего строительного раствора в сравнении с заменой обычных заполнителей в% по объему.

3.2 Затвердевший строительный раствор

Результаты испытаний на изгиб и эквивалентную кубическую прочность на сжатие показаны в Таблице 3. Прочность на изгиб и сжатие раствора, содержащего стружку, уменьшалась по мере увеличения замены мелких заполнителей. Это снижение объясняется более слабым сцеплением цементного раствора и стружки по сравнению со сцеплением цементного раствора и обычных заполнителей.

Таблица 3:

Результаты испытаний механических свойств.

Образцы Прочность на изгиб (МПа) Прочность на сжатие (МПа)
7 дней 14 дней 28 дней 365 дней 7 дней 14332 365 дней
Арт. 10,1 ± 0,4 9,3 ± 2,2 9,1 ± 0,9 12,3 ± 0,9 43.7 ± 0,9 49,2 ± 0,9 58,1 ± 2,1 74,4 ± 2,7
A30Sh 7,8 ± 0,1 8,5 ± 1,0 6,8 ± 0,9 9,9 ± 0,8 31,7 ± 0,6 39,4 ± 0,4 45,0 ± 0,9 53,5 ± 0,3
A50Sh 6,5 ± 0,1 7,3 ± 0,8 7,6 ± 1,4 9,3 ± 1,7 26,2 ± 0,3 32,9 ± 0,5 41,5 ± 0,3 46,0 ± 0,7
A70Sh 6.2 ± 1,0 7,2 ± 0,7 7,7 ± 0,1 9,2 ± 0,1 20,8 ± 1,1 23,8 ± 0,6 29,1 ± 0,8 32,2 ± 0,8
B30Sh 7,7 ± 0,1 7,9 ± 0,8 8,4 ± 2,6 9,9 ± 1,7 29,2 ± 0,7 34,9 ± 2,4 41,1 ± 0,4 46,3 ± 3,6
B50Sh 7,1 ± 1,7 8,0 ± 0,9 7,5 ± 1,5 8,4 ± 0,9 21,7 ± 1,8 26.8 ± 2,0 31,3 ± 1,5 33,7 ± 4,6
B70Sh 5,1 ± 0,1 7,1 ± 0,1 6,6 ± 0,9 7,3 ± 0,2 14,8 ± 1,3 21,7 ± 1,2 28,0 ± 0,8 26,9 ± 3,3

Показано, что результирующее снижение прочности раствора, содержащего древесную стружку, не связано только с влиянием замены мелких заполнителей древесной стружкой. Ожидается, что в результате значительное увеличение удельной доли цемента в готовой смеси положительно повлияет на значение прочности.Следовательно, результатом снижения значения прочности является сочетание одновременного и неблагоприятного воздействия двух вышеуказанных явлений. Кажется, что решение о замене мелкого заполнителя древесной стружкой не должно основываться только на расчетах в соответствии с объемами этих двух материалов в том виде, в каком они появляются до смешивания. Этот расчет должен производиться в соответствии с кажущимся объемом каждого составляющего объема смеси как условиями, в которых он появляется в смеси.

Как показано на Рисунке 6, во всех случаях прочность на сжатие раствора, содержащего стружку, была выше, чем прочность на сжатие раствора, содержащего буковую стружку.Средняя разница, рассчитанная для 12 групп по шесть образцов, каждая из которых имеет одинаковое значение для фракции мелких агрегатов и возраста образца, составила 20 ± 7%. Этот результат не имеет значимого статистического отношения ни к значениям фракции замещения мелких агрегатов (Пирсон r = 0,255, значимость p = 0,423), ни к значениям возраста образца (Pearson r = 0,217, значимость p = 0,498).

Рисунок 6:

Сравнение результатов испытаний на прочность при сжатии для групп из шести образцов с заданной долей мелких заполнителей и возрастом образцов (каждая группа соответствует одной цифре).

Согласно результатам экспериментов и согласно уравнению, основанному на уравнении, первоначально предложенном Фрейслебеном Хансеном и Педерсеном [18], прочность на сжатие дается как функция от фракции замещения мелкозернистого заполнителя ( W ) и возраста образца ( t ) по формуле. (5):

(5) CS (t, W) = (CS∞, 1− kWn) exp [- (τ / t) a]

, где CS ( t , W ) равно прочность на сжатие в возрасте т (дни), когда фракция замены мелких заполнителей составляет W , CS , 1 — предельная прочность на сжатие для эталона (максимальное асимптотическое значение прочности для функции, которая соответствует данным), n — параметр формы для функции прочности на сжатие, когда доля замены мелких заполнителей составляет W , k — параметр снижения прочности на сжатие, такой, что кВт n равно уменьшению предельной прочности образца за счет замены мелкого заполнителя, равной W , τ — постоянная времени и a — параметр формы для сигмоидальной функции прочности на сжатие с возрастом образца t , CS ∞ 90 252, 1 кВт n соответствует предельной прочности на сжатие образца с долей замещения мелкозернистого заполнителя, равной W .

Это означает, что для данного возраста образца соотношение между прочностью на сжатие и заменой мелкого заполнителя является функцией доли замены мелкого заполнителя в степени n (рис. 7A). Одновременно для данной фракции замены мелких заполнителей прочность на сжатие является функцией возраста, что соответствует сигмоидальной кривой (рис. 7B).

Рисунок 7:

(A) Прочность на сжатие в зависимости от доли замены мелких заполнителей, (B) прочность на сжатие в зависимости от возраста образца.

Процедура регрессии с использованием уравнения. (2) на основе экспериментальных результатов настоящего исследования предоставили статистически значимую модель (Пирсон r = 0,96) со значениями параметров: CS , 1 = 74 ± 3 МПа, k = 55 ± 4 МПа, n = 0,8 ± 0,1, a = 0,7 ± 0,2 и τ = 3,1 ± 0,6 суток.

В уравнении. (5) параметр типа древесной стружки не исследовался, хотя статистическая значимость этого результата была достаточно удовлетворительной, чтобы его можно было использовать в качестве общей модели для прогнозирования потери предельной прочности при использовании любого вида древесной стружки для мелкозернистого заполнителя. замена.Сделав еще один шаг, параметр типа древесной стружки был введен в формулу. (5), образуя уравнение. (6):

(6) CS (t, W) = [CS∞, 2− (k1m1 + k2m2) Wn] exp [- (τ / t) a]

где м 1 , m 2 равняется единице, если тип стружки — айус или бук, соответственно, в противном случае каждый равен нулю. Комбинация м 1 = 0 и м 2 = 0 соответствует случаю контрольных образцов (без использования стружки). k 1 и k 2 — параметры формы, аналогичные k в уравнении. (5).

Это уравнение было опробовано только для одного типа древесины на смесь, а не для двух типов вместе в одной и той же строительной смеси. Когда два или более типа древесных стружек должны использоваться одновременно в одной и той же строительной смеси, тогда использование уравнения. (5) предлагается, но также предлагается провести дальнейшие исследования для нескольких видов древесных стружек в одной и той же строительной смеси, в основном для того, чтобы исследовать значимость, в которой этот фактор способствует неопределенности уравнения.(5) параметры. Любая комбинация значений м 1 или м 2 , кроме значений 0 и 1, не изучалась и предлагается для дальнейшего изучения.

Процедура регрессии с использованием уравнения. (6) на основе экспериментальных результатов настоящего исследования предоставили статистически значимую модель (Пирсон r = 0,976) со значениями параметров: CS , 2 = 74 ± 3 МПа, k 1 = 48 ± 3 МПа, k 2 = 60 ± 3 МПа, n = 0.76 ± 0,07, a = 0,7 ± 0,1 и τ = 3,1 ± 0,5 дня (рисунок 8).

Рис. 8:

Прочность на сжатие в сравнении с долей замены мелких заполнителей (A) только для стружки из старой древесины и (B) только для стружки из бука.

Результаты тестов UPV показаны на рисунке 9.

Рисунок 9:

Скорость ультразвукового импульса в зависимости от фракции замещения мелких заполнителей.

УПВ линейно уменьшается по мере увеличения доли замещения мелких заполнителей.Это объясняется различными свойствами древесины по сравнению со свойствами обычных мелких заполнителей. Важность УПВ заключается в том, что он в значительной степени коррелирует с эластичными свойствами строительного раствора. Модель регрессии была применена к экспериментальным данным с использованием уравнения. (7):

(7) UPV (t, W) = [UPV∞ + (l1m1 + l2m2) W] [1 − exp (−t / t0)]

, где UPV является ограничивающим UPV для эталона, которое является максимальным асимптотическим значением UPV для функции, которая соответствует данным, UPV · [1 − exp (- t / t 0 )] является UPV ссылка ( W = 0) для указанного возраста отверждения ( t ), м 1 и м 2 равны единице, если тип стружки древесины или бука, соответственно, равен ноль, l 1 , l 2 — параметры формы, а t 0 — постоянная времени.

Процедура регрессии с использованием уравнения. (4) на основе экспериментальных результатов настоящего исследования для UPV предоставили статистически значимую модель (Pearson r = 0,981) со значениями параметров UPV = (5,33 ± 0,08) · 10 3 м / с, l 1 = (- 1,73 ± 0,17) · 10 3 м / с, l 2 = (- 2,18 ± 0,16) · 10 3 м / с, t 0 = 11,4 ± 0,7 сут.

Наблюдение с помощью стереоскопа показывает однородную смесь, в которую хорошо намотаны стружки (рис. 10).

Рисунок 10:

Стереоскопические изображения строительного раствора с (A) 70% -ной заменой по объему мелких заполнителей большой стружкой и (B) 20% -ным замещением мелких заполнителей буковой стружкой.

4 Выводы

На основании представленных результатов можно сделать следующие выводы:

  • Прочность на сжатие и изгиб снижается по мере увеличения объемной доли замены обычных заполнителей, но конструкция смеси может компенсировать это снижение прочности.

  • Удельный вес свежего раствора, содержащего стружку, уменьшается по мере увеличения содержания стружки.

  • Поскольку доля цемента в смеси увеличивается, когда древесная стружка используется как объемная замена обычных мелких заполнителей, стоимость смеси следует тщательно контролировать.

  • Сделан вывод, что сигмоидальная кривая (модель) очень хорошо соответствует результатам для прочности на сжатие как функции возраста отверждения.

  • Сигмоидальная кривая без учета типа древесной стружки, используемой в качестве замены мелкозернистого заполнителя, является важным показателем прочности на сжатие.В зависимости от географического региона любого, кто желает использовать эту кривую, дальнейшее уточнение значений параметров кривой может быть выполнено путем повторения той же экспериментальной процедуры, что и в рамках настоящего исследования, с использованием типов древесины, в основном используемых в промышленных процессах в конкретном регионе. . В качестве дальнейших исследований можно провести дополнительные исследования для получения объединенных результатов относительно механических свойств, а также долговечности или термических свойств раствора, содержащего стружку, и замены обычных заполнителей смесями различных типов древесины.


Автор, ответственный за переписку: Стаматия Гавела, инженер-химик, доктор философии, сотрудник лаборатории, Школа педагогического и технологического образования, Департамент преподавателей гражданского строительства, кампус ASPETE, железнодорожная станция ISAP-EIRINI, GR-14121 Ираклион, Афины, Греция


Ссылки

[1] Коринальдези В., Маццоли А., Сиддик Р. Констр. Строить. Матер. 2016, 123, 281–289. Искать в Google Scholar

[2] Bederina M, Marmoret L, Mezreb K, Khenfer MM, Bali A, Queneudec M. Constr. Строить. Матер. 2007, 21, 662–668. Искать в Google Scholar

[3] Taoukil D, El bouardi A, Sick F, Mimet A, Ezbakhe H, Ajzoul T. Constr. Строить. Матер. 2013, 48, 104–115. Искать в Google Scholar

[4] Coatanlem P, Jauberhie R, Rendell F. Constr. Строить. Матер. 2006, 20, 776–781. Искать в Google Scholar

[5] Paramasivam P, Loke YO. Внутр. J. Lightweight Concr. 1980, 2, 57–71. Искать в Google Scholar

[6] Mohammed BS, Abdullahi M, Hoong CK. Constr. Строить. Матер. 2014, 55, 13–19. Искать в Google Scholar

[7] Bederina M, Laidoudi B, Goullieux A, Khenfer MM, Bali A, Queneudec M. Constr. Строить. Материал . 2009, 23, 1311–1315. Искать в Google Scholar

[8] Ganiron TU. Внутр. J. Adv. Sci. Technol. 2014, 63, 73–82. Искать в Google Scholar

[9] Bederina M, Gotteicha M, Belhadj B, Dheily RM, Khenfer MM, Queneudec M. Constr. Строить. Матер. 2012, 36, 1066–1075.Искать в Google Scholar

[10] Taoukil D, El-bouardi A, Ezbakhe H, Ajzoul T. Res. J. Appl. Sci. Англ. Tech. 2011, 3, 113–116. Искать в Google Scholar

[11] Belhadj B, Bederina M, Montrelay N, Houessou J, Queneudec M. Constr. Строить. Матер. 2014, 66, 247–258. Искать в Google Scholar

[12] Гавела С., Пападакос Г., Касселури-Ригопулу В. В Термопластические композиты: новые технологии, использование и перспективы , 1-е изд., Риттер Э, под ред., Nova Publications: New York, 2017, стр. 143–164. Поиск в Google Scholar

[13] JCGM / WG1, JCGM 100: 2008 (GUM 1995 с небольшими исправлениями): Оценка данных измерений — Руководство по выражению неопределенности измерения, Первое издание, 2008. Поиск в Google Scholar

[14] JCGM / WG1, JCGM 200: 2012 (версия 2008 г. с небольшими исправлениями): Международный словарь метрологии — Основные и общие концепции и связанные термины (VIM), Третье издание, 2012 г. Поиск в Google Scholar

[15] ASTM C 1437-15, Стандартный метод испытания гидравлического цементного раствора, 2015.Искать в Google Scholar

[16] ASTM C 597-16, Стандартный метод испытания скорости импульса через бетон, 2016. Искать в Google Scholar

[17] ASTM C 293 / C293M — 16, Стандартный метод испытания прочности на изгиб Бетон (использование простого луча с нагрузкой на центральную точку), 2016. Поиск в Google Scholar

[18] Freiesleben Hansen P, Pedersen J. Информационный бюллетень CEB 1985, 166, 42. Поиск в Google Scholar

Опубликовано в Интернете : 2017-8-31

Опубликовано в печатном виде: 2017-4-25

© 2017 Walter de Gruyter GmbH, Берлин / Бостон

Эта статья распространяется на условиях некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution , который разрешает неограниченное некоммерческое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Материалы, обычно используемые в строительстве

ширина: 80%;
}
]]>

Проектирование конструкций зависит от знания строительных материалов и их соответствующих свойств, чтобы мы могли лучше предсказать поведение различных материалов при их нанесении на конструкцию. Как правило, три (3) наиболее часто используемых материала в строительстве — это сталь

, бетон и древесина / древесина . Знание преимуществ и недостатков каждого материала важно для обеспечения безопасного и экономичного подхода к проектированию конструкций.
Конструкционная сталь

Сталь — это сплав, состоящий в основном из железа и углерода. Другие элементы также примешиваются к сплаву для получения других свойств. Одним из примеров является добавление хрома и никеля для создания нержавеющей стали. Увеличение содержания углерода в стали имеет предполагаемый эффект увеличения прочности материала на разрыв. Увеличение содержания углерода делает сталь более хрупкой, что нежелательно для конструкционной стали.

Преимущества конструкционной стали

Сталь
  1. отличается высоким соотношением прочности и веса.Таким образом, собственный вес металлоконструкций относительно невелик. Это свойство делает сталь очень привлекательным конструкционным материалом для высотных зданий, длиннопролетных мостов, сооружений, расположенных на земле с низкой несущей способностью и в районах с высокой сейсмической активностью.
  2. Пластичность. Перед разрушением сталь может подвергаться значительной пластической деформации, что обеспечивает большой резерв прочности.
  3. Прогнозируемые свойства материала. Свойства стали можно предсказать с высокой степенью уверенности.На самом деле сталь демонстрирует упругие свойства до относительно высокого и обычно четко определенного уровня напряжения. В отличие от железобетона свойства стали существенно не меняются со временем.
  4. Скорость возведения. Стальные элементы просто устанавливаются на конструкцию, что сокращает время строительства. Обычно это приводит к более быстрой окупаемости в таких областях, как затраты на рабочую силу.
  5. Простота ремонта. Стальные конструкции в целом можно легко и быстро отремонтировать.
  6. Адаптация заводской сборки.Сталь отлично подходит для заводского изготовления и массового производства.
  7. Многократное использование. Сталь можно использовать повторно после разборки конструкции.
  8. Расширение существующих структур. Стальные здания можно легко расширить, добавив новые отсеки или флигели. Стальные мосты можно расширять.
  9. Усталостная прочность. Металлоконструкции обладают относительно хорошей усталостной прочностью.

Недостатки конструкционной стали

  1. Общая стоимость. Сталь очень энергоемкая и, естественно, более дорогая в производстве.Стальные конструкции могут быть более дорогостоящими в строительстве, чем другие типы конструкций.
  2. Противопожарная защита. Прочность стали существенно снижается при нагревании до температур, обычно наблюдаемых при пожарах в зданиях. Сталь также довольно быстро проводит и передает тепло от горящей части здания. Следовательно, стальные конструкции в зданиях должны иметь соответствующую противопожарную защиту.
  3. Техническое обслуживание. Сталь, подвергающаяся воздействию окружающей среды, может повредить материал и даже привести к загрязнению конструкции из-за коррозии.Стальные конструкции, подверженные воздействию воздуха и воды, такие как мосты и башни, регулярно окрашиваются. Применение устойчивых к атмосферным воздействиям и коррозионно-стойких сталей может устранить эту проблему.
  4. Склонность к короблению. Из-за высокого отношения прочности к весу стальные сжимающие элементы, как правило, более тонкие и, следовательно, более подвержены короблению, чем, скажем, железобетонные сжимающие элементы. В результате необходимы дополнительные конструктивные решения для улучшения сопротивления продольному изгибу тонких стальных компрессионных элементов.
Программное обеспечение SkyCiv Steel Design

Рис. 1. Обзор стальных конструкций

Железобетон

Бетон представляет собой смесь воды, цемента и заполнителей. Пропорция трех основных компонентов важна для создания бетонной смеси желаемой прочности на сжатие. Когда в бетон добавляют арматурные стальные стержни, эти два материала работают вместе с бетоном, обеспечивающим прочность на сжатие, и сталью, обеспечивающей прочность на растяжение.

Преимущества железобетона

  1. Прочность на сжатие. Железобетон имеет высокую прочность на сжатие по сравнению с другими строительными материалами.
  2. Прочность на разрыв. Благодаря предусмотренной арматуре железобетон также может выдерживать большое количество растягивающих напряжений.
  3. Огнестойкость. Бетон обладает хорошей способностью защищать арматурные стальные стержни от огня в течение длительного времени. Это выиграет время для арматурных стержней до тех пор, пока пожар не будет потушен.
  4. Материалы местного производства. Большинство материалов, необходимых для производства бетона, можно легко найти на месте, что делает бетон популярным и экономичным выбором.
  5. Прочность. Система здания из железобетона более долговечна, чем любая другая система здания.
  6. Формуемость. Железобетон, изначально как текучий материал, можно экономично формовать в практически неограниченном диапазоне форм.
  7. Низкие эксплуатационные расходы. Железобетон является прочным с использованием недорогих материалов, таких как песок и вода, не требующих обширного обслуживания.Бетон предназначен для того, чтобы полностью покрыть арматурный стержень, так что арматурный стержень не будет нарушен. Это делает стоимость обслуживания железобетонных конструкций очень низкой.
  8. В конструкции, такой как фундаменты, плотины, опоры и т. Д., Железобетон является наиболее экономичным строительным материалом.
  9. Жесткость. Он действует как жесткий элемент с минимальным прогибом. Минимальный прогиб хорош для удобства эксплуатации зданий.
  10. Удобство в использовании. По сравнению с использованием стали в конструкции, при строительстве железобетонных конструкций может быть задействована менее квалифицированная рабочая сила.

Недостатки железобетона

  1. Долгосрочное хранение. Бетон нельзя хранить после смешивания, так как цемент вступает в реакцию с водой и смесь затвердевает. Его основные ингредиенты нужно хранить отдельно.
  2. Время отверждения. У бетона есть 30-дневный период отверждения. Этот фактор сильно влияет на график строительства здания. Это снижает скорость возведения монолитного бетона по сравнению со сталью, однако ее можно значительно улучшить с помощью сборного железобетона.
  3. Стоимость форм. Стоимость форм, используемых для отливки ЖБИ, относительно выше.
  4. Увеличенное сечение. Для многоэтажного здания секция железобетонной колонны (RCC) больше, чем стальная секция, так как в случае RCC прочность на сжатие ниже.
  5. Усадка. Усадка вызывает развитие трещин и потерю прочности.
Программное обеспечение SkyCiv RC для проектирования

Рис. 2. Типичный пример железобетона

Древесина

Древесина — это органический, гигроскопичный и анизотропный материал.Его тепловые, акустические, электрические, механические, эстетические, рабочие и т. Д. Свойства очень подходят для использования, можно построить комфортный дом, используя только деревянные изделия. С другими материалами это практически невозможно. Очевидно, что дерево — это и распространенный, и исторический выбор в качестве конструкционного инженерного материала. Однако в последние несколько десятилетий произошел отход от дерева в пользу инженерных продуктов или металлов, таких как алюминий.

Преимущества древесины

  1. Прочность на разрыв.Поскольку дерево является относительно легким строительным материалом, он превосходит даже сталь по длине разрыва (или длине самонесущей конструкции). Проще говоря, он может лучше выдерживать собственный вес, что позволяет использовать большие пространства и меньше необходимых опор в некоторых конструкциях зданий.
  2. Электрическое и тепловое сопротивление. Он обладает естественным сопротивлением электропроводности при сушке до стандартного уровня содержания влаги (MC), обычно от 7% до 12% для большинства пород древесины. Его прочность и размеры также не подвержены значительному влиянию тепла, обеспечивая устойчивость готового здания и даже безопасность при определенных пожарных ситуациях.
  3. Звукопоглощение. Его акустические свойства делают его идеальным для минимизации эха в жилых или офисных помещениях. Дерево поглощает звук, а не отражает или усиливает его, и может помочь значительно снизить уровень шума для дополнительного комфорта.
  4. Из местных источников. Дерево — это строительный материал, который можно выращивать и повторно выращивать с помощью естественных процессов, а также с помощью программ пересадки и лесного хозяйства. Выборочная уборка и другие методы позволяют продолжить рост, пока собираются более крупные деревья.
  5. Экологически чистый. Одна из самых больших проблем для многих строительных материалов, включая бетон, металл и пластик, заключается в том, что, когда они выброшены, они разлагаются невероятно долго. В естественных климатических условиях древесина разрушается намного быстрее и фактически пополняет почву.

Недостатки бруса

Усадка и разбухание древесины — один из ее основных недостатков.

Дерево — гигроскопичный материал.Это означает, что он будет поглощать окружающие конденсируемые пары и терять влагу в воздух ниже точки насыщения волокна. Еще один недостаток — его износ. Агенты, вызывающие порчу и разрушение древесины, делятся на две категории: биотические (биологические) и абиотические (небиологические). Биотические агенты включают гниющие и плесневые грибы, бактерии и насекомые. К абиотическим агентам относятся солнце, ветер, вода, некоторые химические вещества и огонь.

Программное обеспечение SkyCiv Wood Design

Рисунок 3.Деревянный конструкционный каркас

Сводка

Для лучшего описания стали, бетона и дерева. Обобщим их основные характеристики, чтобы выделить каждый материал.

Сталь очень прочна как на растяжение, так и на сжатие и, следовательно, имеет высокую прочность на сжатие и растяжение. Сталь имеет предел прочности от 400 до 500 МПа (58 — 72,5 тыс. Фунтов на квадратный дюйм). Это также пластичный материал, который поддается или прогибается перед разрушением. Сталь выделяется своей скоростью и эффективностью в строительстве.Его сравнительно легкий вес и простота конструкции позволяют сократить рабочую силу примерно на 10-20% по сравнению с аналогичной строящейся структурой на основе бетона. Металлоконструкции также обладают отличной прочностью.

Бетон чрезвычайно прочен на сжатие и, следовательно, имеет высокую прочность на сжатие от 17 МПа до 28 МПа. С более высокой прочностью до 70 МПа или выше. Бетон позволяет проектировать очень прочные и долговечные здания, а использование его тепловой массы, удерживая его внутри оболочки здания, может помочь регулировать внутреннюю температуру.Также в строительстве все чаще используется сборный железобетон, что дает преимущества с точки зрения воздействия на окружающую среду, стоимости и скорости строительства.

Дерево устойчиво к электрическим токам, что делает его оптимальным материалом для электроизоляции. Прочность на разрыв также является одной из основных причин выбора древесины в качестве строительного материала; его исключительно сильные качества делают его идеальным выбором для тяжелых строительных материалов, таких как конструкционные балки.Дерево намного легче по объему, чем бетон и сталь, с ним легко работать и легко адаптировать на месте. Он прочен, дает меньше тепловых мостиков, чем его аналоги, и легко включает в себя готовые элементы. Его структурные характеристики очень высоки, а его прочность на сжатие аналогична прочности бетона. Несмотря на все это, древесина все шире используется для строительства жилых и малоэтажных построек. Его редко используют в качестве основного материала для высотных конструкций.

Это самые распространенные строительные материалы, используемые для строительства.У каждого материала есть свой уникальный набор достоинств и недостатков. В конце концов, они могут быть заменены материалами, которые практически не имеют ограничений с технологическими достижениями будущего. Тем не менее, наши нынешние строительные материалы будут оставаться актуальными еще многие десятилетия.

Влияние предварительной обработки и добавок на улучшение древесно-цементного композита: обзор :: BioResources

Брахмия, Ф. З., Хорват, П. Г., и Альпар, Т. Л. (2020). « Влияние предварительной обработки и добавок на улучшение цементного древесного композита: обзор BioRes. 15 (3), 7288-7308.
Abstract

Цементно-древесный композит (CWC) — популярный строительный материал. Легкие или панельные здания из дерева имеют растущий рынок в Центральной Европе. Требования и правила как на глобальном, так и на национальном уровне вызывают постоянное развитие. В этой статье обобщены достижения в области улучшения гигроскопических и механических свойств и сокращения времени производства CWC за счет предварительной обработки и добавок. Кроме того, обсуждаются новые перспективы улучшения свойств огнестойкости за счет предварительной обработки антипиренами.CWC без предварительной обработки относится к категории огнестойкости B-s1, d0. Использование антипиренов может повысить его до категории A1, но антипирены не должны влиять на основные свойства CWC. Существует ряд потенциальных антипиренов для древесины, которые можно использовать, например, соединения фосфора, бора и магния.


Скачать PDF
Полная статья

Влияние предварительной обработки и добавок на улучшение цементного древесного композитного материала: обзор

Фатима З.Брахмия, * Петер Дьёрдь Хорват и Тибор Л. Альпар

Цементно-древесный композит (CWC) — популярный строительный материал. Легкие или панельные здания из дерева имеют растущий рынок в Центральной Европе. Требования и правила как на глобальном, так и на национальном уровне вызывают постоянное развитие. В этой статье обобщены достижения в области улучшения гигроскопических и механических свойств и сокращения времени производства CWC за счет предварительной обработки и добавок.Кроме того, обсуждаются новые перспективы улучшения свойств огнестойкости за счет предварительной обработки антипиренами. CWC без предварительной обработки относится к категории огнестойкости B-s1, d0. Использование антипиренов может повысить его до категории A 1 , но антипирены не должны влиять на основные свойства CWC. Существует ряд потенциальных антипиренов для древесины, которые можно использовать, например, соединения фосфора, бора и магния.

Ключевые слова: цемент; Древесина; Отвердители; Добавки; Уход; Антипирены; Ингибиторы; Механические свойства

Контактная информация: Шопронский университет, инженерный факультет Симони Кароли, древесные науки и прикладное искусство, Институт изделий и технологий из древесины, H-9400 Sopron, Bajcsy-Zs.ЕС. 4.Венгрия; * Автор, ответственный за переписку : [email protected]

ВВЕДЕНИЕ

За прошедшие годы многие аспекты строительства зданий улучшились, от дизайна до строительных материалов. Известны два вида строительства: деревянное и бетонное. Для деревянного строительства дома светлые и теплые зимой. Строительный материал обладает хорошей устойчивостью к растягивающим усилиям, но его сопротивление огню невелико (Deplazes 2005).Бетонные здания имеют сложную конструкцию и часто бывают высокими (Косматка и др. 2008). Их огнестойкость превосходна, но обратное верно для прочности на разрыв, которая считается очень низкой и в большинстве случаев ею пренебрегают. Таким образом, стальная арматура используется в бетонных конструкциях для придания прочного сопротивления изгибу и растягиванию, а также для защиты зданий от сейсмической активности (Zhang and Sun 2018). По прочности на сжатие бетон превосходен из-за содержащихся в нем заполнителей (Kosmatka et al. 2008). Проблема с бетоном заключается в том, что для достижения максимальной прочности требуется 28 дней, а вода вызывает коррозию арматурной стали (Zhang et al. 2017; Marcos-Meson et al. 2018), делая здания со временем слабыми. Кроме того, в бетоне часто возникают трещины (Hillerborg et al. 1976).

Текущие исследования были сосредоточены на новом материале: цементно-древесном композите (Frybort et al. 2008). Этот продукт имеет преимущества как из бетона, так и из дерева.Его огнестойкость лучше, чем у дерева. Он имеет лучшую прочность на растяжение и изгиб, чем бетон, а также легче (Deplazes 2005; Kosmatka и др. . 2008). В композитах цемент-дерево цемент армирован древесными волокнами, частицами, хлопьями и древесной шерстью различных форм и размеров (Ferraz et al. 2012). Цементно-древесным композитам требуется 24 часа для отверждения и достижения максимальной прочности. Поскольку он легче бетона, этот тип материала удобен в использовании, что позволяет сэкономить время и деньги.Эти композиты обычно используются в качестве изоляционного или строительного материала (Quiroga et al. 2016). Для строительства в качестве панелей используется композит цемент-дерево, а в некоторых недавних исследованиях композиты цемент-дерево использовались в основных конструктивных элементах зданий, таких как балки (Bejó and Takáts 2005; Frybort et al. 2008). Из-за прочностных свойств CWC он обычно используется для внутренних и внешних применений, а также для определения акустических свойств (, например, ., звуковые барьеры шоссе) (Na et al. 2014). Гюндуз и др. (2018) заявила, что цементно-стружечные плиты с композитной формой являются эффективным применением в качестве акустических барьеров для наружного шума.

Самыми известными продуктами на цементной основе являются цементно-волокнистые плиты, цементно-стружечные плиты (CPB), древесноволокнистые цементные плиты (WWCB) и строительные блоки (Vaickellionis et al. 2006). В качестве теплоизоляции используются плиты низкой плотности (Frybort et al. 2008). Наиболее важным аспектом изготовления изделий из цемента и дерева является соотношение используемых материалов, которое представляет собой соотношение дерево / цемент и цемент / вода (Phillips and Hse 1987). Совместимость древесины и цемента важна, потому что древесина может содержать соединения, влияющие на отверждение цемента. Добавки отвердителя используются для решения этой проблемы и ускорения отверждения цемента.

В большинстве случаев используется портландцемент. Не все породы дерева демонстрируют хорошее сцепление с цементом, потому что каждая порода имеет разную структуру и химический состав.Хотя вид древесины важен, место роста и возраст могут иметь значение (Wei et al. . 2000; Frybort et al. 2008; Alpár et al . 2011). Вот почему на протяжении многих лет было проведено множество исследований по этой теме с использованием различных пород древесины, видов цемента и отверждающих добавок для производства различных видов композитов цемент-дерево с улучшениями для многих различных применений.

Целью данной статьи является обобщение достижений исследований в области улучшения гигроскопических (таких как набухание по толщине и водопоглощение), механических свойств (таких как напряжение изгиба, растягивающее напряжение, прочность на сжатие, модуль упругости и внутреннее сцепление) и сокращение времени производства CWC за счет предварительной обработки и добавок.Кроме того, открываются новые перспективы в отношении повышения его свойств огнестойкости за счет использования предварительной обработки огнестойкими добавками.

КОМПОЗИТЫ ДЕРЕВЯННОГО ЦЕМЕНТА

Древесно-цементные композиты представляют собой одну категорию продуктов на минеральной связке. Материалы на неорганической связке впервые появились в начале 1900-х годов в виде древесно-стружечных плит, склеенных гипсом. В 1910 году была произведена древесная плита на магнетитовой связке с приблизительной плотностью 400 кг / м 3 , и она была разработана в Австрии в 1914 году.Такие плиты низкой плотности обычно используются в качестве изоляционных панелей. Цементные древесные композиты появились в 1920 году при производстве древесноволокнистых цементных плит (WWCB) плотностью 400 кг / м 3 . За этим в 1930 году последовала разработка цементных плит из древесной стружки плотностью 600 кг / м 3 , но в тот год не было сильного спроса на древесно-цементные панели для промышленного применения. В 1960 году были изготовлены грубые древесно-цементные плиты с диапазоном плотности от 500 до 700 кг / м 3 , но в 1970 году были разработаны цементно-стружечные плиты (ЦПДП) с очень высокой плотностью от 1250 до 1400 кг / м 3 .Чтобы заменить асбестоцементную плиту в конструкциях, CPBP широко использовался в Европе для изготовления фасадов, полов, огнестойкой и влагостойкой мебели (Stokke et al. 2013). Между 60-ми и 70-ми годами большинство исследователей сосредоточили свое внимание на влиянии соотношения цемент / древесина на свойства WCP; Результаты такой работы сильно различались из-за используемой геометрии частиц, обработок, пород древесины, плотности панелей и многих других факторов (Moslemi and Pfister 1986). В 1990 году продукция из древесноволокнистых плит из цементного волокна получила дальнейшее развитие, и их плотность увеличилась до 900 кг / м 3 .С начала 21 века в 2000 году древесно-стружечные цементные плиты (WSCB) производились плотностью от 1000 до 1100 кг / м 3 (Stokke et al. 2013).

Форма используемой древесины, т.е. волокон, частиц, рубленых нитей, хлопьев или древесной ваты, влияет на механические свойства и использование изделий из цементно-древесного композитного материала (Mohammed et al .2016; Hannant et al. al .2018). Существует несколько различных типов древесно-цементных композитов, как показано на рис.1.

Рис. 1. Принципиальная схема различных типов цементно-древесных композитов (CWC)

Древесина из цементного волокна и цементно-стружечная плита (CPB)

Цементно-волокнистая древесина и цементно-стружечная плита обычно производятся из волокон и частиц древесины различных размеров и форм (Медвед и Ресник, 2003). Эти виды плит обладают хорошими механическими свойствами и большим весом по сравнению с другими композитами из цемента и дерева, поскольку имеют более высокую плотность.В последние годы было проведено обширное исследование возможности производства древесностружечных плит из древесных отходов. В нескольких исследованиях CO 2 использовался в качестве отвердителя для производства цементно-стружечных плит с использованием частиц строительных древесных отходов (Soroushian et al. 2013; Wang et al. 2017b). Ашори и др. . (2012a) производили плиты из древесных отходов от шпал. Механические и физические характеристики картона повышаются при использовании CaCl 2 или хлорида кальция.Wang et al. (2017b) использовала строительные древесные отходы для производства водостойких магнезиально-фосфатных цементных плит с использованием красного шлама и глинозема. Результаты были удовлетворительными и показали, что красный шлам и древесные отходы являются возможными материалами для производства ДСП. Исследовано производство цементно-стружечных плит из переработанных древесных отходов, армированных фосфатом магния. Улучшились механические характеристики, термические свойства и водостойкость плиты (Wang et al. 2018).

Древесноволокнистые цементные плиты (WWCB)

Древесно-цементные композиты производятся из портландцемента и древесной ваты (Коохестани и др. 2016). Производство древесноволокнистых плит требует определенных размеров частиц. Длина варьируется от 25 до 500 мм, ширина от 0,5 до 5 мм и толщина от 0,03 до 0,64 мм (Malloney 1989) с плотностью от 400 до 900 кг / м 3 . Этот продукт обладает впечатляющими механическими и химическими свойствами; однако трудно понять, почему его механические свойства настолько превосходны (Koohestani et al. 2016). Обычно для утепления используются древесноволокнистые цементные плиты. Alpár et al. № (2011) показал повышенное сцепление портландцемента с деревом, что улучшило качество продукта. Добавки были использованы для изменения поверхности древесного волокна.

Строительные блоки

Эти типы продуктов хорошо подходят для использования в качестве строительных материалов. Строительные блоки были изготовлены с использованием цемента в качестве клея для древесных частиц. В Вашингтоне производились блоки толщиной 203 мм, 305 на 610 мм или 305 на 1280 мм; однако толщина и высота могут отличаться.Самые большие блоки весили 45,5 кг (Мэллони, 1989). Строительные блоки обладают хорошей огнестойкостью и прекрасными изоляционными характеристиками. По плотности они похожи на мягкое дерево, поэтому их легко обрабатывать гвоздями и шлифовать. Преимущество строительных блоков в том, что их легко производить (Malloney 1989).

ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЦЕМЕНТНОЙ ДРЕВЕСНОЙ СМЕСИ

Для древесно-цементных композитов чаще всего используется портландцемент. Портландцемент — это комбинация материалов, нагретых в печи при определенной температуре, а затем измельченных до цементного порошка (Deplazes 2005; Kosmatka et al .2008 г.). Портландцемент состоит на 90% из клинкера и небольшого количества гипса или дигидрата сульфата кальция (CaSO 4 .2H 2 O), оксида магния (магнезия) и других минералов, которые улучшают характеристики цемента и способствуют процессу гидратации. Состав каждого из пяти типов цемента разный (Kosmatka et al .2008; Mohammed and Safiullah 2018).

При гидратации цемента он вступает в реакцию с водой, придавая цементу прочность и делая его твердым материалом (Bullard et al. 2011). Обычно совместимость цемента и дерева определяется степенью схватывания цемента после его смешивания с деревом и водой. Наличие древесины влияет на химический процесс твердения цемента. Взаимодействие между цементом и деревом снижает физические свойства цементных композитов. Эффект ингибитора обычно измеряется по уменьшению количества тепла, выделяемого при отверждении цемента. Отношение количества тепла, выделяемого из цементно-древесной смеси, а также тепла, выделяемого на границах раздела цементно-древесной смеси, определяется как коэффициент C A и используется вместе с ( T max ), или период времени, необходимый для достижения максимальной температуры.На типичном температурном графике цементно-древесной смеси можно выделить три части. Он начинается с начального повышения температуры, за которым следует период покоя. На этом этапе температура практически постоянная, нестационарная или почти не снижается. Последний этап — твердение цемента, во время которого резко повышается температура. Совместимость цемента и дерева делится на три категории: совместимая, если C A > 68%, умеренно совместимая, если 68%> C A > 28%, или несовместимая, если C A > 28%.Однако причины несовместимости древесины и цемента неясны (Хорхе и др. 2004)

Во время гидратации все минералы гидратируются одновременно, что усложняет процесс (Liang et al .2014). Более того, это основная причина того, что связка древесины и цемента получается очень прочной. Состав и тип экстрактивных веществ древесины действуют как ингибиторы отверждения цемента. Древесина содержит сахар, целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин (Frybort et al. 2008; Karade 2010).Эти вещества вызывают проблемы во время отверждения цемента, поскольку они растворяются с цементными смесями, вызывая изменения, которые препятствуют процессу гидратации и удлиняют его (Хорхе и др. 2004). Кочова и др. (2017) изучали влияние сахаридов на отверждение цемента. К цементной смеси добавляли различные органические соединения, включая фруктозу, глюкозу, лигнин, сахарозу и целлюлозу, присутствующие в волокнах лигноцеллюлозы. Также было добавлено обработанное выщелачиванием волокно (жмых, кокосовое волокно, конопля, масличная пальма, водяной гиацинт и древесина ели).Результаты показали, что время схватывания было увеличено, а отверждение цемента заняло 2 дня из-за глюкозы, маннозы и ксилозы в волокне, обработанном выщелачиванием.

ВЛИЯНИЕ ПОРОДОВ ДРЕВЕСИНЫ

Выбор правильной породы древесины зависит от структуры древесины и от вида производимых древесно-цементных композитов. Кроме того, древесина одной породы может иметь разные характеристики в зависимости от места произрастания, возраста и сезона рубки дерева. Содержание сахаров и экстрактивных веществ различается в зависимости от породы дерева (Fan et al. 2012). Таким образом, важно выбрать правильную породу древесины, соотношение древесина / цемент и соотношение цемента к воде, поскольку количество сахаров и экстрактивных веществ влияет на процесс гидратации цемента (Phillips and Hse 1987). Наиболее распространенными породами древесины, используемыми в древесно-цементных композитах, являются тополь или Populus (Ashori et al. 2011; Alpár et al. 2012; Quiroga et al. 2016) и ель. Ель — одна из лучших пород для древесно-цементных композитов, поскольку она содержит небольшое количество экстрактивных веществ (Malloney 1989).

Вентилятор и др. (2012) создал композиты на цементной основе из 15 видов тропической древесины, чтобы исследовать их совместимость с портландцементом. Гемицеллюлозы и низкомолекулярные углеводы работали как ингибиторы гидратации цемента в цементно-древесной смеси. С увеличением доли древесины совместимость между цементом и древесиной ухудшалась с разной скоростью в зависимости от породы древесины. Породы в порядке убывания совместимости древесины и цемента могут быть перечислены как сапеле 97%, нкананг 85%, мвингуи 77%, падук 68%, эйонг 64%, тали 50%, ироко 22%, бетэ 21%, маоби 17%, и дусси 10%.С увеличением содержания растворимости тропической древесины коэффициент совместимости увеличивался. Gastro et al. (2019) исследовали совместимость цемента со следующими породами древесины: Eshweilera coriaceae (Ec) , Swartzia reanva poepp (Sr) , Manilkara amazonica (Ma) и Pouteria guianesisaubl (Pg) . Эти породы древесины подходят для производства CWC, поскольку они не оказывают ингибирующего действия на гидратацию цемента, и все породы древесины имеют хороший коэффициент совместимости C A = 85% для Ec, 74.4% для Sr, 85% для Ma и 76,4% для Pg. Образцы CWC ​​достигли максимальных механических и физических свойств через 28 дней. Antiwi-Boasiako et al. (2018) исследовали пригодность различных тропических пород древесины для ХО. Triplochiton sclerosylon , Entandrophragma cylindricuim и Klainedosca gabonensis опилки использовались при производстве CWC. Основываясь на изучении химических компонентов, их состава и физико-механических свойств, Triplochiton sclerosylon имел самые низкие экстрактивные вещества — 6.12% от общего количества экстрактивных веществ, 29,9% лигнина и 56,4% холоцеллюлозы. Он достиг наивысшего MOR среди используемых пород древесины — 696 Н / м 2 , имел показатель поглощения влаги 8,8% и выдающиеся физико-механические свойства. Ван и Ю (2012) исследовали совместимость двух быстрорастущих видов, китайской пихты и тополя, с портландцементом. Результаты теста на гидратацию показали, что пихта китайская лучше сочетается с цементом, чем тополь с C A = 95%, в то время как тополь имеет C A = 24.3%.

Аль-Мефаррей (2009) проверил совместимость пяти саудовских древесных пород: леббека, пуговичного дерева, советского дерева, леукины, медресе трон и сосны обыкновенной с цементом. Было обнаружено, что коэффициент совместимости C A различается от одной породы дерева к другой. Результаты были следующими: 17,7% для леббека, 52,0% для пуговицы, 23,0% для дерева совета, 19,0% для леукины, 19,9% для трон медресе и 59,0% для сосны обыкновенной.

Пападопулос (2009) исследовал ДСП, изготовленный из древесины граба.Испытания на гидратацию показали, что смесь цемента и древесины граба имела умеренное ингибирование с 39,15% C A , и были применены два различных соотношения древесного цемента, 1: 3 и 1: 4. Исследование свойств плиты подтвердило, что, за исключением MOR, все свойства улучшились после увеличения соотношения цемента к древесине. После воздействия различных грибков на CBPB плиты не пострадали.

Различия встречаются даже с одной и той же породой древесины. Кочова и др. (2020) изучал деградацию древесины и ее влияние на совместимость цемента с древесиной.Были использованы две практически идентичные партии волокон еловой древесной шерсти. Деревья были посажены, выращены и собраны при одинаковых обстоятельствах. Было проведено сравнение двух пород древесины, и результаты показали, что их совместимость, механическая прочность и анатомическая структура различаются. Фактор C A для образца ели A составил 85%, а для образца B — 75%. Прочность на изгиб для A составляла 4,5 МПа, а для B — 1,5 МПа. Процент экстрактивных веществ также отличался, так как один из видов содержал больше экстрактивных веществ, чем другой, что приводило к его несовместимости с цементом и влияло на механические свойства.Кроме того, хранение древесины повлияло на совместимость цементной древесины, поскольку древесина может подвергаться воздействию синевы или других грибков, что приводит к увеличению экстрактивных веществ древесины. Pasca et al. (2010) изучали совместимость горного соснового жука и убитой лесной сосны с портландцементом. В эксперименте был задействован ряд факторов, в том числе время смерти дерева, синяя окраска заболони, белая гниль и бурая гниль. Были измерены скорость нагрева, общее тепловыделение и гидратация цемента, и результаты не показали разницы между свежей и мертвой горной сосной и сосной, убитой жуками.Коэффициент совместимости составлял от 78,9% до 81,8%. Единственная несовместимость произошла в случае образцов с белой гнилью, для которых C A составлял 48,8%; во всех остальных случаях были обнаружены отличные физико-химические свойства. Смесь цемента и заболони, окрашенной в синий цвет, достигла наивысшей совместимости.

На основании приведенных результатов, касающихся совместимости древесных пород и цемента, можно сделать вывод, что порода древесины оказывает огромное влияние на качество КХО.Породы древесины подразделяются на три категории в соответствии с их C A : подходящие A, такие как Eshweilera coriaceae , Swartzia reanva poepp, Manilkara amazonica и Pouteria guianesisaubl , sapele, ni. , ель, сосна и горная сосна убили лесную сосну. Умеренно подходящие (B) породы дерева включали сосну обыкновенную, падук, эйонг, тали, леббек, трон медресе и граб. Неподходящие породы дерева (C) включали ироко, бете, маоби, дусси, пуговичную древесину, дерево советов, леуцена и тополь.

ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ НА СОВМЕСТИМОСТЬ ЦЕМЕНТА И ДРЕВЕСИНЫ

Поскольку древесные экстрактивные вещества препятствуют отверждению цемента, было проведено несколько исследований, чтобы найти предварительную обработку, которая снижает количество ингибиторов в древесине, что приводит к лучшей совместимости между древесиной и цементом. В большинстве случаев применяется предварительная обработка холодной и горячей водой.

Было проведено исследование совместимости портландцемента и средней жилки финиковой пальмы ( Phoenix dactylifera L).Древесные частицы были подвергнуты обработке холодной и горячей водой для повышения их совместимости. Результаты показали, что необработанные древесные частицы не подходят для CBPB, но совместимость улучшилась с обработкой. Обработка горячей водой была классифицирована как подходящая, и результаты также показали, что добавление 3% CaCl 2 улучшило совместимость цементной древесины в ограниченных условиях: T max = 54,2 ° C и C A = 75,7% (Насер и Аль-Меффаредж 2011).В 2014 году было проведено исследование совместимости портландцемента и предварительно обработанной древесины Eucalyptus benthamii марки . Использовали пять типов предварительной обработки: горячая вода, холодная вода, гидроксид натрия, CaCl 2 и гидроксид кальция. Результаты показали, что эффект ингибирования видов снизился на 3% при использовании CaCl 2 , что было лучшим результатом.

Напротив, прочность на сжатие была увеличена путем смешивания CaCl 2 с карбонизированными частицами через гидроксид кальция (Gastro et al. 2014). Исследование было проведено Quiroga et al. (2016) о влиянии обработки древесины на механические свойства WCC. В качестве материалов использовались портландцемент и Populus euroamericana , в то время как для обработки древесины использовались водная экстракция, разложение щелочным гидролизом и удержание ингибирующих веществ. Щелочной гидролиз был наиболее эффективным методом подавления ингибиторов среди изученных способов лечения. Однако это привело к наибольшему снижению механических свойств WCC.

Ferraz et al. (2012) оценил химическую совместимость портландцемента и кокосового волокна. В качестве предварительной обработки использовали холодную воду, горячую воду, гидроксид натрия и CaCl 2 . Лигнин и холоцеллюлоза были ингибиторами гидратации цемента, но добавление смеси NaOH и CaCl 2 снижало ингибирование. Jiang et al. (2015) исследовали влияние методов модификации на совместимость волокон тополевого листа и цемента. Для повышения совместимости листьев использовали пять методов.Совместимость листьев и цемента можно улучшить тремя способами: окунанием волокна листа в воду, опрыскиванием силикатом натрия или чистой эмульсией акрилового полимера. Xie et al. (2016) изучали влияние предварительной обработки рисовой соломы на отверждение цемента. Рисовая солома была предварительно обработана различными способами: необработанная, взорванная паром, один раз отбеленная и дважды отбеленная. Предварительная обработка удаляет аморфную гемицеллюлозу и лигнин. Кроме того, они улучшают кристалличность цемента и повышают термическую стабильность волокна рисовой соломы.

Nasser et al. (2016) исследовали возможность изготовления высококачественных цементно-древесных композитов с использованием древесных отходов. Использовались разные породы древесины, в том числе Acacia salicina , Conocarpus erectus , Ficus altissima , Leucaena glauca , Pithecellobium dulce и Tamarix aphylla . Отходы обрезки древесины обрабатывали горячей и холодной водой и использовали CaCl 2 , Al 2 (SO 4 ) и MgCl 2 для ускорения отверждения цемента и повышения совместимости.Результаты показали, что отходы могут быть введены в производство древесно-цементных композитов в качестве альтернативы древесине, но с применением предварительной обработки и добавления 3% добавок CaCl 2 , Al 2 (SO 4 ) , и MgCl 2 .

Cechin et al. (2018) изучали совместимость бамбука moso и портландцемента. Выбранные породы древесины были подвергнуты различным предварительным обработкам, таким как холодная вода, горячая вода, гидроксид натрия, силикат натрия, силан и хлорид кальция.Результаты показали, что частицы бамбука мозо обладают хорошей совместимостью с цементом, что делает их пригодными для производства CWC. Механические свойства, совместимость и кристалличность произведенных плит были улучшены за счет использованных предварительных обработок.

Gastro et al. (2018) провел исследования корреляции между химическим составом древесины и совместимостью цемента с древесиной. В экспериментах использовался портландцемент II-Z и восемь различных тропических пород древесины лиственных пород из Амазонии.Не было обнаружено корреляции между полярными и неполярными растворимыми экстрактами и ингибиторами схватывания цемента, за исключением Swartzia recurva с содержанием арабинозы. Кроме того, была обнаружена корреляция между Larix с щелочным раствором и ингибиторами цемента. Лигнин и гемицеллюлоза создают большое количество разложившихся полисахаридов, которые вызывают ингибирование цемента. Пять из используемых древесных пород, Eschweilera coriacera, Inga paraensis, Ingalba, Pouteria guianensis и Byrsonima crispa , обладали низким ингибирующим действием.

В таблице 1 представлены коэффициенты совместимости различных пород древесины с различными обычно используемыми предварительными обработками. Фактор C A был увеличен за счет использования предварительных обработок для повышения качества древесины с непригодных до умеренно подходящих или подходящих, но в некоторых случаях, таких как порода древесины доусси, предварительная обработка не влияет на увеличение цементной древесины. совместимость. Предварительная обработка по-разному влияет на древесину каждой породы. В большинстве случаев было обнаружено, что горячая вода и MgCl 2 являются отличными препаратами для предварительной обработки, но на финиковую пальму они не действуют.

Таблица 1. Влияние различных предварительных обработок на коэффициент совместимости C A (%) различных пород древесины

ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК И СООТНОШЕНИЯ ДЕРЕВО / ЦЕМЕНТ НА ​​СВОЙСТВА CWC

Поскольку цементно-древесные композиты являются широко используемыми строительными материалами, их свойства очень важны. Много усилий было направлено на улучшение свойств CWC. Соотношение древесина / цемент является одним из основных факторов, влияющих на КХО (Пападопулос, 2009; Табарса и Ашори, 2011; Ашори, и др.). 2012b; Абдельрахман и др. 2015; Boadu et al. 2018). Многие добавки также использовались в качестве ускоряющих агентов во время процесса гидратации (Frybort et al. 2008). Этот подход работает на связке цемента и дерева, что приводит к улучшению свойств CWC. Наиболее часто используемыми добавками были жидкое стекло (Na 2 SiO 2 ), хлорид кальция (CaCl 2 ), силикат алюминия (Al 2 (So 4 ) 3 ) и хлорид магния или MgCl 2 (Alpár et al. 2011). Некоторые прошлые исследовательские работы были сосредоточены на закачке углекислого газа, который также использовался для улучшения склеивания цементной древесины.

Ashori et al. (2012b) провел исследование цементно-стружечных плит, изготовленных из тополиных нитей. Соотношение древесины повлияло на механические и абсорбционные свойства плит. Они стали более прочными и плотными, если изготовлены из 40% нитей тополя, а также достигли наилучшей прочности на изгиб. Механические и водопоглощающие свойства были улучшены за счет добавления 7% хлорида кальция (CaCl 2 ).

Sotannde et al. (2012) исследовал CBPB, изготовленный из африканской древесины Afzelia . Плиты производились с использованием различных добавок, содержания цемента и различных профилей древесины, а именно лекал, ленточных опилок и опилок. Увеличение содержания цемента в древесно-цементной смеси с 1: 2 до 1: 3,5 и добавление химических добавок уменьшило набухание по толщине прибл. 60% и водопоглощение прибл. 71%. Плотность увеличилась прибл. 23%, прочность на сжатие была увеличена почти на 60%, а внутреннее соединение плит в среднем на 38%.Только на MOR содержание цемента и добавки не повлияло. Наилучшие результаты были достигнуты при добавлении 2% CaCl 2 . Форма древесных частиц влияет на механические свойства плит. Наилучшие результаты были получены при использовании ленточных опилок с IBS = 0,50 Н / мм 2 , MOR = 11,6 Н / мм 2 и C s = 15,16 Н / мм 2 , а наихудшие результаты были достигнуты с помощью пластин с IBS = 0,37 Н / мм 2 , MOR = 9.57 Н / мм 2 и C s = 12,6 Н / мм 2 .

Boadu et al. (2018) исследовал плиту CWC, изготовленную из опилок различных тропических пород древесины с разной плотностью: Triplochiton scleroxylon (низкая плотность), Entandrophragma cylindricum (средняя плотность) и Klainedoxa gabonensis (высокая плотность). Увеличение доли древесины вызывает увеличение механических и физических свойств (MOR, прочность на сдвиг и разбухание по толщине).Плиты из извлеченных опилок показали лучшие механические свойства и устойчивость к набуханию по толщине, чем плиты из обычных опилок. TS (%) снизился по сравнению с контрольными образцами с TS = 1,5 и 2,9 для T. scleroxylon и E. cylindricum , соответственно, до TS = 0,42 и 0,95 соответственно при использовании горячей воды. Прочность на сдвиг была увеличена с 0,3 и 0 до 1,8 и 1 (Н / мм 2 ) для T. scleroxylon и E. cylindricum соответственно.MOR был увеличен с 1,8 и 1,1 до 4,1 и 2,4 (Н / мм 2 ) для T. scleroxylon и E. cylindricum , соответственно, с использованием опилок, экстрагированных горячей водой. Плиты CWC, обладающие высокой стабильностью размеров и механическими свойствами, были изготовлены из древесных опилок выбранных пород.

Matoski et al. (2013) изучал влияние различных ускорителей на древесно-цементные панели. WCP изготавливали из древесной пыли различных пород Pinus и портландцемента.Были использованы различные добавки, включая хлорид кальция, хлорид магния, сульфат алюминия и силикат натрия. Результаты показали, что хлоридные добавки смогли повысить механические свойства изготовленной панели до значений, превышающих требования следующих стандартов (EN 1058 и ASTM D 1037) с CS = 18,1 МПа, прочностью на изгиб (BS) = 4,72 МПа и IBS = 0,54 МПа для CaCl 2 и CS = 18,0 МПа, BS = 4,55 МПа и IBS = 0,57 МПа. Для теста на водопоглощение было обнаружено, что сульфат алюминия показал наилучшие результаты с WA = 1.52% через 2 часа погружения в воду и 3,97% через 24 часа, создавая водонепроницаемую систему за счет увеличения количества ионов, вступающих в реакцию с трикальцийалюминатом, который является одним из компонентов цемента.

Было исследовано влияние предварительной обработки и соотношения между цементом и древесиной на цементный композит (Abdelrahman et al. 2015). Prosopis chilensis древесина и портландцемент в дополнение к гипсу в качестве частичной замены цемента использовались для производства цементных композиционных материалов.В качестве предварительной обработки использовали холодную воду, гидроксид натрия и хлорид кальция. CWC производились с различным соотношением древесины и цемента: 2: 1, 3: 1, 4: 1 и 5: 1. Наилучшее соотношение древесины и цемента составляло 3: 1, а добавление 10% гипса в качестве частичной замены цемента улучшает прочность на сжатие с CS 51,6% = 51,3 Н / мм 2 , тогда как для контрольных образцов CS = 24,8 Н / мм 2 . Однако добавление более 20% гипса отрицательно сказалось на прочности на сжатие.

Было проведено исследование гидратационных свойств CBPB, сделанного из цемента и смеси пшеничной соломы и тополя.Добавки MgCl 2 , CaCl 2 и Ca (OH) 2 использовали в различных пропорциях: 3%, 5% и 7% от массы цемента. Было показано, что соотношение соломы и древесины оказывает сильное влияние на физико-механические свойства CBPB. Среди использованных добавок 7% CaCl 2 показал наилучшие результаты в целом для свойств с TS = 13,4%, IBS = 0,66 МПа и MOR = 16,87 МПа, а также сокращением времени схватывания (Назериан и Садегипанах, 2013).Табарса и Ашори (2011) исследовали цементную древесноволокнистую плиту с использованием эвкалипта и тополя с портландцементом. Использовали соотношение древесной шерсти и цемента 40:60 и 60:40, а в качестве обработки использовали CaCl 2 . Добавление 5% CaCl 2 повысило производительность плат. Породы древесины — еще один фактор, определяющий свойства доски. Например, плиты из эвкалипта обладают более высоким водопоглощением и набуханием при усадке. Цементный композит изготавливали из цемента и древесной ваты древесины келампян ( Anthocephalus chinensis ).В качестве добавок использовали 3% формиат кальция, силикат натрия и хлорид магния для ускорения времени схватывания цементного древесного композита. Добавки повысили прочность на ранней стадии и механические свойства плит (Mahzabin et al. 2013). Wulf et al. (2015) исследовал бетон, армированный минерализованными частицами древесины в качестве элементов жесткости с возрастающей плотностью. Были приготовлены смеси портландцемента и частиц сосны обыкновенной и ели. Для минерализации древесины к древесным частицам применялись различные обработки.Древесный наполнитель, минерализованный жидким стеклом (силикатом натрия) и портландцементом, улучшил древесный бетон только при использовании 15% древесных частиц в качестве наполнителя по массе. Наблюдалось снижение плотности от 36 до 39%.

ПРОЦЕДУРЫ УСКОРЕНИЯ ОТВЕРЖДЕНИЯ ЦЕМЕНТА

Уменьшение времени отверждения композитов из цементной древесины является предметом серьезных исследований. Makoving (2010) исследовал возможность сушки панелей WCC с помощью микроволн без повреждения панелей или ухудшения механических свойств.Результаты показали возможность сушки досок без ущерба для качества. В последние годы обработка CO 2 широко используется для уменьшения времени отверждения древесно-цементного композита и в то же время улучшения его механических свойств.

Двуокись углерода (CO 2 )

При обычном производстве CBPB зажимается между стальными пластинами и оставляется сушиться на 24 часа, что является временем, необходимым для того, чтобы стать самонесущим. Однако диоксид углерода (CO 2 ) затвердевает CBPB всего за 5 минут, что дает преимущества, включая более низкие энергозатраты и более высокую производительность (Alpár et al. 2003). Qi e t al. (2010) исследовали возможность ускорения твердения древесно-цементной смеси из красной сосны и портландцемента с использованием CO 2 . В первые минуты использования инъекций CO 2 началась реакция карбонизации. Через 30 минут примерно 43% содержания оксида кальция в цементе карбонизировалось. Быстрое затвердевание могло быть вызвано взаимодействием силикатов кальция в цементе с CO 2 . С другой стороны, реакции между гидроксидом кальция и CO 2 не наблюдали.Wang et al. (2017a) использовал отверждение CO 2 и армирование волокном для ускорения отверждения цемента и улучшения физических свойств ДСП из цемента и древесных отходов. Результаты показали, что CO 2 помог гидратации цемента за счет ускорения превращения Ca (OH) 2 в CaCO 3 , что привело к повышению прочности древесностружечной плиты. Кроме того, общая площадь пор 12,2 м 2 г -1 была уменьшена до 10.3 м 2 г -1 и пористостью от 34,8% до 29,7%. Все требования соответствующих международных стандартов были выполнены за счет улучшения механических свойств, стабильности размеров и улавливания загрязняющих веществ. Сорушян и др. (2013) исследовали влияние ускоренного старения на прочность на изгиб; CO 2 помогает увеличить содержание CaCO 3 и снизить содержание Ca (OH) 2 , что приводит к повышению прочности на изгиб и жесткости.В результате старения содержание CaCO 3 увеличивается, а содержание Ca (OH) 2 уменьшается, что приводит к улучшению границ раздела волокон с матрицей.

Повышение характеристик древесно-цементного композита за счет CO 2 не всегда эффективно. Используемая порода дерева может иметь важное значение. Taskirawati et al. (2019) оценили характеристики цементно-древесной плиты из портландцемента и двух пород древесины: Acacia mangium (Acacia) и Arthophyllum diversifolium (Lento-lento).Плиты были изготовлены обычным способом производства с использованием CaCl 2 в качестве добавки-ускорителя, а плиты также были изготовлены методом карбонизации с использованием впрыска CO 2 для ускорения твердения и улучшения механических свойств. Результаты показали, что плиты из древесины ленто-ленто имели лучшие характеристики при использовании метода впрыска CO 2 , в то время как Acacia показала лучшие результаты при обычном способе производства, тем самым показывая, что впрыск CO 2 не всегда лучше, чем при обычном производстве. методы, в зависимости от используемой породы древесины (Taskirawati et al. 2019).

Maail et al. (2013) изучали разрушение цементно-стружечных плит из портландцемента и смеси древесных пород: кипарис японский ( Chamaecyparis obtusa Endl.) И японский кедр ( Cryptomeria japonica D. Don) с CO 2 как ускоритель отверждения. Результаты показали влияние CO 2 на разложение CBPB. CO 2 помог плитам достичь максимальных механических свойств за короткое время за счет ускорения процесса отверждения цемента.CO 2 не только помог ускорить отверждение, но также улучшил механические свойства и стабильность размеров. Однако время обработки CO 2 имело большое влияние на ее эффективность. Курс рекомендуется непродолжительный, не более 30 мин. Обработка CO 2 в течение от 60 минут до 10 дней оказала отрицательное влияние на механические свойства плит, поскольку более длительные периоды времени вызывают деградацию CBPB из-за влияния содержания карбоната кальция (Maail et al. 2011). Было проведено исследование цементно-древесных плит из портландцемента и финиковой пальмы с ускорителем отверждения CO 2 . Было обнаружено, что волокна финиковой пальмы несовместимы с цементом; однако после предварительной обработки горячей водой совместимость волокон повысилась до подходящей. Введение CO 2 снизило прочность на изгиб и улучшило качество матрицы и платы (Hassan et al. 2016).

Кроме того, были проведены исследования CBPB, изготовленного из различных видов натуральных волокон с использованием впрыска CO 2 для повышения начальной совместимости между цементом и волокнами.Введение CO 2 было успешным в увеличении начальной прочности за счет ускорения отверждения цемента и склеивания цемента и древесины. Эти плиты имели те же механические свойства, что и плиты, изготовленные традиционным способом, и имели более низкое содержание цемента (Marteinsson and Gudmundsson 2018). Исследованы характеристики долговечности композитов из целлюлозного волокна и цемента. После обработки плит CO 2 результаты показали, что капиллярная пористость уменьшилась из-за отверждения CO 2 , а повышение содержания CaCO 3 увеличило совместимость между цементом и волокнами за счет улучшения матрицы на основе цемента. для целлюлозных волокон.Также были увеличены долговечность и устойчивость к атмосферным воздействиям (Soroushian et al. 2012).

ОГНЕСТОЙКОСТЬ КОМПОЗИТА ЦЕМЕНТНОЙ ДРЕВЕСИНЫ

Для строительных материалов очень важным фактором является промышленная огнестойкость. Материалы, изготовленные из магниево-цементных изделий, считаются превосходными огнестойкими материалами (Zuo et al. 2018). Как правило, древесно-цементные композиты — это материалы, обладающие хорошей огнестойкостью. Saval et al. (2014) исследовали воспламеняемость CBPB из цемента и отходов Oceanic Posidonia.Поскольку CBPB не распространился пламени, он не является горючим материалом. Согласно литературным данным, соотношение цемент-древесина влияет на огнестойкость композитов цемент-дерево. Было проведено исследование переработанных частиц китайской пихты и цемента. Исследование проводилось с помощью теста конической калориметрии. Результаты показали, что соотношение цемента и древесины влияет на огнестойкость CBPB. При увеличении соотношения цемент-древесина от 0,5 до 2 время воспламенения увеличивалось с 26 до 548 с, а скорость потери массы уменьшалась.

Ряд исследований был проведен на CWC для улучшения его усадки и набухания, водопоглощения и механических свойств, а также сокращения времени его изготовления. Тем не менее, меньше исследований было направлено на огнестойкость CWC. Не проводилось никаких исследований по предварительной обработке древесины для улучшения огнестойкости CWC, как в случае с уменьшением количества ингибиторов древесины. Единственные исследования в этой области касались негорючести материала и влияния соотношения древесины на огнестойкость.Многие химические вещества можно использовать в качестве предварительной обработки для улучшения огнестойкости древесины и, как следствие, повышения огнестойкости древесно-цементного композита. Силикат натрия известен как связующее и антипирен, которое может улучшить такие свойства древесины, как механические свойства, стабильность размеров и огнестойкость (Medina and Schledjewski 2009; Mahzabin et al. 2013).

Антипирены по-разному воздействуют на разные материалы, потому что каждый материал обладает уникальной реакцией на огонь, зависящей от ряда факторов.Например, следует учитывать легкость воспламенения материала, скорость горения и распространение пламени по поверхности. Кроме того, скорость, с которой пламя проникает в стену или барьер, скорость, с которой выделяется тепло, а также количество выделяемого дыма и токсичного газа, — все это влияет на огнестойкость материала (Ayrilmis et al. 2009 г.). Однако, во-первых, важно понять действие антипиренов, различия между антипиренами и решить, какой из них лучше использовать в зависимости от ситуации.

Огнестойкие или антипирены созданы для снижения температуры материала. Когда происходит возгорание, антипирены вызывают термическое разложение, увеличивая количество полукокса и снижая воспламеняемость (LeVan et al. 1990). Антипирены имеют два вида действия: физическое и химическое.

Для физического воздействия есть много способов отсрочить зажигание. Охлаждение — это один из методов, и есть несколько антипиренов, которые могут снизить температуру материалов.Покрытие — это еще один способ замедлить возгорание, при котором антипирены могут образовывать защитный слой, предотвращающий возгорание основного материала. Разбавление — это третий способ, при котором замедлители выделяют воду и углекислый газ во время горения. Каждый антипирен лучше действует на определенный вид материала, поэтому выбор антипирена зависит от основы и ее уникального набора характеристик.

Антипирены для предварительной обработки

Многие антипирены могут использоваться для предварительной обработки древесины при производстве ХХО, например соединения фосфора.Наиболее популярными фосфорными антипиренами являются фосфорная кислота и соли моно- и диаммонийфосфата. Кроме того, можно учитывать фосфатно-азотные соли, содержащие органические соединения (Stevens et al. 2006). Поэтому в целом фосфорные антипирены делятся на три категории: содержащие неорганические, органические и галогенные компоненты. Их механизм работает в большинстве случаев в твердых фазах горящего материала, но он может быть активен и в газовой фазе (Van der Veen and de Boer 2012).Соединения фосфора эффективны в качестве антипиренов, поскольку они уменьшают термическое разложение древесины (Jiang et al. 2010). Фосфорные химические вещества действуют как антипирены путем образования кислот, которые снижают температуру древесины (Wu et al. 2002) и, как следствие, увеличивают ее обезвоживание и обугливание (Liu 2001; Gao et al. 2006). Уголь действует как барьер для кислорода и летучих горючих компонентов (ЛОС).

Гидроксид магния является интересным антипиреном и выделяется среди многих химических продуктов, поскольку он безвреден для окружающей среды, имеет низкую цену, низкую токсичность, коррозионную активность и обладает способностью подавлять дым (Zhang et al. 2016). При температуре около 300 ° C гидроксид магния разлагается до гидроксида магния с выделением водяного пара, влияя на полимерную систему (Rothon and Hornsby 1996). В 2017 году было проведено новое исследование термического разложения наногидроксида магния (Yang et al. 2017). Водяной пар выделяется во время разложения, поэтому гидроксид магния действует как антипирен, поскольку он создает слой, изолирующий материал от пламени (Zhu et al. 2016).

Бор, который можно рассматривать как класс экологически чистых материалов (El-Batal et al. 2019), используется в различных областях, таких как сельское хозяйство, производство стекловолокна или обработка материалов, но, что наиболее важно, в огнезащитных целях. (Саян и др. 2010). Соединения бора — лучший выбор в качестве антипиренов для целлюлозных материалов. На протяжении многих лет проводились исследования, показывающие эффективность соединений бора в качестве антипиренов. В большинстве случаев используются два вида: бура и борная кислота.Эти два соединения эффективны как антипирены на поверхности древесины. В большинстве случаев бура и борная кислота используются вместе, потому что они дополняют друг друга. Преимущество буры заключается в подавлении распространения пламени, но недостатком является то, что бура способствует тлеению. С другой стороны, борная кислота является хорошим подавителем тления, но ее способность подавлять распространение пламени невысока (Baysal et al. 2007).

Поскольку каждая предварительная обработка антипиреном по-разному влияет на разные породы древесины, не только тип антипирена, но и его дозировка будут иметь большое влияние на результат.Brahmia и др. . (2020) изучили действие различных антипиренов соединений бора и фосфора с разной концентрацией на тополь и сосну обыкновенную. Использовали бура с концентрацией 25 г / л, диаммоний гидрофосфат с концентрацией 25 г / л и 300 г / л и гидрофосфат динатрия с концентрацией 25 г / л и 77 г / л. Результаты показали, что соединения фосфора обладают лучшими характеристиками, чем бура, особенно при использовании с тополем. Концентрация имеет большое влияние на характеристики огнестойкости, более высокая концентрация дает более высокую огнестойкость.Для достижения лучших результатов рекомендуется использовать антипирены в высоких дозах, но в случае композитов с цементной древесиной должна быть сбалансированная дозировка антипиренов, и необходимо учитывать их влияние на отверждение цементной древесины.

ВЫВОДЫ

  1. Цементно-древесные композиты (CWC) — это непредсказуемые строительные материалы, на которые влияет множество факторов. Наиболее важным фактором при производстве CWC является совместимость древесины и цемента. Порода древесины является наиболее важным фактором совместимости цемента с древесиной, потому что не все породы имеют одинаковый вид и количество экстрактивных веществ.На это влияет не только порода древесины, но и время оседания, старение и хранение, потому что эти факторы могут влиять на экстрактивные вещества в древесине.
  2. Предварительная обработка древесины использовалась для уменьшения содержания экстрактивных веществ или ингибиторов цемента во многих исследованиях. Чаще всего для предварительной обработки древесины использовалась горячая и холодная вода, гидроксид натрия, гидроксид кальция, отбеливатель и щелочной гидролиз. Эти предварительные обработки могут изменить совместимость цементной древесины с несовместимой на подходящую.Из-за требований и правил CWC находится в постоянном развитии.
  3. Механические свойства и сокращение времени отверждения являются наиболее важными аспектами, на которых сосредоточили внимание исследователи. Обычно механические свойства улучшаются за счет использования различных добавок, таких как хлорид кальция и силикат натрия. Для уменьшения времени отверждения CWC широко используется диоксид углерода (CO 2 ). Он не только сокращает время отверждения, но также улучшает механические свойства и водопоглощение.
  4. Несколько исследовательских проектов изучали огнестойкость CWC, и они в основном были сосредоточены на демонстрации того, что CWC с подходящей формулой являются негорючими материалами. Исследования также показали влияние различных добавок на термическую стабильность материала. Тем не менее, огнестойкость CWC требует улучшения. Решением может стать предварительная обработка антипиренами. Однако используемые антипирены не должны влиять на основные свойства, такие как механические характеристики.Кроме того, применяемые антипирены должны быть экологически чистыми, чтобы не причинять вреда людям. Они также должны быть дешевыми, потому что CWC должна оставаться в рамках бюджета. Известными антипиренами для древесины, которые, по-видимому, могут быть использованы в качестве средств предварительной обработки, являются соединения фосфора, бора и магния.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Авторы выражают благодарность профессору Ковачу Жолту за вычитку рукописи. Эта статья была написана в рамках «EFOP-3.6.1-16-2016-00018 — Повышение роли исследований + разработок + инноваций в высшем образовании посредством институциональных разработок, способствующих интеллектуальной специализации в Шопроне и Сомбатхей.”

Авторы также заявляют об отсутствии конфликта интересов.

ССЫЛКИ

Абдельрахман, А. Б., Парич, М. Т., Шах Уид, М., Абдул Самад, А. Р., и Ахмед Абдаллах, А. М. (2015). «Влияние предварительной обработки, соотношения древесины и цемента и частичной замены цемента гипсом на древесные композиты Prosopis chilensis », European Journal of Wood and Wood Products 73 (4), 557-559. DOI: 10.1007 / s00107-015-0909-x

Аль-Мефаррей, Х.А. (2009). «Тестирование и повышение совместимости пяти саудовских пород древесины для производства цементно-стружечных плит», Alexandria Science Exchange Journal 30 (3), 333-342.

Альпар, Л., Т., Павлекович, А., Чока, Л., и Хорват, Л. (2011). «Древесноволокнистые цементные плиты, изготовленные из наноминералов», Международная научная конференция по обработке древесины твердых пород (ISCHP2011) , 75-82.

Альпар, Л. Т., Селмеци, Э., и Чока Л. (2012). «Улучшенная совместимость древесного цемента с наноминералами», Международная научная конференция по устойчивому развитию и экологическому следу , 1-7.

Альпар, Л. Т., Такатс, П., и Хатано, Ю. (2003). «Пористость цементно-стружечных плит, отвержденных инъекцией CO 2 и отвержденных гидратацией», JARQ 37 (4), 263-268.

Antiwi- Boasiako, C., Ofosuhene, L., and Boadu, K. B. (2018). «Пригодность опилок трех тропических пород древесины для древесно-цементных композитов», Journal of Sustainable Forestry 37 (4), 414-428. DOI: 10.1080 / 10549811.2018.1427112

Ашори А., Табарса Т., Азизи Х., и Мирзабейги Р. (2011). «Древесноволокнистая цементная плита из смеси эвкалипта и тополя», Промышленные культуры и продукты 34 (1), 1146-1149. DOI: 10.1016 / j.indcrop.2011.03.033

Ашори А., Табарса Т. и Амоси Ф. (2012a). «Оценка использования деревянных шпал в древесно-цементных композиционных материалах», Строительные материалы 126-129. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2011.08.016.

Ашори А., Табарса Т. и Сепахванд С. (2012b).«Цементно-композитные плиты из тополя», Строительные материалы 26 (1), 131-134. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2011.06.001

Айрилмис, Н., Дундар, Т., Кандан, З., , и Акбулут, Т. (2009). «Смачиваемость обработанного огнестойким слоем клееного бруса (LVL), изготовленного из шпона, высушенного при различных температурах», BioResources 4 (4), 1536-1544. DOI: 10.15376 / biores.4.4.1536-1544

Байсал, Э., Ялинкилыч, М.К., Аалтинок, М., Сонмез, А., Пекер, Х., и Колак, М. (2007). «Некоторые физические, биологические, механические и огнестойкие свойства древесно-полимерного композита (ДПК), предварительно обработанного борной кислотой и смесью буры», Construction and Building Materials 21 (9), 1879-1885. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2006.05.026.

Бежо, Л., и Такатс, П. (2005). «Разработка композитных балок на цементной связке», Acta Silvatica Et Lignaria Hungarica 1, 111-119.

Боаду, К. Б., Антви-Боасиако, К., и Ofosuhene, L. (2018). «Экстракция ингибирующих веществ из трех твердых пород древесины различной плотности и их совместимость с цементом при производстве композитов», журнал Индийской академии наук о древесине, 15 (2), 140-148. DOI: 10.1007 / s13196-018-0219-0.

Brahmia, F. Z., Alpár, T., Horváth, P. G., and Csiha, C. (2020). «Сравнительный анализ смачиваемости антипиренами тополя ( Populus cv. euramericana I214) и сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris )», Поверхности и интерфейсы 18, 100405.

Буллард, Дж. У., Дженнингс, Х. М., Ливингстон, Р. А., Нонат, А., Шерер, Г. У., Швейцер, Дж. С., Скривенер, К. Л., и Томас, Дж. Дж. (2011). «Механизмы гидратации цемента», Исследование цемента и бетона, 41 (12), 1208-1223. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2010.09.011.

Чехин, Л., Матоски, А., Миранд а де Лима, А., Моник, А., и Бассо, Р. (2018). «Влияние обработок на совместимость с портландцементом высокой начальной прочности и моховым бамбуком», Revista Ingenieria de Construction 33 (2), 127-136.

Деплаз, А. (2005). «Создание архитектурных материалов обрабатывает структуры», Bikhauser- Publishers for Architecture , 60-112.

Эль-Батал, А. И., Эль-Сайяд, Г. С., Аль-Хазми, Н. Э., и Гобара, М. (2019). «Антибиотикопленка и антимикробная активность наночастиц бора серебра, синтезированных полимером ПВП и гамма-лучами, против патогенов мочевыводящих путей», Journal of Cluster Science , 30 (4), 947-964.

Вентилятор, м., Надиконтар, м.К., Чжоу, X., и Нгамвенг, Дж. Н. (2012). «Цементные композиты из тропической древесины: совместимость дерева и цемента», Строительные материалы 36, 135-140. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2012.04.089.

Ферраз, Дж. М., Дель Менецци, К. Х. С., Сарза, М. Р., Окино, Э. Ю. А., и Мартинц, С. А. (2012). «Совместимость предварительно обработанных волокон кокосового волокна ( Cocos nucifera L.) с портландцементом для производства минеральных композитов», International Journal of Polymer Science 2012, 1-15.DOI: 10.1155 / 2012/2

Фриборт, С., Муртиз, Р., Тейшингер, А., Мюллер, У. (2008). «Цементные композиты — механический обзор», BioResources 3 (2), 602-626. DOI: 10.15376 / biores.3.2.602-626

Гао, Ф., Тонг, Л. и Фанг, З. (2006). «Влияние нового фосфор-азотсодержащего вспучивающегося антипирена на огнестойкость и термическое поведение поли (бутилентерефталата)», Разложение и стабильность полимера 91 (6), 1295-1299.DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2005.08.013

Гастро В., Араужо Р. Д., Парчен К. и Ивакири С. (2014). «Оценка эффекта предварительной обработки древесины эвкалипта benthami maiden и камбейджа на степень совместимости с портландцементом», Revista Arvore 35 (5), 935-942.

Гастро В., Да роза Р., Замбуджа А., Била Н. Ф., Парчен К. Ф. А., Саассаки Г. И. и Ивкири С. (2018). «Взаимосвязь между химическим составом тропических твердых пород древесины и совместимостью древесины и цемента», журнал по химии и технологии древесины, 38 (1), 28-34.DOI: 10.1080 / 02773813.2017.1355390

Гастро, В., Замбуджа, Р. Д. Р., Парчен, К. Ф. А., и Ивакири, С. (2019). «Альтернативная вибродинамическая компрессионная обработка древесно-цементных композитов с использованием амазонской древесины», Acta Amazonia 49 (1), 75-80.

Гундуз, Л., Калкан, С. О., Искер, А. М. (2018). «Влияние использования цементно-стружечных плит с композитным компонентом с точки зрения акустических характеристик в наружных шумозащитных ограждениях», Евразийские слушания в области науки, технологии и математики (4), 246-255.

Ханнант, Д. Дж., Венката, С. Б., Сивер и Срикант, П. С. Р. (2018). «5.15 Композиты на основе цемента», Комплексные композитные материалы II 5, 379-420.

Хассан, М.С., Салих, С.А., и Али, И.М. (2016). «Оценка прочности цементных плит из целлюлозы финиковой пальмы, отвержденных в углекислом газе», Eng. и Тех. Журнал 34, 1029-1046.

Хиллерборг А., Модеер М. и Петерссон П. Э. (1976). «Анализ образования и роста трещин в бетоне с помощью механики разрушения и конечных элементов», Cement and Concrete Research 6 (6), 773-781.DOI: 10.1016 / 0008-8846 (76)

-7.

Цзян Д., Цуй С., Сюй Ф. и Туо Т. (2015). «Влияние методов модификации листового волокна на совместимость между листовым волокном и материалами на основе цемента», Construction and Building Materials 94, 502-512. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2015.07.045

Jiang, J., , Li, J., Hu, J. и , Fan, D. (2010). «Влияние азотно-фосфорных антипиренов на термическое разложение древесины», Строительные материалы 24 (12), 2633-2637.DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2010.04.064

Хорхе, Ф. К., Перейра, К., и Феррейра, Дж. М. Ф. (2004). «Древесно-цементные композиты: обзор», Holz als Roh — und Werkstoff 62 (5), 370-377. DOI: 10.1007 / s00107-004-0501-2

Караде, С. Р. (2010). «Цементные композиты из лигноцеллюлозных отходов», Строительные материалы 24 (8), 1323-1330. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2010.02.003

Кохова К., Капри В., Говен Ф. и Шоллбах К.(2020). «Исследование местной деградации древесных насаждений и ее влияния на цементные древесные композиты», Строительные материалы 231, 117201. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2019.117201

Кохова К., Шоллбах К., Говен Ф. и Брауэрс Х. Дж. Х. (2017). «Влияние сахаридов на гидратацию обычного портландцемента», Construction and Building Materials 150, 268-275. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2017.05.149

Кохестани, Б., Коубаа, А., Белен, Т., Бюссьер, Б., и Бузаза, Х. (2016). «Экспериментальное исследование механических и микроструктурных свойств засыпки из цементной пасты, содержащей кленовый наполнитель», Строительные материалы 121, 222-228. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.05.118

Косматка, С. Х., Керкхофф, Б. и Панарезе, В. К. (2008). «Проектирование и контроль проектирования и контроля бетонной смеси», Технический бюллетень 001, 1-228.

Леван, С.Л., Росс, Р.Дж. И Винанди, Дж. Э. (1990). Влияние огнезащитных химикатов на свойства древесины при изгибе при повышенных температурах , Министерство сельского хозяйства США, Лаборатория лесных продуктов, Мэдисон, Висконсин, США.

Лян, З. Ф., Ян, Б., Ван, Л., Чжан, X,, Чжан, Л., и Хэ, Н. (2014). «Развитие гибкой модели нейтрального дерева для процесса гидратации портландцемента», Advances in Swarn Intelligence 302-309.

Лю, Ю. Л. (2001). «Огнестойкие эпоксидные смолы из нового фосфорсодержащего новолака», Полимер 42 (8), 3445-3454.DOI: 10.1016 / S0032-3861 (00) 00717-5

Maail, R. S. (2013). «Анализ разложения при производстве цементно-стружечных плит с использованием сверхкритического CO 2 », Wood Research Journal 4 (2), 76-82.

Маил Р. С., Умемура К., Айзава Х. и Канаи С. (2011). «Процессы отверждения и разрушения цементно-стружечных плит при сверхкритической обработке CO 2 », Journal of Wood Science 57 (4), 302-307. DOI: 10.1007 / s10086-011-1179-9

Махзабин, С., Хамид, Р., Бадаруззаман, У. Х. У. (2013). «Оценка свойств матриц древесно-волокнистого цемента, содержащих химические вещества», Journal of Engineering Science and Technology 8 (4), 385-398.

Маковинг И. (2010). «Микроволновая сушка древесно-цементных композитов», Wood Research 55 (2), 115-124.

Мэллони, Т. М. (1989). «Композиционные картонные материалы: свойства и испытания современных древесно-стружечных и древесноволокнистых плит сухого производства», Производство 120-128.

Маркос-Мезон, В., Мишель А., Солгаард А., Фишер Г., Эдвардсен К. и Сковхус Т. Л. (2018). «Коррозионная стойкость бетона, армированного стальной фиброй — Обзор литературы», Cement and Concrete Research 1-20. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2017.05.016

Marteinsson, B., и Gudmundsson, E. (2018). «Цементно-стружечные плиты с различными типами натуральных волокон — с использованием впрыска углекислого газа для увеличения начального сцепления», Open Journal of Composite Materials 8 (1), 28-42.DOI: 10.4236 / ojcm.2018.81003

Матоски А., Хара М. М., Ивакири С. и Касаби Дж. М. (2013). «Uso de aditivos aceleradores em painéis de cimento-madeira: Características e propriedades», Acta Scientiarum — Technology 35 (4), 655-660. DOI: 10.4025 / actascitechnol.v35i4.11261

Медина, Л. А., Шледевски, Р. (2009). «Жидкое стекло как гидрофобная и антипиреновая добавка для композитов, армированных натуральным волокном», Журнал наноструктурных полимеров и нанокомпозитов 5 (4), 107-114.

Медвед, С., Резник, Дж. (2003). «Влияние крупности бука, используемого в поверхностном слое, на прочность на изгиб трехслойной ДСП», Зборник Гоздарства в Лесарстве , 72, 197-207.

Мохаммед А., Абдаллах А. и Ясин Абдельгадир А. (2016). «Влияние соотношения цемент / древесина и размера частиц на некоторые свойства древесно-цементных заполнителей acaci nilotica», Sudan Silva 12 (i), 41-52.

Мохаммед, С., Сафиулла, О. (2018). «Оптимизация содержания SO 3 в алжирском портландцементе: исследование влияния различных количеств гипса на свойства цемента», Construction and Building Materials 164, 362-370.DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2017.12.218

Мослеми А.А. и Пфистер С.С. (1986). «Влияние соотношения цемент / древесина и типа цемента на прочность на изгиб и стабильность размеров древесно-цементных композитных панелей», Wood and Fiber Science 19 (2), 165-175.

На, Б., Ван, З., Ван, Х., Лу, X. (2014). «Обзор совместимости древесины и цемента», Wood Research 59 (5), 813-826.

Насер Р. А. и Аль-Мефарридж Х. А. (2011). «Средние жилки финиковой пальмы как сырье для производства древесно-цементных композитов в Саудовской Аравии», World Applied Science Journal 5 (12), 1651-1658.

Нассер, Р. А., Салем, М. З. М., Аль-Меферрей, Х. А., Ареф, И. М. (2016). «Использование отходов обрезки деревьев для производства древесно-цементных композитов», Цементные и бетонные композиты, 72, 246-256. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2016.06.008

Назериан М., Садегийпанах В. (2013). «Цементно-стружечная плита из смеси пшеничной соломы и древесины тополя», Journal of Forestry Research 24 (2), 381-390. DOI: 10.1007 / s11676-013-0363-8

Пападопулос, А.Н. (2009). «Физико-механические свойства и стойкость против базидиомицетов древесно-стружечных плит из цемента и древесных частиц Carpinus betulus L.», Wood Research 54 (2), 95-100.

Паска С. А., Хартли И. Д., Рид М. Э. и Тринг Р. В. (2010). «Оценка совместимости древесины сосны ложняковой ( Pinus contorta var. Latifolia) с портландцементом», Материалы 3 (12), 5311-5319. DOI: 10.3390 / ma3125311

Филлипс, Д.Р. и Хсе, К. Ю. (1987). «Влияние соотношения цемент / древесина и условий хранения древесины на температуру гидратации, время гидратации и прочность на сжатие древесно-цементных смесей», Wood and Fiber Science 19 (3), 262-268.

Ци, Х., Купер, П. А., Хутон, Д. (2010). «Исследование основных процессов быстро затвердевающей древесно-цементно-водяной смеси с CO 2 », European Journal of Wood and Wood Products 68 (1), 35-41. DOI: 10.1007 / s00107-009-0351-z

Кирога, А., Марзокки В., Ринтул И. (2016). «Влияние обработки древесины на механические свойства древесно-цементных композитов и древесных волокон Populus Euroamericana », Composites Part B: Engineering 84, 25-32. DOI: 10.1016 / j.compositesb.2015.08.069

Ротон Р. Н. и Хорнсби П. Р. (1996). «Огнезащитные эффекты гидроксида магния», Разложение и стабильность полимера 54 (2-3 SPEC. ISS.), 383-385. DOI: 10.1016 / s0141-3910 (96) 00067-5

Саваль, Дж.М., Лапуента, Р., Наварро, В., и Тенза-Абрил, А. Дж. (2014). «Огнестойкость, физико-механические характеристики древесностружечных плит, содержащих океанические отходы Posidonia», Mater. Construc. 64, 314. DOI: 10.3989 / mc.2014.01413

Саян, П., Саргут, С. Т., Киран, Б. (2010). «Влияние примесей на микротвердость декагидрата буры», Powder Technology 197 (3), 254-259. DOI: 10.1016 / j.powtec.2009.09.025

Сораушиан П., Ван Дж. П. и Хассан М.(2012). «Характеристики долговечности отвержденных CO 2 цементных композитов, армированных целлюлозным волокном», Строительные материалы 34, 44-53. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2012.02.016

Сорушян П., Вон Дж. П. и Хассан М. (2013). «Анализ долговечности и микроструктуры цементно-стружечных плит, отверждаемых CO2», Цементно-бетонные композиты, 41, 34-44. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2013.04.014

Сотаннде А., Олвадаре А. О., Огедох О., и Адеогун, П. Ф. (2012). «Оценка цементно-стружечных плит, изготовленных из древесных остатков Afzelia africana », Journal of Engineering Science and Technology 7 (6), 732-743.

Стивенс, Р. ван Эс, Д. С., Беземер, Р. К., и Краненбарг, А. (2006). «Взаимосвязь между структурой и активностью антипиренов в древесине», Разложение и стабильность полимера 91 (4), 832-841. DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2005.06.014

Стокке, Д.Д., Ву, К., и Хан, Г. (2013). «Введение в композиты из древесины и натурального волокна», серия Wiley в Renewable Resources, Бельгия, 225-226.

Табарса Т., Ашори А. (2011). «Стабильность размеров и свойства водопоглощения цементно-древесных композитов», журнал , посвященный полимерам и окружающей среде, 19 (2), 518-521. DOI: 10.1007 / s10924-011-0295-3

Таскирвати, И., Сануси, Д., Бахарудин, Б., Агуссалим, А., и Сухасман, С. (2019). «Характеристики цементной плиты с CO 2 методом впрыска с добавлением CaCl2 в качестве добавки с использованием двух пород древесины из общинных лесов», серия конференций IOP : наука о Земле и окружающей среде, 270 (1).DOI: 10.1088 / 1755-1315 / 270/1/012055

Вайкеллионис, Г., Вайкеллионис, Р. (2006). «Гидратация цемента в присутствии экстрактивных веществ древесины и минеральных добавок пуццолана», Ceramics-Silikáty 50 (2), 115-122

Ван дер Вин, И. и де Бур, Дж. (2012). «Фосфорные антипирены: свойства, производство, наличие в окружающей среде, токсичность и анализ», Chemosphere 88 (10), 1119-1153. DOI: 10.1016 / j.chemosphere.2012.03.067

Ван, Л., Чен, С.С., Цанг, Д. К. У., Пун, К. С. и Дай, Дж. Г. (2017a). «Отверждение CO2 и армирование волокном для экологически чистой переработки загрязненной древесины в высокоэффективные цементно-стружечные плиты», Journal of CO 2 Utilization 18, 107-116. DOI: 10.1016 / j.jcou.2017.01.018

Ван, Л., Ю, И. К. М., Цанг, Д. К. У., Ли, С., Ли, Дж., Пун, К. С., Ван, Ю. С., и Дай, Дж. Г. (2017b). «Преобразование древесных отходов в водостойкие магнезиально-фосфатно-цементные плиты, модифицированные глиноземом и красным шламом», Журнал экологически чистого производства 452-462.DOI: 10.1016 / j.jclepro.2017.09.038

Wang, L., Yu, IKM, Tsang, DCW, Yu, K., Li, S., Poon, CS, and Dai, JG (2018). «Переработка древесных отходов в армированные волокном магниево-фосфатно-цементные плиты», Строительные и строительные материалы 159, 54-63. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2017.10.107

Ван, X., и Yu, Y. (2012). «Совместимость двух распространенных быстрорастущих видов с портландцементом». Журнал Индийской академии наук о древесине , 9 (2), 154-159.

Вэй, Ю. М., Гуан Чжоу, Ю., и Томита, Б. (2000). «Гидратационные свойства древесного композита на основе цемента I: оценка влияния пород древесины на совместимость и прочность с обычным портландцементом», Journal of Wood Science 46 (4), 296-302. DOI: 10.1007 / BF00766220

Ву, С.С., Лю, Ю.Л. и Чиу, Ю.С. (2002). «Эпоксидные смолы, содержащие антипиреновые элементы из эпоксидных соединений с кремнием, отвержденных фосфором или азотсодержащими отвердителями», Полимер 43 (15), 4277-4284.DOI: 10.1016 / S0032-3861 (02) 00234-3

Вульф Ф., Шульц К., Брозель Л. и Пфриэм А. (2015). «Armirani beton s Mineraliziranim česticama drva kao element za ukrućenje smanjene gustoće», Drvna Industrija 66 (1), 57-62. DOI: 10.5552 / drind.2015.1345

Xie, X., Gou, G., Zhou, Z., Jiang, M., Xu, X., Wang, Z., and Hui, D. (2016). «Влияние предварительной обработки рисовой соломы на гидратацию композитов на основе цемента с наполнителем из соломенного волокна», Строительные материалы 113, 449-455.DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.03.088

Ян В., Чжу З., Ши Дж., Чжао Б., Чен З. и Ву Ю. (2017). «Характеристики термического разложения наногидроксида магния с помощью спектроскопии времени жизни аннигиляции позитронов», Powder Technology 311, 206-212. DOI: 10.1016 / j.powtec.2017.01.059

Zhang, K., and Sun, Q. (2018). «Использование композита проволочная сетка-полиуретановый цемент (WM-PUC) для усиления ЖБ тавровых балок при изгибе», Журнал строительной инженерии 122-136.DOI: 10.1016 / j.jobe.2017.11.008

Чжан Т., Лю В., Ван М., Лю П., Пань Ю. и Лю Д. (2016). «Синергетический эффект производного ароматической бороновой кислоты и гидроксида магния на огнестойкость эпоксидной смолы», Разложение и стабильность полимера 130, 257-263. DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2016.06.011

Чжан, X., Ван, Л., Чжан, Дж., Ма, Ю., и Луи, Ю. (2017). «Поведение при изгибе склеенных бетонных балок с последующим натяжением при прядной коррозии», Nuclear Engineering and Design 313, 414-424.DOI: 10.1016 / j.nucengdes.2017.01.004

Чжуа Д., Найя X., Лан С., Биан С., Лю X. и Ли В. (2016). «Модификация поверхности нитевидных кристаллов гидроксида сульфата магния с использованием силанового связующего агента сухим способом», Applied Surface Science 390, 25-30. DOI: 10.1016 / j.apsusc.2016.08.033

Цзо, Ю., Сяо, Дж., Ван, Дж., Лю, В., Ли, X. и Ван, Ю. (2018). «Приготовление и определение характеристик огнестойких композитов из соломы / магниевого цемента с органо-неорганической металлической структурой», Строительные материалы 171, 404-413.DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2018.03.111

Статья подана: 9 марта 2020 г .; Рецензирование завершено: 24 мая 2020 г .; Доработанная версия получена: 22 июня 2020 г .; Принята в печать: 27 июня 2020 г .; Опубликовано: 1 июля 2020 г.

DOI: 10.15376 / biores.15.3.Brahmia

«Дерево» Вы любите перерабатывать бетон? — ScienceDaily

Исследователи из Института промышленных наук, входящего в состав Токийского университета, разработали новую процедуру переработки бетона с добавлением выброшенной древесины.Они обнаружили, что правильная пропорция материалов может дать новый строительный материал с более высокой прочностью на изгиб, чем у исходного бетона. Это исследование может помочь резко снизить затраты на строительство, а также сократить выбросы углерода.

Бетон уже давно является предпочтительным материалом для строительства в нашем современном мире, используется в таких конструкциях, как небоскребы, мосты и дома — и это лишь некоторые из них. Однако, поскольку страны работают над ограничением выбросов парниковых газов, производство бетона подвергается все более пристальному вниманию.Бетон состоит из двух частей: заполнителя, который обычно состоит из гравия и щебня, и цемента. Именно производство цемента является причиной выброса большого количества углекислого газа в атмосферу.

«Простое повторное использование заполнителя из старого бетона нерационально, потому что именно производство нового цемента приводит к выбросам, связанным с изменением климата», — объясняет первый автор Ли Лян. Следовательно, необходим новый, экологически чистый подход, который поможет продвинуть круговую экономику бетона.Исследователи оптимизировали свой новый метод, отрегулировав пропорцию смеси, давление, температуру, продолжительность прессования и содержание воды. Выбор правильного соотношения бетона и переработанной древесины имел решающее значение для получения бетона максимальной прочности. Древесина приобретает жесткость благодаря лигнину, который представляет собой сильно сшитый органический полимер. В этом случае лигнин заполняет зазоры в бетоне и действует как клей при смешивании с бетонным порошком и нагревании. Прочность также повысилась за счет более высоких температур и давлений во время прессования.

«Большая часть произведенных нами переработанных продуктов демонстрирует лучшую прочность на изгиб, чем у обычного бетона», — говорит старший автор, преподаватель Юя Сакаи. «Эти результаты могут способствовать переходу к более экологичной и экономичной строительной отрасли, которая не только сокращает запасы отходов бетона и древесины, но и помогает решить проблему изменения климата».

Рециклированный бетон, вероятно, будет даже биоразлагаемым, потому что бетонные отходы прикрепляются к деревянному компоненту. Этот метод также может быть расширен для переработки других типов выброшенных растительных материалов вместо древесины или даже нового бетона, сделанного из растений, песка и гравия.

История Источник:

Материалы предоставлены Институтом промышленных наук Токийского университета . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Соображения экологического дизайна для систем деревянно-бетонных композитных полов

За последние несколько десятилетий наблюдается рост интереса к использованию низкоуглеродистых материалов для снижения воздействия строительной отрасли на окружающую среду. Появление массовых деревянных панелей (MTP), таких как перекрестно-клееная древесина (CLT), позволило инженерам-строителям выбрать низкоуглеродистый материал для различных дизайнерских соображений.Тем не менее, проблемы с эксплуатационной пригодностью, такие как вибрация и прогиб, ограничивают строительство систем деревянных полов с более длинными пролетами и способствуют развитию систем деревянно-бетонных композитов (TCC). Использование бетона отрицательно скажется на углеродном следе системы пола TCC и должно быть сведено к минимуму. Целью этого исследования было изучить влияние на воплощенный углерод в системе TCC, когда соотношение древесины и бетона варьировалось для конкретных пролетов перекрытия. Были рассмотрены два продукта MTP: CLT и клееный брус (GLT).Полы были спроектированы с учетом конструктивных, акустических и вибрационных критериев, и результаты были представлены в виде таблиц пролета. Было обнаружено, что использование более толстого MTP вместо добавления толщины бетона для удовлетворения конкретных требований к пролету может привести к более низким значениям содержания углерода. Увеличение толщины бетона для систем перекрытий с большим пролетом привело к уменьшению допустимого пролета перекрытия, поскольку критерий вибрации был определяющим параметром конструкции. Увеличение толщины древесины также привело к более высокому соотношению прочности и жесткости к весу, что будет способствовать уменьшению размеров систем и фундаментов, устойчивых к поперечной нагрузке, что приведет к дальнейшему уменьшению содержания углерода во всей конструкции.

1. Введение

В последние годы использование древесины в многоэтажных жилых и коммерческих зданиях увеличилось во всем мире, в первую очередь благодаря осознанию устойчивости древесины как основного конструкционного материала [1, 2]. Деревянные конструкции обычно связаны с более низким уровнем заключенного углерода из-за более низких выбросов во время производства деревянных изделий и процесса строительства. Кроме того, некоторые методы учета жизненного цикла позволяют включать углерод, улавливаемый из атмосферы во время роста деревьев, который улавливается древесными продуктами в течение всего срока их службы [3, 4].Следовательно, древесина в строительстве может снизить выбросы парниковых газов (ПГ) в атмосферу, которые являются основным фактором глобального потепления. Новое поколение спроектированных массовых деревянных изделий, известных как массовые деревянные панели (MTP), например, клееный брус (GLT) и поперечно-клееный брус (CLT), имеет конструкционные возможности, которые можно использовать в качестве низкоуглеродистой альтернативы стали и бетон для систем сопротивления гравитации и поперечной нагрузке в конструкциях.

Строительство из массивной древесины происходит примерно на 25% быстрее, чем аналогичное строительство из бетона на месте.Также требуется на 90% меньше строительного трафика и на 75% меньше рабочих, что дает гораздо более тихую рабочую площадку [5]. Более легкий вес и меньшая жесткость деревянных полов может сделать их более восприимчивыми к предельным состояниям эксплуатационной пригодности, таким как вибрации и чрезмерные прогибы, при соблюдении требований к прочности. Поэтому в системах перекрытия из древесно-бетонных композитов (TCC) поверх деревянных балок или массивных деревянных панелей (MTP) наносится структурный бетонный верхний слой. Два компонента соединены механическими соединителями, как показано на рисунке 1, например дюбелями (например, дюбелями).g., саморез (STS)), выемки или фирменные соединители (например, вклеенные в пластину / пластину HBV). Добавленный бетон увеличивает массу и жесткость пола, что впоследствии снижает вибрации и проблемы чрезмерного прогиба [6–8].

В конструкции TCC бетонная плита выдерживает напряжение сжатия, в то время как древесина в первую очередь сопротивляется растягивающему напряжению, возникающему в результате изгиба вне плоскости. В конструкции из железобетона пределом прочности бетона на растяжение часто пренебрегают, и устанавливают стальную арматуру, чтобы выдерживать растягивающие напряжения, вызванные изгибом.В расчетах по предельному состоянию бетон, как предполагается, растрескивается примерно на 2/3 своей глубины при изгибе [9]. В TCC эта область трещин заменяется поперечным сечением древесины. В TCC минимальная стальная арматура предусмотрена только для контроля и ограничения растрескивания. Механический соединитель передает поперечное усилие между деревом и бетоном, чтобы обеспечить желаемое частичное композитное действие. Использование деревянных панелей вместо деревянных балок в конструкции TCC создает более длинные пролеты, которые также могут уменьшить высоту пола, если они используются в качестве плоской плиты, и предпочтительно в строительстве средней и высокой этажности [10].Помимо структурных характеристик и эксплуатационных характеристик, TCC обеспечивает улучшенные характеристики по сравнению с деревянными полами, включая изоляцию от воздушного шума, огнестойкость и тепловую массу [9, 11, 12]. Поскольку бетон более углеродоемкий, чем древесина, но обеспечивает больший вклад в жесткость и прочность на единицу объема, должно быть оптимальное соотношение бетона и древесины с точки зрения содержания углерода для конкретной конструкции. Изучение различных параметров пола, которые влияют на это оптимальное соотношение бетона и древесины, является основной целью данного исследования.

Воплощенный углерод (EC) определяется как углеродный след материала. Он учитывает количество выбросов парниковых газов, которые выбрасываются по всей цепочке поставок материала или продукта, включая все операции по добыче, транспортировке, переработке и производству материала или продукта на этапах от колыбели до ворот или от колыбели до объекта. . От колыбели до ворот относится к частичному жизненному циклу продукта, связанному с воплощенным углеродом, который учитывает все действия от добычи ресурсов (колыбель) до заводских ворот (т.е., перед транспортировкой к потребителю). Cradle-to-site расширяет результаты от cradle-to-gate, включая транспортировку материала или продукта к месту его использования [13–15]. Воплощенный углерод отличается от углеродного следа тем, что воплощенный углерод может быть связан только с материалами или продуктами, тогда как углеродный след может также измерять выбросы парниковых газов в течение срока службы материала, например, при эксплуатации здания. На воплощенные выбросы углерода в секторе строительства зданий приходится почти 11% годовых глобальных выбросов парниковых газов [16].Оценка жизненного цикла (LCA) — это метод расчета воздействия продукта на окружающую среду, будь то углеродный след или общий углеродный след [17].

Несмотря на продолжающиеся исследования в области деревянных конструкций, большинство стандартов на древесину во всем мире, включая Северную Америку, не имеют стандартизированного метода проектирования систем полов TCC. Среди нескольких предложенных методов, гамма-метод, основанный на Приложении B Еврокода 5 [18], обычно используется для учета частичного комбинированного воздействия [9, 19].Решение закрытой формы гамма-метода, обычно используемое инженерами-проектировщиками, было получено на основе предположения о синусоидальной распределенной нагрузке и размытом соединении между бетоном и деревом. Недавно была разработана более общая аналитическая модель [20] для прогнозирования несущей способности для конечного предельного состояния на основе потенциальных режимов отказа [21] и эффективной жесткости на изгиб для предельного состояния эксплуатационной пригодности с реакцией на прогиб [22] пола TCC. системы с механическими соединителями.Эта новая модель не имеет тех же ограничений по загрузке и подключению, что и метод гаммы. Гамма-метод наиболее подходит для систем с жестким механическим и клеевым соединением, но считается менее точным в случае гибких соединителей [9]. Принимая во внимание линейно-упругое поведение, гамма-метод не способен прогнозировать отказ системы, если система демонстрирует нелинейное поведение при отказе [23].

Поскольку структурная целостность системы TCC в первую очередь зависит от межслойных механических соединителей, были также разработаны аналитические модели для прямого расчета прочности [24] и жесткости [25] соединения бетон-древесина на основе свойств компонента.Эти модели соединений позволяют рассчитать свойства соединения древесины и бетона, необходимые для проектирования системы TCC, без необходимости проведения испытаний соединения.

При проектировании пола TCC принято выбирать толщину бетонного слоя на основе нескольких требований стандарта проектирования бетона, таких как анкеровка крепежа, пределы дробления бетона, минимальное покрытие для армирования, звукопроницаемость и минимальная толщина. для действия диафрагмы. Как правило, на практике используется бетон толщиной от 75 мм до 100 мм, хотя в прошлых исследованиях учитывалась толщина всего 30 мм (плюс 20 мм прослойка древесины) с саморезами [26], легкий бетон 50 мм с саморезами. винты [26], 57 мм с наклонными саморезами [27] и 48 мм с пазами и дюбелями с армированием стальным волокном для снятия требований к крышке [28].Ультратонкие покрытия толщиной всего 12,5 мм, испытанные в [29], показали значительное снижение как жесткости, так и прочности по сравнению с сопоставимыми соединениями с наклонными саморезами в более толстых слоях бетона. Несмотря на это, было обнаружено, что топпинг эффективен в снижении восприятия вызванных человеком вибраций за счет увеличения собственной частоты [29]. Кроме того, высокопрочный бетон дает возможность уменьшить толщину бетонной плиты в ТСС, обеспечивая более высокую несущую способность [30].Однако жесткость соединителей в высокопрочном бетоне обычно ниже, чем в бетоне с нормальным весом [31].

Исследования показали, что подходящими показателями реакции человека на вибрацию пола являются основная собственная частота пола и прогиб пола под действием сосредоточенной нагрузки в центре пола [9, 19]. Hamm et al. [32] предложил метод проверки вибрационных характеристик полов из ТСС на основе собственной частоты и статического прогиба под нагрузкой 2 кН в центре пола.Hu et al. [33] предложил критерий вибрации для полов из ТСС, основанный на собственной частоте и статическом прогибе под нагрузкой 1 кН в центре пола. По результатам их исследования, диапазон контроля вибрации также может быть рассчитан непосредственно из эффективной жесткости на изгиб и массы на единицу длины полосковой балки TCC шириной 1 м. Кроме того, CSA O86 [34] обеспечивает основанное на вибрации ограничение допустимого пролета для полов из CLT без адекватного учета потенциального поведения композитных материалов. В предыдущем исследовании [35] изучали воплощенный углерод системы TCC с CLT до 7 слоев с использованием гамма-метода [18] и удовлетворение критерия вибрации, предложенного Hamm et al.[32] для перекрытий. Исследование пришло к выводу, что более низкие показатели содержания углерода могут быть достигнуты при использовании более толстых панелей CLT, а не при добавлении бетонного покрытия. Кроме того, было обнаружено, что влияние свойств соединителя на требования к конструкции TCC ограничено за пределами умеренной степени композитного воздействия. В этом исследовании изучаются аспекты устойчивости системы TCC с использованием более детального метода проектирования TCC со всеми возможными толщинами CLT (до 9 слоев) и клееного бруса (GLT).Критерий вибрации, предложенный Hu et al. [33] используется при разработке перекрытий наряду с удовлетворением других требований к конструкции, удобству обслуживания и акустическим характеристикам.

2. Методология

Как указано выше, цель данного исследования состоит в изучении влияния на выбор конструкции в отношении основных компонентов пола TCC, а именно, бетона и древесины, для конкретных требований к пролету на воплощенный углерод системы. . Допустимый пролет для системы перекрытий TCC может быть разработан с учетом всех предельных состояний, связанных с древесиной, бетоном и соединителями, работающими на сдвиг, а также предельных состояний эксплуатационной пригодности, связанных с прогибом и вибрацией.Требования к пределу прочности и эксплуатационной пригодности для полов из ТСС с различными сочетаниями материалов, размеров и характеристик соединения были оценены на основе [20]. Хотя долговременное поведение систем TCC, такое как прогиб при ползучести, может быть критичным, это не рассматривалось, поскольку позже будет показано, что критерии краткосрочной пригодности к эксплуатации, такие как вибрация, как правило, определяют конструкцию [19, 33].

2.1. Окончательное предельное состояние

В предельных состояниях система перекрытия может выйти из строя из-за раздавливания бетона, дробления древесины или деформации шурупов, когда требуемое напряжение превышает допустимую нагрузку на слой бетона, слой древесины и соединительные элементы, работающие на сдвиг, соответственно.Наименьшая пропускная способность, связанная с этими режимами отказа, будет определять допустимый пролет перекрытия. В разработанной аналитической модели [21, 22] составная балка МТПК разделяется на две подсистемы при равномерно распределенной нагрузке. В первой подсистеме (подсистема 1) соединение разъединяется и рассчитывается прогиб неподключенной балки под приложенной нагрузкой. Во второй подсистеме (подсистема 2) соединители заменены избыточным усилием сдвига. Согласно [21] скольжение на промежуточном слое подсистемы 1 и подсистемы 2 можно рассчитать следующим образом:

Здесь L — пролет, — равномерно распределенная нагрузка, а n i относится к на расстояние каждого симметричного ряда винтов от середины пролета.Исходный материал и геометрические параметры указаны следующим образом; h : глубина, A : площадь поперечного сечения, I : момент инерции, E : модуль упругости и b : ширина поперечного сечения бетонной плиты, изоляции и MTP с индексы c , i и t соответственно.

Применяя условие совместимости смещения на границе раздела, избыточное усилие сдвига в соединителях с числом строк соединителя r вдоль пролета можно получить на основе следующего матричного выражения [21] как

Здесь f = 1/ k — гибкость соединения, а k — жесткость соединителя, работающего на сдвиг.

Затем метод наложения может быть реализован для определения вертикального отклонения [22] следующим образом:

Здесь r — количество рядов соединителя вдоль пролета, а X r — сумма поперечные силы во всех соединителях между серединой пролета и краем панели, которые равны результирующей нормальной силе в данном поперечном сечении.

Линейно-упругая эффективная жесткость на изгиб [22] композитной системы MTPC может быть записана как

После того, как каждый соединитель поддается, напряжения в бетоне и древесине проверяются, чтобы определить, не выходит ли из строя какой-либо из них (например.g., сжатие бетона, растяжение древесины и / или сдвиг) перед податливостью следующего соединителя.

Согласно [21], осевое напряжение в элементах может быть записано как

И напряжение изгиба в элементах каждой подсистемы может быть записано как

Здесь M t и M c — изгибающий момент, а S t и S c — модуль упругости древесины и бетона соответственно.Следовательно, результирующее осевое напряжение в элементах из-за изгиба в положении поперечного сечения будет следующим:

Распределение напряжений подсистем и фактической системы показано на рисунке 2.


Крайнее напряжение волокон древесины не должна превышать его приведенную к коэффициенту прочность на изгиб, как указано ниже:

Здесь f b — это заданная прочность древесины на изгиб.

Напряжение сдвига в деревянном элементе можно рассчитать следующим образом:

Здесь V — приложенная сила сдвига в месте соединения из-за внешней нагрузки, y t — расстояние до нейтрали. ось древесины к растянутой кромке, и является заданным пределом прочности древесины на сдвиг (сдвиг прокатки для CLT).

Верхнее предельное напряжение волокна в бетоне при сжатии не должно быть больше, чем его факторная прочность на сжатие, а нижнее крайнее напряжение волокна в бетоне при растяжении не должно быть больше, чем его факторный модуль разрыва, как показано ниже:

Здесь бетон указанная прочность на сжатие, а λ — коэффициент модификации плотности бетона.

2.2. Предельное состояние работоспособности
2.2.1. Вибрация

Hu et al. [36] представили следующее уравнение для контролируемого вибрацией пролета перекрытий из ТСС: где м L — масса на единицу длины полосы балки из ТСС шириной 1 м (кг / м), L — это пролет (м), а EI eff — эффективная жесткость пола на изгиб (Нм 2 ).

2.2.2. Прогиб

Прогиб может быть рассчитан на основе комбинации нагрузок, связанной с предельным состоянием эксплуатационной пригодности в CSA O86 [34]. Прогиб при указанной нагрузке должен быть в пределах L / 180 и может быть рассчитан следующим образом: где — равномерно распределенная нагрузка (Н / м).

2.2.3. Требования к акустике

В соответствии с требованиями NBCC [37], уровни шума или звуковой контроль должны быть адекватными в здании. Класс звукопередачи (STC) является основным параметром для оценки акустических характеристик напольных покрытий.Тем не менее, определение точной STC пола по-прежнему вызывает большие трудности с использованием методов моделирования, в то время как лабораторные испытания считаются наиболее точным способом. Шмид [38] предлагает математическую модель для оценки уровня воздушного шума, которая согласуется с STC. Согласно [38], в диапазоне удельной массы поверхности от 30 кг / м 2 до 800 кг / м 2 , закон масс практически применим к влиянию чернового пола и бетона следующим образом: где м — общая масса на единицу площади (кг / м 2 ).

На основе описанной методологии были разработаны допустимые пролеты для различных систем перекрытий TCC, построенных с использованием MTP (как на Рисунке 3), удовлетворяющих всем требованиям, изложенным ранее. Геометрические и механические свойства, использованные при проектировании таблицы пролетов TCC с MTP, представлены в таблице 1. Бетон нормального веса с прочностью на сжатие 35 МПа в течение 28 дней был принят с модулем упругости 26600 МПа и плотностью 2300 кг. / м 3 . GLT из No.При расчете учитывались пиломатериалы Ель-Сосна-Пихта 2 сорта и CLT из пиломатериала SPF 1950Fb-1.7E в продольном слое и пиломатериалы SPF №3 / Шпилька в поперечном слое для ширины 1 м, соответственно. согласно CSA O86 [34]. Плотность пиломатериалов составила 420 кг / м 3 . Соединитель представлял собой саморез с полной резьбой диаметром 11 мм с углом врезания 45 ° к древесине и длиной проникновения 100 мм. Жесткость и прочность соединения рассчитывались на основании [24, 25] соответственно и представлены в таблице 2.В соответствии с требованиями Национального строительного кодекса Канады (NBCC) [37] были рассмотрены соответствующие сочетания нагрузок. Статические нагрузки были получены из собственного веса элементов и дополнительной наложенной нагрузки в 1 кПа, в то время как временная нагрузка 2,4 кПа рассматривалась для коммерческого использования.


90 МПа Прочность на сжатие 903

9353 926


24 3

Толщина (мм) Модуль упругости (МПа) Прочность при изгибе (МПа) Прочность на сдвиг (МПа)

Бетон 50, 75, 100 26600 35
GLT 89, 140, 186 9500 11.8 1,3
CLT 105, 175, 245, 315 11281 28,2 0,5

MTP Акустический слой (мм) Жесткость (кН / мм / винт) Предел текучести (кН / винт)

GLT 15 0 15,34
CLT 0 14,00 16,19
GLT 5 7,34 14,66
CLT 5

Программное обеспечение MATLAB использовалось для выполнения повторяющихся вычислений на основе аналитических уравнений, представленных в [21, 22]. Допустимый пролет для конкретной комбинации параметров перекрытия был получен на основе самого короткого пролета, который соответствует всем предельным состояниям конструкции и эксплуатационной пригодности.В таблице 3 представлены допустимые пролеты перекрытий ТСС с учетом всех соответствующих проектных критериев. Было обнаружено, что все пролеты перекрытия регулируются вибрацией для заявленных сочетаний приложенных нагрузок, что в целом согласуется с общепринятой практикой [35]. В таблице 3 шаг соединителя по размеру пролета составил 250 мм. Анализ был повторен для различных толщин MTP, как показано в таблице 3. Системы TCC с толщиной бетона 50, 75 и 100 мм для каждого MTP включены в таблицу 3.Здесь 50 мм представляет собой практическую нижнюю границу, а 100 мм — типичную верхнюю границу, встречающуюся на практике. Значения STC для конфигураций перекрытий также представлены в таблице 3. На основании этого влияние толщины бетона на эффективную жесткость на изгиб TCC, допустимый пролет перекрытия и проектное решение для TCC посредством оптимизации вибрации и требований STC обсуждаются ниже.

м (пролет) 903


GL 89330 928 0 928ly34 75 903

MTP Толщина MTP (мм) Толщина бетона (мм) Эффективная жесткость ((10 6 ) Нм 2 3 STC (дБ) Углерод (кгCO 2 / м 2 экв.)
Итого Деревянная лапа Железобетонная лапа
0.08 2,62 39 15,4 15,4 0,0
50 1,87 4,98 49 39,0 23,6
3,0 3 75 903 51,3 35,9
100 4,9 5,92 55 62,6 47,2
140 0 0.61 4,26 42 23,0 23,0 0,0
50 4,61 6,26 49 46,6 23,6
3 6,4 75 903 58,9 35,9
100 8,22 6,75 55 70,2 47,2
186 0 2.09 5,73 45 29,7 29,7 0,0
50 8,91 7,39 49 53,3 23,6 3
65,6 35,9
100 13,06 7,60 55 76,9 47,2

CLT 3,80 40 11,9 11,9 0,0
50 2,7 5,47 49 35,5 23,6
3 5 47,8 35,9
100 5,88 6,21 55 59,1 47,2
175 (5 слоев) 0 1.73 5,50 44 18,2 18,2 0,0
50 8,41 7,29 49 41,8 23,6
3 7,3 90 10 75 903 54,1 35,9
100 12,35 7,50 55 65,5 47,2
245 (7 слоев) 0 4.75 6,88 47 24,6 24,6 0,0
50 19,65 9,01 49 48,2 23,6 3
23,6 3
60,5 35,9
100 24,43 8,93 55 71,8 47,2
315 ​​(9 слоев) 0 10.2 8,16 49 31,0 31,0 0,0
50 38,35 10,63 49 54,6 23,6 3
9036 66,9 35,9
100 44,07 10,37 55 78,2 47,2

Содержимое таблицы
9 также из каждого случая на квадратный метр (кгCO 2 экв / м 2 ), полученный в результате анализа LCA с использованием средства оценки воздействия Athena для зданий [40] с учетом только бетонных и деревянных элементов.Здесь не учитываются затраты или другие воздействия на окружающую среду от выбора материала, например, эвтрофикация или подкисление, а также строительство на месте. Для целей данного исследования предполагалось, что коммерческие здания расположены в Ванкувере, Канада, поскольку в различных местах имеются эталоны для энергии и выбросов. Чтобы сосредоточиться исключительно на краткосрочных воплощенных выбросах, хранение углерода в древесном материале было исключено [41, 42]. Углеродоёмкость CLT из Афины сравнивалась с доступными значениями экологической декларации продуктов от основных производителей CLT в Канаде [43, 44], и было обнаружено, что интенсивность переоценена на 15–30%.Это означает, что результаты немного сдвинуты вверх; однако это различие не меняет общих выводов. На основе этого анализа жизненного цикла ниже обсуждается проектное решение для TCC посредством оптимизации воплощенного углерода.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Влияние толщины MTP на жесткость на изгиб TCC

В системе TCC, как правило, эффективная жесткость на изгиб и масса на единицу площади определяют характеристики композитной системы пола.Из таблицы 3 видно, что эффективная жесткость на изгиб системы TCC незначительно увеличивается с увеличением толщины бетона, но увеличивается экспоненциально с увеличением толщины древесины. Из рисунка 4 видно, что толщина древесины имеет доминирующее влияние на эффективную жесткость на изгиб системы TCC по сравнению с толщиной бетона. Удвоение глубины бетона, кажется, не имеет большого значения для жесткости, но удвоение глубины древесины имеет значительное влияние.


3.2. Влияние толщины бетона на пролет TCC

Также следует отметить, что на массу на единицу площади в значительной степени влияет толщина бетона из-за более высокой плотности бетона (2300 кг / м 3 ) по сравнению с древесиной (420 кг / м 3 ), а прогиб системы уменьшается с увеличением толщины бетона. Следовательно, эффективная жесткость на изгиб увеличивается с более толстым MTP, но общая масса на единицу площади увеличивается лишь незначительно, что дает больший пролет пола.Из рисунка 5 также видно, что после определенной толщины MTP (примерно 150 мм) добавленная толщина бетона оказывает незначительное и, в некоторых случаях, отрицательное влияние на длину пролета, тогда как для MTP толщиной менее 150 мм длина пролета увеличивается с увеличением толщины бетона. Таким образом, можно сделать вывод, что для пролета ТСС более 7 м толщина МТП должна быть больше 150 мм при сохранении толщины бетона в пределах 50–75 мм. Кроме того, для допустимых пролетов TCC менее 7 м требуется диапазон толщины бетона 75–100 мм, если выбран более тонкий MTP.


3.3. Проектное решение, основанное на характеристиках вибрации

При проектировании всех полов TCC использовались критерии вибрации, которые в целом соответствуют общепринятой практике. Помимо изменения свойств пола, добавление бетона к полу TCC значительно увеличивает вес из-за более высокой плотности бетона по сравнению с деревом, что впоследствии может создать спрос на более крупные элементы каркаса и фундаменты из-за увеличения статические и, как следствие, сейсмические нагрузки.Влияние веса TCC аналогично влиянию толщины бетона на допустимый пролет. Следовательно, увеличение толщины бетона приводит к уменьшению допустимого пролета перекрытия из-за уменьшения собственной частоты, что отрицательно сказывается на вибрационных характеристиках.

3.4. Проектное решение, основанное на свойствах соединителя

В разработанной таблице пролета 3 все возможные толщины MTP и бетона были исследованы с постоянными свойствами соединения на расстоянии 250 мм и без акустического слоя.Таблица параллельных пролетов была также разработана для различных свойств соединителей, представленных в Таблице 4, путем добавления расстояний между винтами 500 мм, акустического слоя 5 мм и соответствующих значений STC для каждого пролета. Было обнаружено, что существует минимальная выгода от увеличения жесткости соединения сверх умеренного порога путем регулировки параметров соединения, таких как расстояние между соединителями, поскольку влияние на эффективную жесткость на изгиб невелико. Также было обнаружено, что при удвоении количества соединителей пролет ТСС в перекрытии увеличивается только примерно на 250 мм.Кроме того, поскольку конструкции TCC регулировались параметрами конструкции, связанными с жесткостью, предел текучести соединения также не влиял на результат проектирования. Вместе эти результаты показывают, что выбор соединения между деревянными и бетонными элементами имеет лишь незначительное влияние на конструкцию, превышающую пороговый уровень (умеренно частичный композит) [35] и толщину бетона, необходимую для приемлемых характеристик вибрации для данного пролета и деревянный элемент в большей степени определяется требованиями к креплению соединителей.


Древесина Толщина древесины (мм) Толщина изоляции (мм) Толщина бетона (мм)
50 100 100
Расстояние между разъемами (мм)
250 500 250 500 250 500

9036 903 4.98 (+) 4,75 (+) 5,39 (++) 5,16 (++) 5,92 (+++) 5,71 (+++)
89 5 4,76 (+++) 4,54 (+++) 5,14 (+++) 4,93 (+++) 5,67 (+++) 5,48 (+++)
140 0 6,26 (+) 6,00 (+) 6,44 (++) 6,15 (++) 6,75 (+++) 6,46 (+++)
140 5 5.97 (+++) 5,75 (+++) 6,10 (+++) 5,87 (+++) 6,40 (+++) 6,17 (+++)
186 0 7,39 (+) 7,13 (+) 7,43 (++) 7,13 (++) 7.60 (+++) 7.28 (+++)
186 5 7,07 (+++) 6,86 (+++) 7,06 (+++) 6,83 (+++) 7,20 (+++) 6,96 (++ +)

CLT 105 0 5.47 (+) 5,23 (+) 5,78 (++) 5,52 (++) 6,21 (+++) 5,95 (+++)
105 5 5,23 (+++) 5,02 (+++) 5,50 (+++) 5,28 (+++) 5,93 (+++) 5,72 (+++)
175 0 7,29 (+) 7,05 (+) 7,33 (++) 7,05 (++) 7,50 (+++) 7,20 (+++)
175 5 7.02 (+++) 6,82 (+++) 7,01 (+++) 6,79 (+++) 7,15 (+++) 6,92 (+++)
245 0 9,01 (+) 8,78 (+) 8,92 (++) 8,64 (++) 8,93 (+++) 8,62 (+++)
245 5 8,74 (+++) 8,56 (+++) 8,59 (+++) 8,39 (+++) 8,56 (+++) 8,35 (++ +)
315 0 10.63 (+) 10,41 (+) 10,46 (++) 10,20 (++) 10,37 (+++) 10,08 (+++)
315 5 10,36 (+++) 10,20 (+++) 10,14 (+++) 9,96 (+++) 10,02 (+++) 9,82 (+++)

Примечания: «+» означает, что STC является первым уровнем акустических характеристик или не менее 45 дБ.«++» означает, что STC является вторым уровнем акустических характеристик или не менее 50 дБ. «+++» означает, что STC является третьим уровнем акустических характеристик или не менее 55 дБ.

3.5. Проектное решение, основанное на акустических характеристиках

Значение класса передачи звука для каждого пролета также представлено в Таблице 4 вместе с пролетом для дополнительного акустического слоя толщиной 5 мм. Хотя увеличение толщины бетона может улучшить акустические характеристики композитного пола, как указано выше, добавление бетона может вызвать уменьшение допустимого пролета из-за требований к вибрации.Чтобы смягчить эту проблему, между MTP и бетоном можно поместить акустический слой, который улучшит звукоизоляцию без потенциального негативного воздействия на пролет перекрытия с контролируемой вибрацией. Было обнаружено, что за счет создания акустического слоя толщиной 5 мм ширина перекрытия из ТСС уменьшается только примерно на 300 мм. Таким образом, акустические слои могут предоставить дизайнерам возможность достичь более высоких значений STC и почти аналогичных пролетов (составляющих около 300 мм) без увеличения толщины бетона и, следовательно, использования углеродного волокна для устойчивого дизайна.

3.6. Проектное решение, основанное на воплощенном углероде

Количество воплощенного углерода, очевидно, увеличится, как только бетонная начинка будет добавлена ​​к MTP для образования TCC. На рис. 6 показано, как увеличение толщины древесины и бетона может привести к увеличению содержания углерода, исходя из доли древесины и железобетона. Для каждого типа MTP наибольшее увеличение содержания углерода происходит при добавлении бетонного покрытия толщиной 50 мм к голому MTP. После этого скорость увеличения заключенного углерода снижается по мере увеличения толщины бетона с шагом 25 мм до 100 мм.Рисунок 7 был нанесен, чтобы помочь проектировщикам в выборе системы TCC с учетом количества внедренного углерода для конкретных требований к пролету. Например, для пролета 6 м у инженера-проектировщика есть варианты CLT-105_Бетон-100 (CLT-толщина 105 мм с бетоном толщиной 100 мм) и GLT-140_Бетон-50. Если сравнивать их воплощенное содержание углерода на квадратный метр, GLT-140_Concrete-50 является более экологически чистым по сравнению с другим вариантом. Точно так же можно заметить, что две системы, GLT-186_Concrete-75 и CLT-175_Concrete-100, обеспечивают почти одинаковые пролеты и воплощенный углерод, и то же самое относится к GLT-186_Concrete-50 и CLT-175_Concrete-75.Основываясь на этих наблюдениях, с точки зрения устойчивости, как правило, выгодно увеличивать толщину MTP в попытке достичь большего пролета, чем увеличение толщины бетона.



4. Выводы

Используя новый подход к анализу [20] для исследования влияния бетонного покрытия на структурные характеристики и устойчивость системы TCC, можно сделать следующие выводы: (1) Увеличение в толщине бетона для достижения более длинного пролета эффективно только для систем перекрытий TCC с пролётами менее 7 м, так как характеристики вибрации являются определяющим параметром конструкции.Это связано с тем, что добавление бетона за пределами этого пролета имеет противодействующий эффект увеличения жесткости на изгиб, но снижает собственную частоту. (2) Следуя приведенному выше пункту 1, в целом верно, что для достижения более длинный пролет, особенно если пролет перекрытия короче 7 м, с точки зрения устойчивости. Это происходит из-за значительно большего углеродного следа бетона, чем древесины, в расчете на единицу объема. (3) Если используются саморезы, есть основания предполагать, что параметры соединения, такие как расстояние, имеют незначительное влияние на допустимый пролет перекрытия, когда эти параметры превышают определенные пороговые уровни.Другие соединительные системы могут обеспечить большую чувствительность, но требуются дальнейшие исследования.

Это исследование было сфокусировано на воплощенном углероде как едином показателе и не учитывало затраты или другие воздействия на окружающую среду от выбора материала, например, эвтрофикация или подкисление, а также строительство на месте. Рекомендуется дальнейший анализ, включающий эти эффекты и учет взаимосвязи между воплощенным углеродом и стоимостью жизненного цикла.

Доступность данных

Все данные, модели и код, сгенерированные или использованные во время исследования, появляются в представленной статье.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Совет по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады (NSERC) за финансовую поддержку через Кафедру промышленных исследований (IRC) в программе Engineered Wood and Building System.

Полы из древесно-бетонных композитов: выигрышный подход для массивных деревянных конструкций

В рамках своей работы по массивному деревянному строительству компания FPInnovations недавно опубликовала в Канаде «Руководство по проектированию деревянно-бетонных композитных полов».В этом полном документе, который является дополнительным инструментом к Канадскому справочнику CLT, рассматриваются различные аспекты, связанные с проектированием деревянных полов, покрытых композитной бетонной плитой, — подход к строительству из массивного дерева, который мало известен в Канаде, но выиграл бы от его большей известности. .

Выигрышная комбинация

Древесно-бетонные системы состоят из двух отдельных слоев, деревянного и бетонного (сверху), соединенных между собой соединителями, работающими на сдвиг. В этом случае лучше использовать свойства обоих материалов, поскольку силам растяжения от изгиба в основном противостоит древесина, а силам сжатия от изгиба противостоит бетон.

Добавление композитной бетонной плиты поверх элемента из массива дерева позволяет, среди прочего, улучшить акустические и вибрационные свойства пола, что является значительным преимуществом для многоквартирных жилых домов. Его повышенная жесткость также позволяет использовать большие пролеты пола, когда такие пролеты, как правило, труднее достичь с полами, полностью сделанными из цельной древесины. Кроме того, бетонная плита значительно усиливает эффект диафрагмы, что является еще одним преимуществом для многоэтажных домов.

В настоящее время эти полы обычно изготавливаются путем транспортировки деревянных элементов, на которые на заводе могут быть предварительно установлены соединители, после чего на месте заливается бетонная плита. Тем не менее, изучается подход к сборке, при котором древесно-бетонный композитный элемент будет доставлен на строительную площадку, что позволит оптимизировать и без того быстрое время строительства массовых деревянных зданий.

Как узнать больше?

Чтобы узнать больше, просмотрите веб-семинар, организованный WoodWorks / Canadian Wood Council и FPInnovations.

Также можно получить копию Руководства по проектированию деревянно-бетонных композитных полов в Канаде и Справочника по CLT для Канады. Загрузите бесплатную версию в формате pdf или закажите бумажную копию. Посетите веб-страницу clt.fpinnovations.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован.