Содержание к диссертации
Введение
1. Некоторые особенности лесопильного оборудования и отходов лесопиления 12
1.1. Вводные замечания 12
1.2. О влиянии особенностей лесопильного оборудования на характеристики опилок как сырья для древесно-цементных смесей 14
1.3. Об особенностях функционирования частиц измельченной древесины в древесно-цементном материале 23
1.4. Предварительная обработка древесного заполнителя 27
1.5. О технологических факторах, определяющих качество древесно-цементных материалов 32
1.6. Выводы по главе 36
2. О рациональном соотношении опилок и стружки в древесно-цементной смеси 38
2.1. Вводные замечания 39
2.2. Экспериментальное исследование образцов из смеси опилок и стружки 39
2.3. Особенности влияния полимерно-минеральной добавки 47
2.4. О влиянии добавок сульфата алюминия и хлорида кальция 50
2.5. Выводы по главе 51
3. Влияние технологических факторов древесно-цементного материала на его функциональные характеристики 55
3.1. Вводные замечания 55
3.2. Методика оценки влияния компонентов древесно-цементного материала на его характеристики 56
3.3. Влияние компонентов древесно-цементного материала на его характеристики 59
3.4. Жесткость древесно-цементного материала с добавкой отходов талькохлорита и влияние скорости деформирования на его прочность 66
3.5. Детализация закономерностей влияния скорости деформирования на прочность древесно-цементного материала 71
3.6 Выводы по главе 78
4. Технико-экономическая эффективность использования опилок как основы древесно-цементных блоков 81
4.1. Оборудование и технология производственного эксперимента 81
4.2. Расчет технико-экономических показателей 84
4.3. Выводы по главе 89
Заключение. 90
Список использованной литературы 98
- О влиянии особенностей лесопильного оборудования на характеристики опилок как сырья для древесно-цементных смесей
- Особенности влияния полимерно-минеральной добавки
- Влияние компонентов древесно-цементного материала на его характеристики
- Оборудование и технология производственного эксперимента
Введение к работе
Диссертационная работа содержит материалы исследования, объединенные ведущей идеей совершенствования технологий использования отходов лесопиления как сырья для изготовления древесно-цементных материалов для малоэтажного строительства.
Актуальность темы исследования. Проблема рационального использования отходов лесопильных предприятий сохраняет свою актуальность на протяжении длительного времени. Масштаб проблемы характеризуют следующие данные. Как известно1, в настоящее время объем мирового производства пиломатериалов составляет примерно 400 млн. м3 в год. В том числе 87,5 млн. м3 приходится на долю США. На долю России приходится около 20 млн. м3. При этом, в зависимости от способа пиления, от 9 до 19% объема пиловочного сырья превращается в опилки (рис. 1).
Рис. 1. Отходы лесопиления
Из приведенных выше данных следует, что лесопромышленный комплекс России ежегодно производит более 2,2 млн. м3 опилок. 35-45% опилок используются как топливо на котельных самих предприятий. Около 10% опилок используются в гидролизной промышленности, примерно 2% – в производстве древесных плит. Кроме того, опилки влажностью до 15 % используются в производстве топливных брикетов и гранул (пеллет). Использование измельченной древесины, в том числе опилок, для изготовления строительных теплоизоляционных и конструкционных материалов известно не один десяток лет. Однако проблемы совершенствования технологий использования отходов лесопиления сохраняют свою актуальность, на что указывает интенсивность публикаций, в том числе Интернет-ресурсов (рис.1).
1 Падерин В. Рентабельность лесопиления и проблемы развития лесопиления в России // ЛесПромИнформ. 2014. №1(99). URL:
Неиспользуемые отходы лесопиления являются потенциально опасными с экологической точки зрения. Совершенствование технологий использования отходов лесопиления необходимо для перехода к зеленой экономике2. Работа соответствует приоритетному направлению развития науки, технологий и техники в Российской Федерации «Рациональное природопользование».
Рис. 1. Распределение публикаций с ключевым словом "wood-cement"
[]
Степень разработанности темы исследования. Анализ публикаций по теме исследования, в том числе Интернет-ресурсов, показал, что к настоящему времени остаются недостаточно изученными вопросы влияния гранулометрического состава отходов лесопиления при их использовании в производстве древесно-цементных материалов для малоэтажного строительства.
Цель работы: совершенствование технологии использования отходов лесопиления с учетом их гранулометрического состава в производстве древесно-цементных материалов для малоэтажного домостроения.
Задачи, решение которых необходимо для достижения цели:
-
Исследовать гранулометрический состав отходов лесопиления двух основных типов производств.
-
Исследовать целесообразность использования отходов лесопиления с добавлением стружки, обосновать рациональное соотношение (по массе) опилок и стружки как основы древесно-цементного материала.
-
Исследовать влияние гранулометрического состава отходов лесопиления двух основных типов производств на прочность древесно-цементного материала.
2 Svendsen, G. T. Environmental Reviews and Case Studies: From a Brown to a Green Economy: How Should Green Industries Be Promoted? // Environmental Practice. 2013, no. 15(01), 72-78.
-
Исследовать влияние упрочняющих добавок на физико-механические свойства древесно-цементного материала с учетом гранулометрического состава используемых отходов лесопиления.
-
Экспериментально исследовать прочность и жесткость древесно-цементного композита при одноосном сжатии как ортотропного материала при скоростях деформирования образцов 5…180 мм/мин.
Объект исследования: образцы древестно-цементного материала, изготовленные с применением отходов лесопиления двух типов деревообрабатывающих производств, для малоэтажного строительства.
Предмет исследования: влияние гранулометрического состава отходов лесопиления с добавлением стружки и упрочняющих компонентов на физико-механические свойства древесно-цементного материала на примере двух типов деревообрабатывающих производств.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
По результатам исследования уточнены данные о гранулометрическом составе отходов лесопиления и их влиянии на свойства древесно-цементного материала для двух типов деревообрабатывающих производств.
-
Экспериментальными исследованиями древесно-цементного материала установлено, что смесь стружки и опилок при соотношении 0,2:0,8 (по массе) обеспечивает максимум прочности в испытаниях на сжатие.
-
Получены новые данные об эффективности известных добавок (микрокремнезем и полимерно-минеральная добавка «Nicoflok»). Установлен гранулометрический состав отходов деревообработки, обеспечивающий наибольшую эффективность применения данных добавок.
-
Исследованы закономерности влияния добавки отходов камнеобработки в виде порошка талькохлорита (стеатита) на прочность и жесткость древесно-цементного композита при одноосном сжатии как ортотропного материала при скоростях деформирования образцов 5…180 мм/мин.
Теоретическая и практическая значимость работы:
-
Указанный выше (п. 2) эффект увеличения прочности при определенном соотношении (по массе) опилок и стружки может быть использован в целях совершенствования технологии использования отходов лесопиления в производстве древесно-цементных материалов для малоэтажного строительства.
-
Использование экспериментально установленного влияния гранулометрического состава опилок, зависящего от конструктивных особенностей пильных дисков, на прочность древесно-цементного материала позволит повысить эффективность использования упрочняющих добавок.
-
Исследована предложенная модификация древесно-цементного материала, отличающаяся тем, что содержит добавку отходов камнеобработки в виде порошка талькохлорита (стеатита).
-
Полученные новые данные о закономерностях влияния добавок на прочность и жесткость древесно-цементного композита с добавкой талькохлорита при одноосном сжатии как ортотропного материала при скоростях деформирования образцов 5…180 мм/мин могут быть использованы при обосновании применения древесно-цементного материала в конструкциях стен малоэтажных зданий при сейсмических и техногенных динамических воздействиях.
-
Определены перспективы развития темы, ориентированные на уменьшение стоимости древесно-цементного материала за счет предварительной обработки измельченной древесины, применения пластификаторов, совершенствования режимов уплотнения древесно-цементной смеси, поиска и дозирования добавок.
Работа выполнена в рамках реализации научных мероприятий Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012-2016 г. и государственного задания Минобрнауки РФ по госбюджетной теме 126-12, проект 7.6185.2011 (руководитель темы проф. Г.Н. Колесников).
В рамках диссертационного исследования выполнен патентный поиск, выявлена существенная новизна разработанного технологического решения по рациональному использованию отходов лесопиления, оформлены и зарегистрированы в Роспатенте две заявки на изобретения3.
Методология и методы исследования. Методология исследования базируется на использовании теоретических и экспериментальных работ российских и зарубежных авторов в области рационального использования отходов лесопиления. Исследование выполнено с применением методологии функционально-технологического анализа, методов экспериментальных исследований с применением испытательной машины SHIMADZU AG50kNX, элементов анализа данных. В качестве инструмента исследования использован, в частности, пакет «Анализ данных» Microsoft Excel 2010. При анализе структуры материалов использованы микрофотографии, полученные на сканирующем электронном микроскопе SU-15104.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследования закономерностей изменения прочности древес-но-цементного материала в зависимости от соотношения опилок и стружки как основы данного материала.
3 Андреев А.А., Колесников Г.Н. Древесно-цементный дисперсно-армированный строительный блок //
Заявка № 2014114457 от 11.04.2014.
Андреев А.А., Колесников Г.Н. Древесно-цементная смесь для изготовления теплоизоляционных и кон-струкционных строительных материалов // Заявка № 2014118281 от 06.05.2014.
4 Поддержку в получении микрофотографий оказали: В.П. Чугин, кафедра информационно-измерительных
систем и физической электроники (зав. кафедрой профессор Г.Б. Стефанович), Центр коллективного поль
зования научным оборудованием ПетрГУ (директор центра А.С. Штыков).
-
Исследованные закономерности влияния гранулометрического состава отходов лесопиления для двух основных типов оборудования на прочность и жесткость древесно-цементного материала с добавками микрокремнезема и полимерно-минеральной композиции «Nicoflok».
-
Разработанная модификация древесно-цементного материала, отличающаяся тем, что содержит добавку отходов камнеобработки в виде порошка талькохлорита (стеатита) и имеет повышенную прочность и жёсткость.
-
Результаты исследования закономерностей изменения прочности и жесткости древесно-цементного композита при одноосном сжатии как ортотроп-ного материала при скоростях деформирования образцов 5…180 мм/мин.
-
Результаты апробации предлагаемой технологии в производственном эксперименте и рекомендации по использованию полученных данных.
Достоверность результатов исследования подтверждена их непротиворечивостью и согласованностью с известными по литературе экспериментальными и теоретическими данными, физической адекватностью результатов, а также их апробацией, в том числе в рамках производственного эксперимента.
Апробация работы. Материалы диссертационного исследования были представлены на следующих конференциях: Научно техническая конференция «Ресурсосберегающие технологии, материалы и конструкции», Петрозаводск,
-
апреля 2013 г.; Региональная научно техническая конференция «Ресурсосберегающие технологии, материалы и конструкции», Петрозаводск,
-
апреля 2014 г.; Семинар с международным участием «Продвижение энергоэффективных технологий для повышения конкурентоспособности малого и среднего бизнеса, работающего на приграничных территориях», г. Оулу, Финляндия, 13-14 мая 2014 г.; Региональная конференция «Деревянное малоэтажное домостроение: экономика, архитектура и ресурсосберегающие технологии», Петрозаводск, Институт экономики КарНЦ РАН, 23-27 июня 2014 г.; Международная заочная научно-практическая конференция «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика», Воронеж, Воронежская государственная лесотехническая академия, 2014 г.; Multidisciplinary Scientific Conferences SGEM 2014 (Section 15, Architecture and Design). Albena, Bulgaria (2-9 September, 2014)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, из них четыре статьи в журналах, указанных в списке ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы (143 наименования), имеет общий объем 138 страницы, содержит 36 рисунков, 8 таблиц.
О влиянии особенностей лесопильного оборудования на характеристики опилок как сырья для древесно-цементных смесей
Лесопильное оборудование разрабатывается и совершенствуется в целях повышения конкурентоспособности выпускаемых пиломатериалов. Характеристики опилок как сырья для древесно-цементных смесей не интересуют разработчиков лесопильного оборудования. Однако именно эти характеристики важны для исследований и обоснования рекомендаций по рациональному использованию отходов лесопиления.
Особенности конструкций пильных дисков двух станков показаны на рис. 1.1 и 1.2. Получить информацию о влиянии этих особенностей на характеристики опилок позволяют рис. 1.3 и 1.4, а также табл. 1.1.
Анализ гранулометрического состава опилок показывает, что различия конструкций пильных дисков оказывают существенное влияние на форму и размеры древесных частиц. Отходы лесопильного цеха 2 фактически представляют собой смесь опилок и стружки. Частицы стружки, отличаясь по форме и размерам от частиц опилок как таковых, могут играть как положительную, так и отрицательную роль в технологии древесно-цементного материала с точки зрения его прочности.
Указанные выше частицы стружки, с одной стороны, могут играть роль армирующих элементов древесно-цементного материала и повышать его прочность, по аналогии с известными дисперсно-армированными композитными материалами.
С другой стороны, на стадии изготовления древесно-цементного материала при заполнении форм древесно-цементной смесью и при последующем уплотнении данной смеси частицы стружки функционируют как упругие элементы, сопротивляясь уплотнению смеси. После уплотнения эти частицы будут проявлять тенденцию к восстановлению своей формы, создавая тем самым пустоты в материале, увеличивая его объем и ослабляя структуру цементного камня в начальной стадии его формирования. Это одна из причин известных ограничений16,17, согласно которым коэффициент формы, равный отношению наибольшего размера древесной частицы к наименьшему размеру не должно превышать восьми.
Представленные выше особенности опилок могут стать причиной различий физико-механических свойств древесно-цементных материалов и, как следствие, более или менее эффективного использования отходов лесопиления. Исследование этих особенностей технологии древесно-цементных материалов и учет связанных с этими особенностями закономерностей функционирования данных материалов может быть использовано для управления плотностью, прочностью и другими физико-механическими свойствами материалов этого класса в целях повышения их конкуретноспособности.
Древесно-цементные материалы рассматриваемого класса, к которым относится хорошо известный арболит, содержат, кроме измельченной древесины и цемента, ряд других компонентов18. Каждый из этих компонентов вносит свой вклад в прочность, жесткость, плотность и другие характеристики материала. Поэтому, чтобы получить достаточно полное представление о влиянии каждого из этих компонентов, необходимы соответствующие количественные оценки. Такие оценки могут быть получены, например, с применением методов планирования эксперимента, что показано, например, в работе19. Обзоры работ и существующие проблемы в данной области, предлагаемые технические решения и направления прикладных исследований рассмотрены, например, в статьях20, 21, 22. Однако в известных работах остался недостаточно исследованным вопрос о закономерностях влияния затронутых выше особенностей лесопильного оборудования на характеристики опилок как сырья для древесно-цементных смесей, в том числе на прочность, жесткость и плотность строительных материалов, изготовленных из данных смесей. Эти физико-механические характеристики древесно-цементного материала зависят от особенностей массопереноса23 при структурообразовании системы, образованной частицами измельченной древесины и вяжущим, в качестве которого в данной работе использован портландцемент. существующие проблемы в данной области, предлагаемые технические решения и направления прикладных исследований рассмотрены, например, в статьях20, 21, 22. Однако в известных работах остался недостаточно исследованным вопрос о закономерностях влияния затронутых выше особенностей лесопильного оборудования на характеристики опилок как сырья для древесно-цементных смесей, в том числе на прочность, жесткость и плотность строительных материалов, изготовленных из данных смесей. Эти физико-механические характеристики древесно-цементного материала зависят от особенностей массопереноса23 при структурообразовании системы, образованной частицами измельченной древесины и вяжущим, в качестве которого в данной работе использован портландцемент.
Особенности влияния полимерно-минеральной добавки
Касаясь упомянутых выше модификаторов древесно-цементных материалов отметим, что в ряде работ уточняется влияние химических добавок, жидкого стекла и других компонентов, сообщается о новых микро- и нанодисперсных минеральных добавках55. Однако в известных публикациях не обнаружено информации о применении полимерно-минеральной добавки56 «Nicoflok» в качестве модификатора древесно-цементных композиций. В то же время, эффективность применения данной добавки в дорожном строительстве57 указывает на целесообразность расширения области её применения. Гипотеза исследования. Успешный опыт применения добавки «Nicoflok» в дорожном строительстве позволяет предположить, что эта добавка будет достаточно эффективна также в качестве модификатора древесно-цементных композиций для теплоизоляционных и конструкционных строительных материалов, в которых используются отходы переработки древесного сырья. В качестве отходов далее рассматриваются только опилки и стружка. При этом исследуется влияние добавки только на прочность образцов. Цель данной части работы: экспериментально изучить влияние добавки «Nicoflok» на прочность древесно-цементного материала при сжатии в зависимости от соотношения массы опилок и стружки в данном композите. Материалы и методы. Для достижения указанной цели использованы экспериментальные методы. Образцы в форме куба с ребром 10 см были изготовлены по технологии, рассмотренной выше (подраздел 2.2). В древесно-цементной композиции использовались: отходы древесины хвойных пород (таблица 2.1); портландцемент марки «400». Добавки: сульфат алюминия технический, очищенный, ГОСТ 12966-85; жидкое стекло по ГОСТ 13078-81 плотностью 1,45 г/см3, силикатный модуль 2,6.
При прочих равных условиях изучено влияние добавки «Nicoflok» для трёх случаев, а именно, в количестве 0; 5 и 10 A от массы цемента. Данная добавка представляет собой порошок серого цвета – смесь редиспергируемых полимеров и минеральных наполнителей. Одна из характеристик дисперсности порошка: остаток на сите 0,315 мм – не более 1 % (см. ТУ 5743-003-13881083-2006 «Добавка укрепляющая для вяжущих растворов и сухих смесей «Nicoflok»).
Прочность образцов в возрасте 28 суток определялась с использованием испытательной машины AG50 kNX SHIMADZU (рис. 2.4). Результаты и обсуждение. Были определены средние значения прочности для пяти серий образцов, см. маркеры на рисунке 2.8; каждая серия содержала от трех до пяти образцов.
Влияние добавки «Nicoflok» на прочность древесно-цементного материала в зависимости от доли опилок в смеси «опилки–стружка»
Если количество добавки равно 5% от массы цемента, то с увеличением доли опилок от 0 до 100% (с уменьшением доли стружки от 100% до 0) прочность древесно-цементного материала возрастает. Максимум прочности без добавки равен 1,7 МПа, с добавкой – 2,3 МПа (возрастает на 35%, если массовая доля опилок равна 80%). Влияние добавки уменьшается с увеличением доли опилок. Если количество добавки равно 10% от массы цемента, то с увеличением доли опилок от 0 до 70% прочность возрастает. С увеличением доли опилок от 70 до 100%, прочность уменьшается. При этом изменение прочности непропорционально количеству добавки. Передозировка добавки может уменьшить прочность материала. Нецелесообразно увеличивать долю данной добавки сверх 5 % от массы цемента. Сравнивая структуру опилок по рисункам 1.3 и 1.4 можно прогнозировать, что применение полимерно-минеральной добавки «Nicoflok» будет эффективно только для опилок из лесопильного цеха 2 (рис. 1.4), поскольку эти опилки, как следствие особенностей пильного диска (рис. 1.2) содержат частицы, аналогичные по форме и размерам частицам стружки. Если древесный заполнитель не содержит стружки или подобных стружке частиц, то применение данной добавки неэффективно. В этой связи перспективным может оказаться поиск и применение других новых добавок, из числа которых в данной работе рассматривается применение измельченного талькохлорита, известного также как стеатит, мыльный или горшечный камень. В данном случае преимущества измельченного талькохлорита связаны с тем, что талькохлорит в виде порошка относится к отходам камнеобработки и его использование целесообразно как с экологической, так и с экономической точек зрения. Однако в литературе, включая Интернет-ресурсы, применение измельченного талькохлорита не затрагивается.
Влияние компонентов древесно-цементного материала на его характеристики
Рассмотрим применение представленной выше методики к анализу характеристик новой модификации древесно-цементного материала, отличающегося от известных композиций добавкой отходов механической обработки талькохлорита. На данную модификацию материала подана заявка на изобретение в Роспатент.
Объект исследования в данной части работы представляет собой серию образцов с порядковыми номерами по журналу испытаний 330–353.
Предмет исследования: количественные оценки влияния добавок талькохлорита и микрокремнезема на функциональные характеристики древесно-цементного материала.
Использованы экспериментальные методы исследования.
Состав смеси для образцов 330–335: цемент М500D0; опилки хвойных пород из лесопильного цеха 1 (рис. 1.3), при этом соотношение «опилки : цемент» равно 1,17; соотношение «хлорид кальция : цемент» равно 0,059; соотношение «жидкое стекло : цемент» равно 0,15; соотношение «талькохлорит : цемент» равно 0,16; соотношение «фиброволокно : цемент» равно 0,0028; водоцементное отношение 1,17.
Образцы имели форму куба с ребром 10 см. Технология изготовления образцов рассмотрена выше (рис. 2.2–2.4).
Образцы набирали прочность при температуре 15–20C в условиях естественной влажности (рис. 2.4). Изменение массы образцов регистрировалось каждые три дня в течение 28 суток. При этом была зафиксирована закономерность изменения массы образцов (рис. 3.1), заключающаяся в том, что на графике эта закономерность может быть аппроксимирована кусочно-линейной зависимостью с точкой перелома, соответствующей возрасту семь суток. Знание этой закономерности важно с практической точки зрения. А именно, можно прогнозировать, что физико-механические свойства древесно-цементного материала при указанных условиях примерно на 70 % формируются в течение первых семи суток, что необходимо учитывать в технологии временного хранения после распалубки. Эта закономерность не противоречит известным данным для обычного бетона66.
Состав смеси для образцов 336–341: цемент М500D0; опилки хвойных пород из лесопильного цеха 1 (рис. 1.3), при этом соотношение «опилки : цемент» равно 1,17; соотношение «талькохлорит : цемент» равно 0,32.
Состав смеси для образцов 342–347: цемент М500D0; опилки хвойных пород из лесопильного цеха 1 (рис. 1.3), при этом соотношение «опилки : цемент» равно 1,17; соотношение «талькохлорит:цемент» равно 0,16; соотношение «микрокремнезем МК85 : цемент» равно 0,03.
Состав смеси для образцов 348–353: цемент М500D0; опилки хвойных пород из лесопильного цеха 1 (рис. 1.3), при этом соотношение «опилки : цемент» равно 1,17; соотношение «талькохлорит : цемент» равно 0,32; соотношение «микрокремнезем МК85 : цемент» равно 0,03;
Для четырех указанных выше смесей: соотношение «известь : цемент» равно 0,109; водоцементное отношение 1,17; соотношение «хлорид кальция : цемент» равно 0,059; соотношение «фиброволокно : цемент» равно 0,0028; соотношение «жидкое стекло : цемент» равно 0,15.
Образцы из указанных смесей были испытаны на одноосное сжатие при скорости деформирования 30 мм/мин на машине SHIMADZU (по аналогии с образцом на рис. 2.7). Поскольку рассматриваемый древесно-цементный материал является ортотропным вследствие технологических особенностей его изготовления, то исследованы два случая: 1) направление действия силы параллельно слоям укладки смеси в формы; 2) направление действия силы перпендикулярно указанным слоям.
Приведенные в таблице 3.1 данные получены по методике, аналогичной рассмотренной выше для образцов 330-353. Функциональные и технологические характеристики, взаимосвязь которых исследуется, обозначены в данной таблице номерами в скобках: (1), …, (7).
Используя данные таблицы 3.1 и пакет «Анализ данных» Microsoft Excel 201067, получим корреляционную матрицу для характеристик (1), …, (7) (таблица 3.2).
Из таблицы 3.2 следует:
1) прочность и плотность в относительно большей степени связаны как между собой, так и с соотношениями «известь : цемент» и «вода : цемент». Эти данные не противоречат известным закономерностям технологии бетона;
2) добавка микрокремнезема отрицательно влияет на прочность, что не согласуется с известными по литературе данными о положительном влиянии микрокремнезема на прочность древесно-цементных материалов68. Это несоответствие можно объяснить тем, что в нашем случае были использованы опилки, полученные из цеха 1. Соответственно, конструктивные особенности пильного диска (рис. 1.1) повлияли на характеристики опилок, а значит и на функциональные характеристики древесно-цементного материала. Чтобы проверить адекватность данного объяснения, исследуем по аналогичной методике взаимовлияние характеристик древесно-цементного материала с заполнителем в виде опилок из цеха 2 (таблица 1.1). Экспериментальные данные, полученные по той же методике, что и для рассмотренных выше образцов, приведены в таблице 3.3.
Оборудование и технология производственного эксперимента
Рассмотренные выше аспекты совершенствование технологии использования отходов лесопиления как сырья для изготовления древесно цементных материалов предполагают применение полученных результатов в реальном производстве. Новизна полученных результатов зафиксирована в заявке в Роспатент от 11.04.2014 на изобретение «Древесно-цементный дисперсно-армированный строительный блок», регистрационный номер заявки 2014114457. Реалистичность предлагаемых технологических решений использования отходов лесопиления подтверждена результатами производственного эксперимента по изготовлению блоков на одном из предприятий г. Петрозаводска. Технологическое оборудование, использованное в производственном эксперименте, представлено на рис. 4.1-4.5. В фокусе внимания данного раздела диссертации находятся рассматриваемые далее технико-экономические аспекты, анализ которых опирается на известные методики71. Цель данного раздела – технико-экономическая оценка исследованных выше смесей на основе отходов лесопиления и сравнение с известным решением. В качестве известного решения рассматривается опилкобетон72.
Капитальные вложения (см. таблицу 4.1): К = 2079625 руб. Годовая заработная плата рабочих из расчета, что количество рабочих равно трем: 274032 руб.
Расход компонентов для получения древесно-цементного композита с использованием опилок из цеха 1 и цеха 2 указан в таблицах 4.3 – 4.6. Важно обратить внимание на гигроскопичность опилок и, как следствие, на необходимость корректировки расхода воды в зависимости от влажности опилок, для чего в производственных условиях должен выполняться экспресс-анализ качества древесно-цементной смеси. Такой анализ может быть выполнен методом определения насыпной плотности древесно-цементной смеси в процессе её приготовления. Для получения древесно-цементного материала достаточно высокого качества, как показал наш опыт, необходимо соответствующее специализированное обучение рабочих.
Сравнение данных, приведенных в таблицах 4.3 – 4.6 показывает, что наиболее эффективным является древесно-цементный материал с добавкой отходов талькохлорита.
По своему функциональному назначению предлагаемый древесно цементный материал аналогичен гозобетону Д600, который имеет следующие характеристики [http://gazobeton78.ru/fizikoechnicheskie harakteristiki].
Плотность: 600 кг/м3.
Класс прочности на сжатие: В 3,5 (3,5 МПа).
Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии: 0,14 Вт/(мС).
Коэффициент теплопроводности при влажности 4%: 0,16 Вт/(мС).
Коэффициент теплопроводности при влажности 5%: 0,18 Вт/(мС).
Плотность предлагаемого древесно-цементного материала, в зависимости от соотношения компонентов и влажности, может быть в пределах 600…800 кг/м3.
Принимая во внимание функциональные характеристики рассматриваемых материалов, необходимо заметить, что по сравнению с газобетоном предлагаемый древесно-цементный материал является более функциональным при эксплуатации. Это объясняется тем, что древесно цементный материал, благодаря значительному содержанию древесных частиц, сохраняет основные преимущества древесины и поэтому не требует специальных дюбелей для крепления к стенам из данного материала элементов отделки и инженерно-технических устройств. Установлено, что применение в качестве основы древесно цементного материала отходов лесопиления хвойных пород в сочетании с добавками хлорида кальция и отходов талькохлорита позволяет получать прочный и жесткий материал. Экономическая эффективность производства предлагаемого древесно-цементного материала возрастает с уменьшением содержания цемента и жидкого стекла в составе компонентов данного материала. С учетом известных по литературе данных и результатов, полученных автором диссертации, может быть рекомендована добавка хлорида кальция не более 6 % от массы цемента. Рекомендуемое минимальное количество цемента с учетом не избыточной, но достаточной прочности древесно-цементного материала, составляет 69 % от массы опилок влажностью 35 %, количество жидкого стекла – не более 9 % от массы цемента. По своим технико-экономическим характеристикам предлагаемый древесно-цементный материал не уступает газобетону Д600, а по функциональным показателям имеет определенные преимущества.
