Специфические свойства арболита
К специфическим особенностям органического целлюлозного заполнителя относятся резко выраженная анизотропия, повышенная химическая активность, наличие упругопластических свойств, значительная степень самопроизвольных деформаций, высокая проницаемость и небольшая адгезия с цементным камнем. Наиболее изученным из этих свойств является химическая активность (1). Существенными недостатками древесного заполнителя следует считать самопроизвольные объемные вынужденные деформации, которые варьируются в гораздо большем диапазоне в зависимости от воздействия среды (влажности и температуры), чем у какого-либо минерального заполнителя, а также низкую адгезию с цементным камнем. Наиболее значительными самопроизвольными деформациями древесного заполнителя являются влажностные деформации (усушка, набухание, коробление), соотношение которых в разных направлениях может достичь il:/120. При этом объемная усушка древесного заполнителя составляет 15—20%, тогда как объемная усадка цементного камня из портландцементного клинкера всего лишь 0,9—11,2% (2,3). Можно предположить, что напряженное состояние создающегося в структуре конгломерата типа арболита зависит в большей мере от напряжений, возникающих в результате усушки и набухания древесного заполнителя, чем от усадки и набухания цементного камня.
Исследования (4) показали, что образование структуры арболита сопровождается двумя противоположными процессами: твердением цементного камня и повышением его сцепления с заполнителем, т. е. упрочнением структуры и деструкционными процессами, вызываемыми влажностными деформациями древесного заполнителя.
Нарастание прочности в процессе твердения арболита при изменении влажности происходит неравномерно. Наибольшие структурные изменения наблюдаются при снижении общей влажности арболита ниже точки насыщения волокна (27—30%) древесного заполнителя. При этом максимальную прочность арболит разных составов достигает при влажности 15—17,5%. При дальнейшем снижении влажности структурная прочность уменьшается, что объясняется деструкционными процессами.
Учитывая специфические свойства этого бетона, а также то, что 80% объема производства арболитовых изделий составляют ограждающие конструкции (стеновые блоки и панели), находящиеся под атмосферным воздействием, необходимо повышать его стойкость к попеременному увлажнению и высыханию. Так как степень отрицательного воздействия влажностных деформаций древесного заполнителя на структурную прочность арболита определяется оцеплением двух различных по природе материалов (органического заполнителя и минерального вяжущего), изучать влияние этих факторов на прочность и стойкость арболита к влагопеременным воздействиям целесообразно во взаимосвязи.
Структурная прочность и стойкость арболита в эксплуатационных условиях попеременного увлажнения и высыхания повышается при снижении объемных влажностных деформаций древесного заполнителя и усадочных деформаций арболита, а также при повышении адгезии в системе «дерево — цементный камень».
Отрицательное воздействие объемных деформаций на прочность арболита можно снизить путем стабилизации объема целлюлозного заполнителя, достигаемой повышением его гидрофобности физическим или химическим способом (термообработкой или обработкой солями алюминия и др.) и путем повышения эластичности растворной части, позволяющей компенсировать влажностные деформации заполнителя деформациями эластичного шва — клеевой прослойкой, получаемой введением в арболитовую смесь высокомолекулярных соединений (поливинилацетатной эмульсии, латекса, карбамидной смолы и др.).
Для оценки структуры арболита с заполнителем в виде пластинок толщина клеевой прослойки (цементного камня) имеет большее значение, чем в бетоне с заполнителем шарообразной или кубической формы, так как контакт между такими зернами носит точечный характер. Определенная по формуле, предложенной в ((4), толщина клеевой прослойки между отдельными частицами древесного заполнителя и микроскопические исследования подтвердили, что растворная часть цементного теста расходуется только «а проклейку частичек, а защемление их практически несущественно. Толщина прослоек цементного камня в структуре арболита для рабочей фракции с удельной поверхностью 4,5—5 м2/кг составляет 0,16—0,28 мм вместо 1-2 мм (2) в крупнопористых бетонах на минеральных заполнителях.
По классификации (5) арболит как вид легкого бетона по структуре можно отнести к третьему типу, в котором зерна заполнителя создают жесткий скелет и контактируют друг с другом через тонкую прослойку цементного камня. Прочность и стойкость такого бетона обусловливается сцеплением между заполнителем и цементным камнем. Зависимость толщины клеевой прослойки от количества взятых компонентов и удельной поверхности древесного заполнителя представлена на рис. 1 и 2.
При одном и том же весовом составе арболитовой смеси, но разной удельной поверхности древесного заполнителя, а следовательно, и разной толщине клеевой прослойки прочность арболита не одинакова. При уменьшении удельной поверхности древесного заполнителя до некоторого предела структурная прочность арболита растет. Снижение прочности при значительной крупности заполнителя частично можно объяснить влиянием больших влажностных деформаций, вызывающих развитие напряжений в контактных зонах в процессе твердения и сушки арболита, а при использовании мелкой фракции снижение прочности объясняется значительным уменьшением толщины цементных прослоек в структуре.
Тонкие прослойки цементного камня в структуре арболита склеивают частицы заполнителя, поэтому одним из эффективных путей повышения прочности материала может стать увеличение сцепления между древесным заполнителем и цементным камнем, либо увеличение объема растворной части путем ввода в состав смеси тонкоизмелвченных фракций минеральных добавок.
Для увеличения прочности арболита до марки М 50 на Бакинском ДОЗе Главбакстроя внедрен состав смеси с повышенным содержанием растворной части. В состав смеси вводят добавку известнякового штыба пылевидной фракции (карьерные отходы камнегиления) в количестве 25% массы портландцемента с размером зерен не более 0,05 мм, т. е. не превышающем половины минимальной толщины клеевой прослойки в структуре арболита. При использовании более крупной фракции эффект применения добавки известнякового штыба снижается вследствие ухудшения контактов отдельных частиц древесного заполнителя в структуре арболита из-за малой толшины растворной пленки.
На опытную партию плит пола марки М 50 были разработаны технические условия. Главбакстроем в жилищном строительстве с 4973 г. уложено более 50 тыс. мг арболитовых плит в качестве основания пола под паркет и линолеум
Выводы
В процессе температурно-влажностных воздействий (при твердении и сушке) и при атмосферных воздействиях (попеременном увлажнении и высыхании) в структуре арболита наряду с конструкционными происходят деструкционные процессы в контактных зонах, вызываемые значительными влажностными деформациями древесного заполнителя.
Для повышения качества арболита в эксплуатационных условиях необходимо повышать оцепление древесного заполнителя с цементным камнем, снижать влажностные деформации заполнителя или его влияние.