О возможности использования отходов деревообработки в строительных целях на селе

УДК 674.725:721.011

Рассмотрены возможности использования мягких отходов лесопиления и деревообработки в производстве компо­зиционных и теплоизоляционных плит на основе жидкого стекла, модифицированного гексафторсиликатом натрия. Основные назначение плит - строительство сельскохозяйственных объектов, а также малоэтажных деревянных домов.

В Беларуси действует более 6000 комплексов КРС, более 100 свиноводческих и 48 птицеводческих [1 ] . Их необхо­димо периодически ремонтировать, строить новые сельскохо­зяйственные объекты, в том числе и другого назначения. Идет активное строительство малоэтажных деревянных домов. Для всех этих целей необходимо иметь много конструкцион­ных и теплоизоляционных стеновых и других материалов.

Эстетические требования к данным материалам могут быть невысокими, но они должны обладать необходимыми и/ или теплоизоляционными свойствами, простыми и экономич­ными в производстве, не давать вредных выделений.

Доступным и дешевым материалом являются древесные отходы, которые используются, как топливо, в производстве плитных и других материалов. Отходов только в деревообра­батывающем производстве образуется не менее 1,5 миллио­на кубометров.

Отрицательным свойством плитных материалов на ос­нове синтетических карбамидных клеев является их токсич­ность. В сельскохозяйственном строительстве они мало при­годны и из-за невысокой водостойкости.

Рост сельскохозяйственного строительства, в том числе и домов, вызвал необходимость развития композиционных ма­териалов на основе минеральных вяжущих. В отличие от син­тетических органических связующих минеральные имеют более разнообразные свойства - высокую прочность, огне- и биостойкость, экологическую чистоту.

Использовать отходы древесины в производстве строи­тельных материалов начали еще в 20-е годы прошлого века. Одним из первых материалов стал опилкобетон - смесь опи­лок, песка и портландцемента [2]. Большой его недостаток - высокий капиллярный подсос влаги, что требовало надежной гидроизоляции здания. Затем начали изготавливать ксилолит на магнезиальном вяжущем с добавлением тонкодисперсион­ных минеральных веществ и щелочных пигментов. Ксилолит не допускает увлажнения и воздействия агрессивных сред, поэтому имел ограниченное применение.

С 1929 года начали производить фибролит, который полу­чали из специальной древесной шерсти и минеральных вяжу­щих. Древесную шерсть требовалось обрабатывать хлористым кальцием или жидком стеклом в целях нейтрализации вредных веществ. В условиях повышенной влажности применять фи­бролит нельзя. Снаружи стены требовалось штукатурить.

В 50-е годы начали изготавливать арболит, но он в Бела­руси не нашел широкого применения, так как при высыхании дает большую усадку, а во влажной среде сильно набухает, т. е. требуется надежная гидроизоляция.

Отходы деревообработки применяют для изготовления различных строительных материалов и за рубежом. Для из­готовления арболита, фибролита, цементно-стружечных плит, стружкобетона и других материалов строительного назначе­ния применяют низкосортную и некондиционную древесину, дровяное долготье, тонкомер, срезки, щепу, стружку, опилки, а также отходы сельскохозяйственного и бумажного произ­водств. В качестве минерального вяжущего применяют порт­ландцемент, гипс, магнезиальное вяжущее, жидкое стекло и др.

Содержащиеся в древесине экстрактивные вещества за­медляют схватывание цемента, а при содержании их около 0,1% вообще препятствуют ему. Для их нейтрализации при­меняют химические добавки строго определенных сочета­ний: хлористый кальций с жидким стеклом, с сернокислым алюминием, известь в сочетании с сернокислым алюминием, хлористым кальцием и жидким стеклом [ 4] .

Древесно-цементные композиции имеют достаточно высо­кие показатели био-, огне- и водостойкости. Они могут быть изготовлены в виде стеновых панелей и блоков, плит перекры­тий, теплоизоляционных, покрытий различных размеров. Но они имеют и много недостатков - это более высокая плотность и меньшие ударостойкость и упругость по сравнению с пли­тами на синтетических смолах, большая продолжительность прессования (до 20 ч), повышенные требования к древесному сырью, высокий расход воды и электроэнергии и большое коли­чество металлической оснастки при изготовлении.

В последнее время стал проявляться интерес к созданию органополимерных материалов, сочетающих высокие физи­ко-механические и эксплуатационные свойства органических и неорганических полимеров. К таким материалам можно от­нести силикатополимерные композиции, в которых функцию неорганического полимера выполняют водорастворимые си­ликаты щелочных металлов. Исследованию свойств жидких стекол и полученных на их основе изделий уделяется много внимания, тем не менее, остаются нерешенными вопросы соз­дания прочного водостойкого материала [ 5] .

Клеящую способность жидкого стекла можно повысить различными добавками [6] . Наибольший интерес представ­ляет гексафторосиликат натрия, который существенно уско­ряет твердение и повышает водостойкость жидкого стекла. Процесс твердения жидкого стекла с этой добавкой изучали многие исследователи, однако объяснения их весьма противо­речивые.

Представляет также интерес использование наноматери­алов (нанодобавок), которые, согласно нашим исследованиям, способствуют повышению прочности и водостойкости поли­винилацетатных клеев [3].

При изготовлении силикатных материалов на основе жид­кого стекла большое значение имеет правильный выбор его состава, концентрации и количества вяжущего, физико-хи­мические свойства наполнителей. Можно готовить силикат­ные композиции от быстро твердеющих жидкостей и клейких растворов до густых, медленно твердеющих пластмасс.

Для приготовления силикатных масс наибольшей плот­ности и прочности необходимо, чтобы наполнитель состоял из фракций крупных и мелких зерен.

Прочность повышается, если зерна наполнителя имеют острые углы и шероховатую поверхность. Такому требова­нию отвечают мягкие отходы лесопиления и деревообработ­ки - опилки.

Чтобы получить наилучшие результаты, необходимо под­бирать оптимальное соотношение жидкого стекла и наполни­теля. учитывая его зернистый состав.

Промышленность Беларуси выпускает в основном натри­евые жидкие стекла и меньше калиевые, так как сырье для первых более доступно и имеет низкую стоимость. Разноо­бразные добавки к ним достаточно дорогие и в Беларуси не производятся.

На основании ранее выполненных наших исследований [7-10] по производству композиционных материалов на осно­ве измельченной древесины в качестве наполнителя и жидкого стекла как основной составляющей части связующего, в том числе и поисковых опытов, можно сделать следующие выводы.

Для решения проблемы эффективного использования древесных отходов в производстве конструкционных и те­плоизоляционных материалов для сельскохозяйственного строительства, в том числе домостроения, необходимо ре­шить следующие задачи:

• научно обосновать возможность использования гек­сафторосиликата натрия, полученного из фторсодержащих сточных вод цеха химического полирования стеклоизделий в качестве модификатора жидкого стекла с целью повышения физико-механических свойств получаемых на его основе ком­позиционных плитных материалов;
• исследовать механизмы превращений в жидком стекле (процессы образования твердого продукта) под действием из­меняющегося количества гексафторосиликата натрия без уча­стия древесного заполнителя, а также с его участием;
• исследовать возможность использования наномате­риалов (в качестве нанодобавок) которые, согласно нашим исследованиям, способствуют повышению прочности и водо­стойкости поливинилацетатных клеев [  ];
• исследовать тиксотропные свойства клеевых компози­ций и реологические характеристики их смесей с наполните­лями (пресс-массы);
• разработать оптимальные составы композиций на осно­ве мягких отходов деревообработки и полученного вяжуще­го для изготовления композиционных древесноминеральных материалов конструкционного и теплоизоляционного назна­чения;
• оптимизировать технологические параметры получе­ния композиционных материалов конструкционного и тепло­изоляционного назначения с высокими техническими свой­ствами;
• определить основные физико-механические свойства полученных композиционных материалов, установить вли­яние на их прочностные и эксплуатационные свойства вида, влажности и фракционного состава опилок;
• исследовать специальные свойства (токсичность, био- и огнестойкость, тепло- и температуропроводность) получен­ных композиционных материалов конструкционного и тепло­изоляционного назначения;
• провести апробацию результатов исследований в про­изводственных условиях. Изготовление композиционного теплоизоляционного материала не требует сложного доро­гостоящего оборудования и может быть сравнительно легко организовано на деревообрабатывающем или другого типа предприятии.

Литература:

1.  Материалы Международного научно-практического се­минара в рамках Международной специализированной выставки «Деревообработка». г. Минск. 18. 10. 2010 г.

2.  Умнякова, Н. П. Как сделать дом тёплым / Н. П. Умня- кова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1996. -  368 с.

3.  Барташевич, А. А. Новые подходы в технологии деревоо­бработки на основе наноматериалов. Материалы МНТК «Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строи­тельных материалов»/ А.А.Барташевич, Л. В.Игнатович, Е. В.Коробко . -Минск: БГТУ, 2012. -С. 140-143.

4.  Борвонов, В. А Технология стеновых изделий для малоэтаж­ных зданий на основе арболита и вторичных продуктов производства: автореф. ... дис. канд. техн. наук: 05.23.05./ В. А. Борвонов; Бел. нац. техн. ун-т. - Мн, 2004. - 21 с.

5.  Теоретические предпосылки использования полиметал­лического водного концентрата и тонкодисперсных минеральных добавок для минерализации древесных за­полнителей в арболите: проблемы технологии производ­ства строительных материалов, изделий и конструк­ций, строительства зданий и сооружений, подготовки инженерных кадров для строительной отрасли: матер VIII международного науч. практ. семинара, Мн., 15 - 16 ноября 2001 г. / Минск. БГТУ; редкол.: Э. И. Батяновский (отв. ред.) [и др.]. - Минск: Стринко, 2001. - С. 174-187.

6.  5. Кудина, Е. Ф. Разработка органосиликатных связую­щих и гибридных наполнителей для композиционных ма­териалов машиностроительного назначения: автореф. ... дис. канд. техн. наук: 05.02.01/Е. Ф. Кудина; НАНБело- руск. ин-т механики металлополимерных систем им. В.A. Белого. - Гомель, 2001. - 21 с.

7.  Дубовская, Л. Ю. Теплоизоляционный материал на осно­ве древесных отходов и минерального связующего / Л. Ю. Дубовская // Деревообрабатывающая промышленность.-М., 2005. - №3. - С 13-14.

8.  Дубовская, Л. Ю. Теплоизоляционный материал на основе древесных опилок и минерального вяжущего / Л. Ю. Ду- бовская, Л. В. Игнатович, Л. М. Бахар // Лесная и дере­вообрабатывающая промышленность: науч. тр. / БГТУ; редкол.: И. М. Жарский [и др.]. - Минск, 2005. - Вып. XIII.- С. 169-170.

9.  Дубовская, Л. Ю. Определение биостойкости компози­ционных материалов на основе древесных опилок и мо­дифицированного жидкого стекла / Л. Ю. Дубовская, Л.B. Игнатович, Л. М. Бахар // Устойчивое развитие лесов и рациональное использование лесных ресурсов: матери­алы междунар. науч-практ. конф. / БГТУ: под ред. О. А. Атрощенко. - Минск, 2005. - С. 298-301.

10. Композиционный материал на минеральном вяжу­щем: пат. Респ. Беларусь / Л. Ю. Дубовская; заявитель УО «Белорусский государственный технологический уни­верситет». - № а 20050936; заявл. 20.09.2005; положи­тельное решение 21.06.07.

Поступила в редакцию 10. 07. 2013 г.