3.4.4Производство строительных и облицовочных материалов на основе минерального вяжущего

С использованием мелкофракционных древесных отходов (щепы, стружки, дробленки, опилок) нашли применение строительные и облицовочные материалы, в которых в качестве вяжущих используют цемент, гипс, глину, известь и др. К таким материалам относятся цементно-стружечные плиты, арболит, фибролит, королит, опилкобетон и ряд других.

Цементно-стружечные плиты – новый строительный материал из качественной древесной стружки и цемента с добавкой ряд химикатов (жидкое стекло, окись алюминия и др.). По сравнению с традиционными древесными материалами, применяемыми в строительстве (ДСП, ДВП, фанера), ЦСП имеют ряд преимуществ. Они негорючи, нетоксичны, био- и атмосферостойкие. К недостаткам ЦСП следует отнести большую плотность, невысокое сопротивление ударным нагрузкам, труднообрабатываемость.

В зависимости от уровня физико-механических показателей, плиты, выпускаемые в нашей стране, подразделяются на две марки: ЦСП-1 и ЦСП-2 Плиты марки ЦСП-1 выпускаются в основном из древесных хвойных пород. В качестве конструкционного материала используются плиты ЦСП-1.

Физико-механические свойства ЦСП зависят от многих факторов (породы древесины, качества стружки, марки цемента, соотношения компонентов в смеси, технологических особенностей производства и т.д.). При увлажнении показатели физико-механических свойств снижаются в связи с неодинаковым разбуханием цементного камня и древесины, приводящим к внутренним напряжениям и ослаблению контакта между ними. Для повышения водостойкости плит их необходимо покрывать влагозащитными лакокрасочными материалами.

Наиболее широко применяются ЦСП в панельном деревянном домостроении. ЦСП можно использовать в качестве элементов каркасно-обшивных перегородок. Перегородки с деревянным каркасом и обшивкой из ЦСП применяют для ограждения производственных зданий с несущими металлическими конструкциями.

Обшивки из ЦСП применяют для устройства подвесных потолков, в общественных и промышленных зданиях. ЦСП используют в качестве перегородок душевых кабин и санузлов административно-бытовых зданий промышленных предприятий, для ограждения лестничных маршей, площадок, балконов, лоджий в зданиях, для подоконных досок.

Полы из ЦСП по бетонному основанию устраивают в вестибюлях, коридорах, торговых залах магазинов и предприятий общественного питания, а также в прихожих, кухнях, туалетах жилых домов. ЦСП укладывают на мастике, торцы соединяют встык рейкой.

ЦСП используют в качестве элементов встроенных шкафов в жилых и общественных зданиях, в качестве неизвлекаемой опалубки монолитных железобетонных фундаментов, для огнезащитной облицовки стальных колонн и балок в промышленных, общественных и жилых зданиях, для изготовления вентиляционных коробов и т.д. В коробчатых панелях из ЦСП в качестве утеплителя применяют минераловатные плиты и заливочный пенопласт.

Технологический процесс изготовления цементно-стружечных плит предусматривает следующие операции: подготовка древесного сырья (сортировка, окорка, выдержка, разделка долготья на мерные заготовки); изготовление стружки с последующей сортировкой и доизмельчением; приготовление цементно-стружечной смеси (подготовка растворов химических добавок, дозирование стружки, растворов химических добавок, воды и цемента, их смешивание); формирование ковра на поддонах и его разделение на пакеты; прессование пакетов; тепловая обработка; распрессовка и разборка плит; твердение плит в штабелях; кондиционирование пакетов; форматная обрезка, сортирование, складирование.

В производстве ЦСП в качестве вяжущего применяется в основном цемент марки 500. К нему предъявляются дополнительные требования: не допускается наличие пластификатора и повышенное содержание (более 5 %) шлаковых добавок. В качестве химических добавок для нейтрализации действия цементных ядов чаще всего применяется композиция из жидкого стекла и сернокислого алюминия. Содержание тех или иных компонентов колеблется в зависимости от вида сырья, условий производства и качества получаемых плит.

Наиболее распространенным строительным и облицовочным материалом на основе древесных отходов является арболит.

Арболитом называют легкий бетон на органических заполнителях, получаемый в результате формования и твердения смеси, состоящей из древесной дробленки, минерального вяжущего, химических добавок и воды. Он подразделяется на пять марок. Каждая марка представляет собой число, соответствующее прочности арболита на сжатие в десятых долях мегапаскаля. Арболит марок 5 и 10 применяют для изготовления теплоизоляционных, а марок 15, 25 и 35 – конструктивно-теплоизоляционных изделий. Этот строительный материал сочетает в себе многие положительные свойства как древесины, так и бетона. Он легок, не горит, относительно био- и морозостоек, нетоксичен, легко поддается механической обработке, благодаря своим хорошим теплофизическим свойствам способствует поддержанию устойчивых тепловых режимов в помещениях.

К недостаткам арболита следует отнести значительный расход вяжущего, масса которого в 1,5…1,6 раза превышает массу древесины, а также сравнительно низкие прочностные показатели. Наружный слой ограждающих конструкций должен иметь отделочный слой, обеспечивающий защиту арболита от увлажнения. Влияние водорастворимых веществ и сахаров можно снизить длительной выдержкой древесины или введением ускорителей твердения цемента.

Технологический процесс производства арболита включает в себя следующие основные операции: приготовление древесной дробленки, минерализация древесины, приготовление арболитовой смеси, формование, твердение, хранение и транспортировка арболитных изделий (рис. 128). Сырьем для производства арболита могут служить отходы лесозаготовок и лесообрабатывающих предприятий. Эти отходы предварительно измельчают в щепу, окорка сырья не требуется. Длина частиц должна быть не более 40 мм при наибольшей толщине 5 мм и ширине 10 мм. Щепа не должна содержать более 20 % коры, 5 % хвои и листьев, 2 % гнили и 4 % минеральных примесей. Сырье рекомендуется выдерживать на открытом воздухе не менее 2 мес.

В качестве вяжущего используют, как правило, портландцемент марок 400 и 500. Для получения арболита повышенной прочности рекомендуются быстросхватывающие цементы. Для лучшего схватывания цемента и древесины дробленку подвергают минерализации – обработке растворами минеральных солей.

Из арболита изготовляют панели, блоки, стеновые камни, тепло- и звукоизоляционные плиты. Эти изделия применяют для малоэтажного строительства жилых, общественных и промышленных зданий при незначительных капиталовложениях. Использование этого экономичного материала позволяет индустриальным методом ускоренно возводить поселки лесозаготовителей, здания сельскохозяйственного и промышленного назначения. Он существенно снижает трудозатраты и экономит для народного хозяйства дорогостоящий брус.

На рис. 129 показана установка для формирования стенных блоков, а на рис. 130 сами блоки.

Установка для формования пустотелых рядовых стеновых блоков предназначена для изготовления блоков из легких и тяжелых бетонов, арболита на цементном, известковом, шлаковом и гипсовом вяжущих, твердеющих как в естественных условиях, так и при пропаривании.

Она состоит из рамы 1, поставленной на колеса 2, формы 3, пригруза 4. Привод установки осуществляется от электродвигателя 6, понижающего редуктора 7. Установка снабжена реверсивной схемой главного привода, что обеспечивает движение формы вверх вниз. Управление перемещением осуществляется пультом 12. Движение формы и пригруза осуществлялся по направляющим стойкам 5. Пригруз оборудован стойками 11, в которых имеются отверстия для фиксации его в верхнем и нижнем положении фиксатором. Поднятие и опускание формы 3 происходит при помощи грузоподъемных грузов 8 и каната 10, закрепленного на барабане редуктора. К направляющим стойкам 5 прикреплены упорные балки 9. На форме 3 закреплен вибратор 13. На этой установке можно изготовить стеновые блоки и из опилкобетона.

Опилкобетон – строительный материал, состоящий из смеси органических и вяжущих заполнителей и воды. В качестве органического компонента выступают отходы деревообработки, лесозаготовок, лесопиления (щепа, опилки и др.), дробленых стеблей хлопчатника, рисовой соломы, костры конопли и льна; в качестве вяжущего компонента – цемент. Как видно из этого определения, опилкобетон близок к арболиту и их разделение довольно условное, поэтому опилкобетон в некоторых источниках называют арболитом, а также деревобетоном. Правильнее опилкобетоном следует считать строительный материал, в котором в качестве наполнителя используются опилки.

Стены из опилкобетона обычно выкладывают из готовых блоков, ибо возводить их монолитными технологически сложно (опилкобетонная смесь медленно сохнет, деформируется). Стеновые блоки из опилкобетона, как и шлакоблоки, изготовляют в разборных формах. Однако в связи с тем, что у опилкобетона необходимая прочность наступает не сразу после формования, требуется несколько таких форм, используемых одновременно. Размеры блоков выбираются также с учетом толщины стен, способов укладки и удобства переноски. Отформованные блоки толщиной свыше 20 см долго сохнут, тяжелые (более 20 кг), их неудобно переносить и укладывать в стеновую конструкцию.

Так как опилкобетон имеет крупнопористую структуру, он сводит расход электроэнергии на обогрев и вентиляцию сооружений к минимуму, тем самым, обеспечивая прекрасный воздухообмен. Удельная теплоемкость опилкобетона выше, чем у других строительных материалов. Например, при обогреве холодного дома из кирпича вся тепловая энергия пойдет вначале на прогревание стен и лишь потом на внутреннее пространство дома. У домов из опилкобетона обогрев внутреннего пространства начинается сразу. Нет необходимости в дополнительной наружной тепло- и звукоизоляции. Низкая теплопроводность опилкобетона по сравнению с кирпичом позволяет не только снизить затраты на строительство, но и увеличить жилую площадь дома за счет сокращения толщины стен.

Технологии производства опилкобетона относятся к энергосберегающим и экологичным. Производственный процесс не требует высоких температур. Для производства используются опилки и другие виды отходов деревообрабатывающей промышленности. Это позволяет решать проблемы лесной отрасли, связанные с утилизацией древесных отходов. Кроме этого, производство опилкобетона отличается низкой себестоимостью.

Разновидностью опилкобетона является ксилолит. Исходными материалами для него являются органический заполнитель, химические добавки и красители, магнезиально-каустический цемент. Ксилолит представляет собой затвердевшую смесь древесных опилок и магнезиального вяжущего, затворенного раствором хлористого магния. В ксилолит можно вводить также добавки асбеста, трепела, кварцевого песка и красители. Ксилолитовую массу получают тщательным перемешиванием сухих каустического магнезита, заполнителей и красителей с последующим затворением раствором хлористого магния. Если ксилолитовая масса предназначается для полов, то смесь должна иметь пластичную консистенцию. Уложенную на основание ксилолитовую массу выравнивают и уплотняют вибрацией или трамбованием.

При изготовлении ксилолитовых плиток на заводе приготовляют массу жесткой консистенции, которую прессуют в горячем состоянии под давлением 300 кг/см². Состав массы для производства ксилолитовых плиток 1:4 (1 объемная часть вяжущего и 4 объемных части опилок). Ксилолитовые плитки выпускают квадратной или шестиугольной формы размером 20х20 или 15x15 см и толщиной 12…15 мм.

С использованием опилок получают ряд других строительных материалов. Тырсолит изготавливается из мелких опилок, осмоленных карбамидоформальдегидной смолой, в результате получается листовой прессованный материал. Термопорит – разновидность опилкобетона, изготавлеваемая из опилок, цемента, гашеной и хлорной извести, жидкого стекла и воды. Такой материал, как фибролит, изготавливается при смешивании портландцемента, древесной шерсти и добавок. Существует разновидность фибролита – фибролит магнезиальный.

Материалы и изделия на основе магнезиальных вяжущих получают путем формования и последующего высушивания смеси каустического магнезита или доломита и органического заполнителя, затворенного раствором хлористого магния. В качестве органических заполнителей применяют древесные опилки, получая ксилолит, или древесные шерсть и стружку, получая фибролит. Возможность использования органических заполнителей в смеси с магнезиальными вяжущими определяется полной сохранностью их в результате минерализации оксихлоридом магния, образующимся при твердении вяжущих. Наряду с этим органические заполнители, отличаясь небольшим объемным весом, придают фибролиту и ксилолиту высокие тепло- и звукоизоляционные свойства, а также легкость обработки: материал пилится, режется, имеет хорошую гвоздимость.

Технология фибролитовых плит следующая. Каустический магнезит затворяют раствором хлористого или сернокислого магния и тщательно смешивают с дозированной частью древесной шерсти. Приготовленную фибролитовую массу загружают в металлические или деревянные формы, прессуют под давлением 0,4…0,5 кг/см² и направляют в камеры сушки.

В зависимости от объемного веса различают фибролит теплоизоляционный, конструктивный и фибролитовую фанеру. Применяют теплоизоляционный фибролит для утепления стен, полов и перекрытий, конструктивный – для заполнения стен, перегородок и перекрытий каркасных зданий, а фибролитовую фанеру используют в качестве штукатурки.

При производстве плит из королита применяют отходы коры, вяжущее или цемент, материал является разновидностью арболита. Из коры и сучьев получают материалы и изделия на основе вводимых вяжущих или без их применения. Так, например, с применением гипсового вяжущего предложено получать королит. С этой целью подсушенная, измельченная и просеянная кора загружается в смеситель, заливается растворами антисептика (например, оксидифенил натрия) и ингибитора (например, казеина, буры, мездрового клея). Смесь объединяется с гипсовым вяжущим веществом, перемешивается до однородного состояния и в формах уплотняется при давлении. Королит применяют как утеплитель полов и стен. Вместо гипса используют портландцемент и цементно-песчаный раствор. Среди других изделий с применением коры и сучков с добавлением или без добавления связующих следует отметить изоляционные плиты, плиты из цельной коры, сучкоблоки и др. В изоляционных плитах пресс-масса из измельченной коры ели, гидрофобизатора и антипирена обрабатывается связующим в виде сульфитной барды (отхода производства целлюлозы по сульфитному способу) с последующим формованием и горячим прессованием плит. В плитах из цельной коры ели, пихты или лиственницы отсутствует какое-либо дополнительно введенное вяжущее или клеящее вещество. Для их получения снимают кору специальным образом со ствола и ее обрабатывают и склеивают в листы путем прессования. Эти плиты размером по длине до 3 м, ширине 0,4...1,2 м и толщине до 25 мм используют для обшивки стен, перегородок, устройства кровли (иногда с покрытием известковым раствором). При изготовлении сучкоблоков используют отходы от лесозаготовок – свежесрубленные ветви сосны, ели, ивы, пихты, кедра и др. Спрессованный готовый блок из ветвей стягивается в двух местах проволокой диаметром 3 мм, а неровности в виде боковых сучков удаляются циркулярной пилой. Блоки, прошедшие антисептирование, подвергают атмосферной сушке до влажности 20...30 %, используют в бескаркасном одноэтажном строительстве, а также для изоляции. При увеличении высоты зданий применяют в сочетании с металлической арматурой диаметром 4...8 мм, укладываемой на уровне перемычек, подоконников и др.

Материалы и изделия с применением отходов древесины, часть которых была указана выше, являются, как правило, типичными представителями строительных конгломератов, получаемых на искусственных или естественных (лигнин, полисахариды) связующих веществах. Несомненно, что при оптимальных структурах они обладают комплексом наилучших показателей свойств, поэтому их состав следует определять с учетом ранее изложенных общих закономерностей. Вместе с тем на их примере очевидна некоторая условность границы при разделении строительных материалов на искусственные и естественные, тем более с конгломератным типом структуры.