Строительные материалы

Стройматериалы из отходов

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Применение органических вяжущих значительно расширяет возможности утилизации отходов лесопиления и деревообработки.

Стоимость органического связующего обычно составляет не менее 50% стоимости материалов с древесным заполнителем. Поэтому экономически выгодно использовать наиболее дешевые полимерные связующие, прочно склеивающие древесные частицы. Они должны удовлетворять ряду технологических требований: не быть пожаро- и взрывоопасными, обладать минимальной токсичностью; иметь достаточно низкую вязкость, сохраняющуюся в течение срока их перевозки, хранения и использования, обладать способностью достаточно быстро отвердевать при введении отвердителей.

Этим требованиям отвечают термореактивные поликонденсационные полимеры, которые под влиянием температуры около 100 °С или отвердителей способны превращаться в твердые, неплавкие и нерастворимые вещества.

Из синтетических полимеров для склеивания древесины используют обычно мочевиноформальдегидные (карбамидные) и фенолфор-мальдегидные смолы. Клеи на основе этих полимеров водо-и теплостойки, их термическое разложение начинается при температуре около 200 °С, отверждаются они холодным и горячим способами.

Наиболее распространено применение мочевиноформальдегидных смол, имеющих ряд преимуществ: они быстро твердеют при нагревании; скорость их отверждения регулируема; обладают высокой прочностью склеивания и светлой окраской. В качестве отвердителей этих смол применяют хлористый или сернокислый аммоний в количестве 0,5—2% от массы смолы.

Фенолформальдегидные смолы при нагревании отверждаются без введения катализирующих добавок. По сравнению с мочевинофор-мальдегидными, этим смолам необходимы более высокая температура и выдержка при прессовании. Значительное содержание в этом полимере свободного фенола может вызывать у материалов резкий запах. Окраска темная.

Клееная древесина относится к наиболее эффективным строительным материалам. Она может быть слоистой или полученной из шпона (например, фанера, древесно-слоистые пластики), массивной из кусковых отходов лесопиления и деревообработки (панели, щиты, брусья, доски) и комбинированной (столярные плиты).

Клееные изделия из кусковых отходов древесины классифицируют по виду применяемого клея, характеру обработки поверхности и конструктивным особенностям. Прочность склеивания древесины зависит от пористости, соотношения ранней и поздней древесины в годовых слоях, ее влажности, химического состава, угла наклона волокон. Установлено, что прочность склеивания линейно связана с пористостью, она растет также по мере увеличения содержания целлюлозы.

Для склеивания по длине коротких досок й обрезков со стороны их склейки обрезают торцы, вырезают зубчатые шипы, затем торцы пропитывают клеем и стыкованные доски укладывают в пресс, где выдерживают до полного отверждения клея, что составляет 6—18 ч. Перед механической обработкой их выдерживают при нормальной температуре еще 6—12 ч. Кусковые отходы по толщине (ширине) склеивают в течение нескольких минут на полуавтоматических установках с прогревом клеевых соединений токами высокой частоты.

Преимуществами клееной древесины являются ее низкая средняя плотность, водостойкость, возможность получения из маломерного материала изделий сложной формы или крупных конструктивных элементов. В клееных конструкциях ослабляется влияние анизотропии древесины, они характеризуются повышенной гнилостойкостью и низкой возгораемостью, не подвержены усушке и короблению. Клееные деревянные конструкции по срокам и трудозатратам при возведении зданий, а также стойкости при воздействии агрессивной воздушной среды часто успешно конкурируют со стальными и железобетонными конструкциями. Их применение эффективно при возведении сельскохозяйственных и промышленных предприятий, выставочных и торговых павильонов, спортивных комплексов, зданий и сооружений сборно-разборного типа.

Клееные деревянные конструкции, как и железобетонные, можно выпускать предварительно напряженными, армируя их стальными стержнями. У армированных конструкций в виде сплошных или пустотелых балок несущая способность почти в 2 раза выше, чем у цельнодеревянных.

Номенклатура изделий из клееной древесины обширна. Так, из отрезков досок склеивают панели ( 5.4), имеющие предел прочности на скалывание вдоль волокон по клеевому шву не менее 6 МПа. Прочность на статический изгиб зубчато-шипового соединения составляет не менее 35% прочности бездефектной древесины. Такие панели применяют для устройства перегородок, обшивки домов, настилов полов.

Из кусковых отходов лесопиления изготавливают клееные щиты, применяемые в основном для настила полов. Для их производства применяют кусковые отходы длиной 375 мм и больше. Их раскраивают на бруски, которые сушат до влажности 10—12%, а затем склеивают при прессовании. Щиты строгают с двух сторон на рейсмусовом станке, обрезают по периметру до заданных размеров с одновременной выборкой на боковых кромках паза и гребня.

Из короткомерных и низкосортных пиломатериалов и отходов изготавливают плиты длиной 2500—5000 мм, шириной 1200 мм и толщиной 19 или 22 мм. Сырье раскраивают на заготовки длиной 2—2,5 м, которые обрезают по ширине, сортируют по длине и высушивают в сушильных камерах. Высушенные заготовки строгают, вырезают вскрывшиеся пороки древесины. Затем с помощью специальных шипорезных станков на них выбирают зубчатые шипы, на которые наносят клей. Заготовки собирают на сборочных станках и раскраивают по заданной длине. На одну из кромок заготовок наносят клей и набирают на цепном конвейере ковер плиты, который подается в высокочастотный пресс. Применение клееных плит позволяет на 20% снизить себестоимость полов по сравнению с дощатыми за счет снижения стоимости материалов и трудозатрат.

Прессованием отходов лесопиления (тонких реек и брусков) с последующей обвязкой их оцинкованной проволокой получают реечные плиты, применяемые в каркасных зданиях, для перекрытий и устройства временных производственных зданий.

Из кусковых отходов лесопиления изготавливают щитовой паркет, состоящий из нижнего щита (основания) и верхнего покрытия, наклееного на основание. Для изготовления щита используют древесину хвойных пород, для покрытия — твердолиственную.

При использовании клееных изделий в строительстве экономия деловой древесины составляет до 20%, а стоимость конструкций уменьшается в 3—4 раза по сравнению со стоимостью конструкций из цельной древесины.

Конструкции из клееной древесины позволяют уменьшить массу зданий в 2,5—3 раза, снизить трудозатраты на 25—30%, сократить сроки строительства в 1,5—2 раза и уменьшить стоимость на 7—10%.

Как разновидность клееной древесины можно рассматривать древесно-слоистые пластики (ДСП) — материал из листов шпона, измельченной деревины или опилок, пропитанных полимерами резольного типа и склеенных в процессе термической обработки под давлением.

Древесно-слоистые пластики используют как конструкционный материал, а также для облицовки внутренних помещений общественных и административных зданий, для которых проектом предусмотрена улучшенная или высококачественная отделка.

ДСП выпускают в виде листов и плит прямоугольной формы марок ДСП-А, ДСП-Б, ДСП-В, ДСП-Г. Буквы А, Б, В, Г указывают порядок укладки шпона в пластине:

ДСП-А — волокна древесины во всех слоях имеют параллельное направление или каждые четыре слоя с параллельными направлениями чередуются с одним слоем, имеющим направление волокон под углом 20—25° к смежным слоям;

ДСП-Б — каждые 5—20 слоев с параллельными направлениями волокон перпендикулярно направлению их в смежных слоях:

ДСП-В — направление волокон во всех смежных слоях взаимно перпендикулярно;

ДСП-Г — направление волокон смежных слоев последовательно смещено на 30—45°.

Древесно-слоистые пластики изготовляют двух типов: цельные, склеенные из цельных по длине листов шпона; составные, склеенные из нескольких листов шпона по длине, уложенные внахлестку или встык.

Шпон пропитывают в 28—30%-ном растворе смолы при температуре 15—25 °С или в 50—55%-ном растворе смолы, подогретой до температуры 60—65 °С.

Древесно-стружечные плиты. Древесно-стружечные плиты — это материал, полученный горячим прессованием измельченной древесины, смешанной со связующими веществами — синтетическими полимерами. Преимуществами этого материала являются однородность его физико-механических свойств, небольшие линейные изменения при переменной влажности, возможность высокой механизации и автоматизации производства.

Промышленность выпускает плоские и экструзионные плиты. В первых частицы расположены параллельно, во вторых — перпендикулярно к плоскости плиты, что достигается прессованием методом экструзии (выдавливания). При применении фенолформальдегидных и меламиноформальдегидных смол с добавками гидрофобных веществ получают плиты повышенной водостойкости, мочевино-формальде-гидных — средней водостойкости. Древесно-стружечные плиты разнообразны по конструкции (однослойные сплошные и с внутренними каналами, трехслойные и многослойные), плотности (легкие: р0 < 500, средние р0 = 500—650 и тяжелые р0 = 660—700 кг/м3), ввиду отделки (необлицованные>и облицованные бумагой, лущеным или строганым шпоном).

В зависимости от марки плиты толщина составляет 10—22 мм, длина - 2440—5500, а ширина 1220-2440 мм.

Основным видом сырья для изготовления древесно-стружечных плит служит неделовая древесина, к которой относятся отходы лесопиления и деревообработки, а также отходы лубяных растений — солома, тростник, костра.

Технологический процесс производства плит ( 5.5) состоит из следующих процессов: сортировки, окоривания, увлажнения, раскроя древесины на заготовки, переработки ее в специальные стружки, сушки и проклеивания стружек связующим, формования стружечного ковра, прессования и дополнительной обработки плит.

К специальной резаной стружке, получаемой на стружечных станках, возможно добавление стружки отхода деревообработки, а при изготовлении экструзионных плит — и опилок. Для устройства внутренних слоев без снижения качества плит может быть использована также одубина.

Расход связующего зависит от типа плит, назначения слоя и породы древесины. Применение лиственных пород увеличивает расход связующего на 10—20%. Для устройства наружного слоя 3-слойных плит расход полимера составляет 12—14, а внутреннего — 8—10%. У однослойных плит связующее по массе составляет 10—12, а у экст-рузионных — 5—8%. Специальные свойства плит регулируются введением добавок в стружечную массу: для повышения биостойкости вводят антисептики, огнестойкости — антипирены, водостойкости — гидрофобизаторы.

При производстве плит плоского прессования применяют два способа проклеивания стружки. При первом способе вначале из соответствующих компонентов готовят жидкий клей, который при помощи форсунок наносят на стружку. По второму способу компоненты клея наносят раздельно. Для экструзионных плит применяют лишь первый способ приготовления связующего.

Проклеивание стружки производится в специальных смесителях, из которых она ленточными конвейерами передается в формующую машину, где образуется стружечный ковер, подвергаемый холодной подпрессовке, а затем обработке в горячем прессе.

Для прессования плит применяют гидравлические многоэтажные прессы. Плиты пресса нагревают до температуры 150 °С и выше. В первый период прессования давление достигает максимальной величины — 3 МПа, а затем, после некоторой выдержки, оно снижается до 0,6-0,8 и 0,3-0,4 МПа.

Для обрезки кромок плиту направляют на форматный станок, а затем на штабелеукладчик. При экструзионном прессовании плита формуется в виде бесконечной полосы, которую разрезают на изделия определенных размеров.

Область применения древесно-стружечных плит весьма разнообразна. Как конструкционно-отделочный материал их применяют при устройстве полов, потолков, стен, перегородок, дверей, встроенной мебели и т. д.

На изготовление 1 м3 древесно-стружечных плит расходуется около 1,7 м3 древесных отходов.

Местные материалы на основе опилок и волокнистых отходов. Из побочных продуктов деревообработки и переработки сельскохозяйственных культур в виде костры льна, конопли, рисовой соломы, лузги и т. д. можно получить ряд материалов, используя в качестве связующего такие синтетические полимеры, как мочевино- и фенолформальдегид-ные смолы. В строительстве, особенно сельском, имеется положительный опыт производства таких материалов, как древесно-опилочные плиты, ортенкс, риплит и др.

Материалы из опилок с полимерными связующими предназначены для изготовления древесно-опилочных плит, армированных плит, щитовых дверей, оконных коробок.

Древесно-опилочные плиты изготавливают из смеси опилок, полимера, гидрофобизатора и антисептика. Они могут быть одно-и многослойными, сплошными и ячеистыми. Средняя плотность сплошных древесно-опилочных плит составляет 800 кг/м3, а ячеистых — 500, предел прочности достигает 20 МПа. Водопоглощение таких плит за 24 ч — около 10%, линейное разбухание по толщине — 12, длине и ширине — 0,5%. Толщина древесно-опилочных плит должна быть не меньше 19—24 мм.

Плиты применяют для полов и отделки. Отделочные древесно-опилочные плиты имеют с одной стороны ячеистую поверхность, с другой — гладкую.

При производстве плит для полов расход мочевино-формальдегид-ной смолы составляет для наружных слоев 18% массы сухих опилок, внутреннего слоя — 10. Расход смолы при изготовлении отделочных плит составляет около 8%.

Гидрофобизаторы (петролатум или парафин) вводят в количестве 1—3%, а антисептики 1 — 1,5% массы сухих опилок.

Плиты прессуют при температуре 40—45 °С и давлении 1—1,5 МПа в течение 10—25 мин. Для улучшения их внешнего вида и повышения долговечности производится отделка шпоном.

Затраты на изготовление конструкций из древесно-опилочных плит значительно ниже, чем из традиционных материалов.

К числу местных теплоизоляционных материалов относится кос-троэмулъбит, получаемый на основе заполнителя — костры льна и вяжущего — битумной эмульсии. Эмульгатором битумной эмульсии и одновременно огнезащитным компонентом служит технический лигносульфонат (ЛСТ). Костроэмульбит предназначен для теплоизоляции кровель по несгораемым основаниям, а также как средний слой стеновых панелей в зданиях сельскохозяйственного назначения.

Битумную эмульсию готовят в лопастных мешалках с частотой вращения вала до 90—110 об/мин, гомогенизаторах, акустических диспер-гаторах. В мешалку загружают раствор ЛСТ плотностью 1,25 г/м3 в количестве 6—12% общей массы битумной эмульсии. При работающем смесителе вводят расплавленный битум, а спустя 3—4 мин — подогретую до 60—90 °С воду, которая разбавляет смесь битума с эмульгатором до необходимой консистенции.

Костроэмульбит получают цикличным способом, когда смешивание костры льна с битумной эмульсией производится в стандартных бетоносмесителях принудительного перемешивания, или поточным — при использовании смесителей непрерывного действия.

Дополнительно, для увеличения теплостойкости, вводят перлитовый или керамзитовый песок из расчета 30 кг на 1 м3 утеплителя.

Расход материалов (кг): для приготовления 1 м3 костроэмульбита (средняя плотность 300 кг/м3) составляет: костра льна — 195; битум — 75; ЛСТ — 18 (в пересчете на сухое вещество); добавка (жидкое стекло) - 12.

Плиты формуют в инвентарных формах-рамках на решетчатых поддонах и уплотняют на прессах. Затем формы-рамки снимают и изделие направляют в камеру-сушилку или на склад готовой продукции для естественной сушки.

Нами разработана технология получения органоминерального вяжущего на основе фосфогипса и костры льна путем их совместного мокрого помола в измельчителях истирающего действия, например в шаровых мельницах, до получения однородной текучей массы (остаток на сите № 014 не более 3%).

В процессе совместного мокрого помола в кислой среде фосфогипса, создаваемой примесями серной и фосфорной кислот, происходит механическая и химическая деструкция костры льна, выражающаяся в процессах гидролиза, снижения степени полимеризации целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина, других высокомолекулярных веществ и частичном растворении этих веществ. При помоле параллельно процессам деструкции костры льна происходит активация вяжущих свойств фосфогипса, обусловленная разрушением пассивирующих пленок фосфатов и других примесей на агрегатах фосфогипса, обнажением новых активных поверхностей, связыванием кислот органическими веществами. При этом создаются условия для процесса перекристаллизации фосфодигидрата в формовочной массе и ее упрочения в процессе отвердевания.

Твердение органоминерального вяжущего идет путем сушки 4—8 ч при температуре 130—150 °С до достижения равновесной влажности изделий. При этом в жидкой фазе вяжущей системы происходят процессы полимеризации продуктов химической деструкции костры льна, являющихся полимерным органическим клеем, что наряду с контактно-кристаллизационным твердением активированного фос-фогипса способствует формированию искусственного камня.

Арболит на основе фосфогипса и костры льна можно эффективно использовать при изготовлении стеновых изделий для внутренних стен гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий, перегородок и других конструкционно-теплоизоляционных материалов, устройстве подготовок под полы и др.

Технология получения ортенкса включает смешивание органического заполнителя со связующим, которое вводят распылением, с последующей укладкой проклеенной массы в форму и прессованием при просасывании через изделие горячего воздуха. Весь процесс формования и тепловой обработки изделий продолжается 20—25 мин. Плотность плит из ортенкса составляет 175—300 кг/м3, прочность при изгибе — 0,5 МПа, теплопроводность — 0,21—0,24 Вт/(м • °С).

Тырсолит — листовой материал толщиной 1,5—8 мм. При его изготовлении синтетические полимеры вводят в количестве 4—8% массы сухих опилок. Отделывается полимерной пленкой или бумагой, пропитанной полимером. Технологический процесс производства включает сепарирование древесного сырья, его сушку, смешивание опилок с клеем, формование ковра, прессование, выдержку и обрезку материала по формату.

Паркелит — материал в виде плиток толщиной 18 мм и размерами 300x300, 333x333 и 400x400 мм. При изготовлении паркелита массу из древесных опилок и стружек смешивают со связующим и прессуют при давлении 8 МПа и температуре 140—160 °С. Отпрессованные плитки после выдержки шлифуют, обрабатывают, выбирая пазы, и облицовывают строганым шпоном. В основание паркелитовых плиток для предотвращения короблений закладывают армирующие рейки в направлении волокон древесины облицовочного слоя.

Себестоимость изготовления паркелита примерно вдвое ниже себестоимости паркетной доски.

Королитовые плиты получают при использовании как неорганических, так и органических вяжущих. В качестве заполнителей применяют измельченную кору деревьев хвойных и лиственных пород. Роль органического вяжущего могут выполнять не только термореактивные полимеры, но и концентраты лигносульфонатов. При применении органических вяжущих в массу дополнительно к добавкам гидрофо-бизаторов вводят антипирен в виде насыщенного водного раствора сульфата аммония.

Расход полимерного связующего составляет у королитовых плит около 12% их массы. Средняя плотность королита — 450—800 кг/м3, предел прочности на сжатие — 0,5—3,5 МПа. Недостаток этого материала — его высокое водопоглощение, достигающее через 24 ч, в зависимости от плотности, 70—115%. Основное назначение королита — это теплоизоляция ограждающих конструкций.

Риплит — теплоизоляционный материал на основе рисовой соломы и вспененного полимерного связующего. Он не горит, не подвергается воздействию плесени и микроорганизмов. Риплит получают четырех марок по плотности: 75, 100,150 и 200 с пределом прочности при сжатии 0,05—0,18 МПа, при изгибе 0,08—0,6 МПа, водопоглощением за 24 ч 13—20% (по объему) и теплопроводностью 0,14—0,19 Вт/(м • °С). Так же, как и пенопласты, риплит применяют в качестве заливочной массы для 3-слойных панелей. Плитный риплит можно применять как утеплитель под рулонную кровлю. Для изготовления риплита требуется в 1,5—2 раза меньше полимерного связующего, чем для получения пенопласта.

Наряду с термореактивными в композиции с древесным заполнителем и отходами переработки сельскохозяйственных культур можно применять и термопластичные полимеры.

Термопластичные композиции. Из порошкообразных или гранулированных термопластичных древесно-полимерных композиций методами непрерывного или периодического прессования можно изготавливать эффективные строительные изделия: плинтусы, наличники, раскладки, штапики, рейки со шпунтом и гребнем для покрытия полов, профилированные доски типа вагонки для обшивки стен малоэтажных строений, рейки для обшивки входных дверей, плитки и панели для облицовки стен, кровельные плитки и др. Строительные изделия из древесно-полимерных композиций могут успешно использоваться как в малоэтажном, так и в многоэтажном жилищном и гражданском строительстве.

К основным достоинствам строительных изделий из термопластичных древесно-полимерных композиций в сравнении с традиционными изделиями из древесины можно отнести следующие:

1.         Изделия имеют гладкие и плотные поверхности; в процессе прессования могут быть оформлены пазы, гребни и другие типы профилей.

2.         Плотная и однородная структура по всему поперечному сечению изделий.

3.         Не требуется дополнительная обработка поверхности изделий механизированным инструментом.

4. Отсутствуют дефекты и пороки, характерные для аналогичных строительных изделий, изготовленных из древесины (сучки, косослой, гнили и др.).

5.         Изделия обладают достаточно высокими физико-механическими и эксплуатационными качествами, не склонны к загниванию, имеют низкие показатели разбухания при действии воды и влаги, не требуют естественной или искусственной сушки, плохо горят (самозатухают при удалении источника горения), гигиеничны и экологически безопасны, могут иметь любую длину, хорошо гвоздятся, а также хорошо удерживают гвозди и шурупы, допускают обработку (сверление, пиление и др.) традиционным механизированным инструментом, используемым в деревообрабатывающей промышленности.

6.         Применение термопластичных полимеризационных синтетических смол в качестве связующих в древесно-полимерных композициях позволяет организовать практически безотходное производство изделий.

7.         При использовании формующих шаблонов и нагреве готовых изделий до определенной температуры они могут принимать любую геометрическую форму и сохранять ее при последующем охлаждении, что представляет интерес при решении некоторых архитектурно-строительных задач.