Спосіб виготовлення арболіту

1. Спосіб виготовлення арболіту, що включає перемішування мінеральних в'яжучих з органічними заповнювачами та водою з наступним твердінням суміші, який відрізняється тим, що органічний заповнювач попередньо модифікують водним розчином залізного купоросу концентрацією 20150 г/дм 3 в перерахунку на безводну сіль шляхом вимочування до наскрізного просочування часток заповнювача з наступним промиванням та просушуванням. 2. Спосіб виготовлення арболіту за п. 1, який відрізняє ться тим, що як органічний заповнювач використовують деревинні відходи лісозаготівлі та деревообробки. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що твердіння готової суміші здійснюють в нормальних умовах. Винахід стосується виробництва арболіту (бетону на основі мінерального в'яжучого та органічних заповнювачів - здрібненої деревини від відходів лісозаготівлі, деревообробки хвойних та листяних порід, костриці конопель та льону, здрібненої соломи, тощо). Винахід може бути використано для виготовлення будівельних матеріалів та виробів, що застосовуються в будівництві споруд різного призначення. З огляду на склад, незначну енергоємність виробництва та екологічну чистоту, такий легкий бетон може використовуватись як енерго-, ресурсозберігаючий будівельний матеріал, особливо з урахуванням такого важливого чинника, як наявність поновлюваного джерела органічної сировини, і може становити собою конкурентний товар на ринку буді вельних матеріалів. Відомий спосіб виготовлення деревинноцементного матеріалу, що включає попередню обробку органічного заповнювача водним розчином одного чи декількох неорганічних речовин хлориду кальцію, сульфату кальцію або хлориду натрію з подальшим витримуванням обробленого заповнювача на повітрі протягом 24-48 годин, змішуванням з цементом та водою, формуванням та термообробкою [див. а.с. СРСР №1756303А1, бюл.№31 від 23.08.92p.]. До вад цього способу можна віднести наступне: 1. Вищезазначені речовини, що застосовуються як модифікуючі, є слабкими біоцидами і, як наслідок, не здатні забезпечити хімічний захист органічного заповнювача від подальшого біологічного руйнування та надати біостійкості виробам з арболіту на тривалий термін. 2. Витримування деревини в атмосферних умовах після її обробки у розчині модифікатора позитивно впливає на процес гідролізу розчинних екстрактивних речовин деревини та сприяє виведенню продуктів гідролізу під час витримування. Проте за відсутністю операції промивання залишків розчину модифікатора на поверхні заповнювача перед витримуванням та гідроізоляції його часток неможливо запобігти висолюванню (19) UA (11) 84086 (13) (21) a200700806 (22) 26.01.2007 (24) 10.09.2008 (46) 10.09.2008, Бюл.№ 17, 2008 р. (72) РУДЕНКО ВАСИЛЬ ВАСИЛЬОВИЧ, UA, ЛИТОВЧЕНКО ВОЛОДИМИР ОЛЕКСІЙОВИЧ, U A (73) ЛИТОВЧЕНКО ВОЛОДИМИР ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA (56) UA 34487, C2, 15.03.2001 UA 59332, C2, 15.09.2003 SU 250718, 12.08.1969 SU 697485, 15.11.1979 SU 1756303, A1, 23.08.1992 RU 2153478, C1, 27.07.2000 SU 606847, 15.05.1978 SU 1527210, A1, 07.12.1989 C2 1 3 84086 4 водорозчинних хлоридів на поверхні виробів внав цементне тісто під час тужавлення цементного слідок капілярних підсосів вологи в бетон під час каменю. В умовах експлуатації внаслідок капілярйого експлуатації. них підсосів вологи та конденсаційного зволоженВідомий спосіб виготовлення арболіту, який за ня це призводить до значних висолювань в об'ємі технічною сутністю та кількістю загальних ознак та на поверхні виробів з арболіту у вигляді хлорищодо складу сировинної суміші та модифікуючої дів та сульфатів натрію та калію. Як наслідок, такі речовини є найбільш близьким до способу, що вироби, якщо вони попередньо не гідроізольовані, заявляється та обраний як прототип. Сировинна характеризуються низьким рівнем екологічної та суміш за цим способом включає компоненти в нагігієнічної чистоти. ступних співвідношеннях (мас. ч.): Таким чином, застосування модифікуючих допортландцемент 300-360; бавок при виготовленні арболіту за даним спосодеревинний заповнювач 200-220; бом з урахуванням вищезазначених негативних вода 300-400; чинників призводить лише до часткового вирішенмодифікуючі добавки: окисне сірчаня поставленої задачі та не забезпечує повного досягнення мети винаходу. нокисле залізо (III) Fe 2(SO4) 3×9Н2О 4,0-15,0, Не менш важливим є те, що окисне сірчанокивапно 3-12, хлористий кальцій 4,0-12,0. сле залізо (III) Fe2(SO4) 3×9Н2О не володіє широким Арболіт з зазначеної сировинної суміші вигоспектром біозахисних властивостей та не забезпетовляють наступним чином. Приготовляють водчує достатньо високу біостійкість виробів із такої ний розчин окисного сірчанокислого заліза бетонної суміші. Крім того, за умови наскрізного просочування Fe2(SO4) 3×9Н2О густиною 1,1 г/см 3 та підігрівають деревинних часток заповнювача завдяки утворенйого до температури 95-98°С. Одержаний розчин ню в них мінеральних плівок гіпсу та гідроксиду та деревинний заповнювач перемішують протягом заліза (III) - продуктів взаємодії сульфату заліза 5 хвилин, після чого добавляють вапняне молоко, (III) та гідроксиду кальцію - вироби з арболіту морозчин СаСІ2, цемент та залишкову воду [ди в. а.с. жуть набувати в значній мірі вогнезахисних власСРСР №697485, бюл. №42 від 15.11.1979p.]. тивостей та вогнестійкості. Але, зважаючи на умоЯк зазначено в обґрунтуванні способу, викови проведення обробки заповнювача та неглибоке ристання в суміші для одержання арболіту окиснопросочування його часток , вироби з арболіту за го сірчанокислого заліза Fe2(SO4)3×9Н2О у вигляді даним способом вогнестійкості істотним чином не водного розчину сприяє окисленню та руйнуванню набувають. екстрактивних речовин деревини та утворює плівТаким чином, зазначений спосіб не забезпечує ку на поверхні деревинних часток, яка перешкоотримання арболіту з високим рівнем екологічної джає виділенню в цементне тісто екстрактивних чистоти та з стабільними показниками біо- та вогречовин. Таким чином, основна мета використання нестійкості в умовах експлуатації, що значно звусірчанокислого заліза (IIІ), яка пов'язана з його жує сфер у застосування такого матеріалу. основною дією як модифікуючої добавки в даному Крім того, спосіб передбачає нагрівання розспособі, полягає лише в запобіганні процесу, що чину модифікатора до досить високих температур, уповільнює тужавлення цементного каменю під що ускладнює технологію виготовлення арболіту впливом цукристих речовин деревини. Це в певній та робить її енергоємною. мірі повинно сприяти сумісності деревинного запоВ основу винаходу, що пропонується, поставвнювача з цементним в'яжучим. лена задача усунення вказаних вад шля хом комПроте, незважаючи на сприятливий механізм плексного захисту органічного заповнювача хімічдії сульфату заліза (III) на заповнювач з метою ним засобом комбінованої біо-, вогнезахисної дії, з запобігання шкідливого впливу цукристих речовин достатньою хімічною активністю для позбавлення деревини та очікуваний позитивний ефект модифішкідливого впливу розчинних екстрактивних речокації арболіту, спосіб, що розглядається, має істовин заповнювача на тужавлення цементу та, як тні вади як з погляду обраних модифікуючих спонаслідок, надання підвищеної сумісності органічлук, так і з погляду їх застосування. До однієї з них ного заповнювача з цементним в'яжучим , а вировідносяться режим обробки зазначеними добавбам з арболіту -стабільних показників біо-, вогнеками та спосіб їх введення в бетонну суміш. Дійсстійкості, міцності та екологічної чистоти. но, надто мала тривалість операції (стадії) обробДодаткова задача, що вирішується, - можлики заповнювача розчином сульфату заліза є явно вість переробки та модифікації органічного заповнедостатньою не тільки для повного протікання нювача в місцях його скупчення (на полях, токах, окислювально-відновлювальних процесів за учасмісцях лісозаготівлі, тощо) та доставка до місць тю суль фату заліза, але й для забезпечення основиготовлення виробів з арболіту. вної та необхідної умови наскрізного просочування Поставлена задача в способі виготовлення часток заповнювача розчином. Як показують доарболіту, що включає перемішування органічного сліди та практика, достатній час повного зволозаповнювача з мінеральним в'яжучим та водою з ження деревинних часток відповідних розмірів наступним твердінням суміші, вирішена шляхом розчинами з великою проникною здатністю станотого, що органічний заповнювач попередньо мовить не менше ніж 15 хвилин. Наступна операція дифікують водним розчином залізного купоросу виготовлення арболіту з одночасним введенням концентрацією 20-150 г/дм 3 в перерахунку на безінших добавок, цементу та води за відсутністю водну сіль за способом вимочування не менш ніж проміжного витримування обробленого заповню20 хвилин з наступним промиванням та просушувача з метою фіксації модифікатора та продуктів ванням заповнювача. гідролізу цукристих речовин сприяє їх вимиванню 5 84086 6 Комплексний захист органічного заповнювача чених вище характеристик, режим вимочування за способом, що пропонується, здійснюється наповинен відповідати наступним показникам: скрізним просочуванням часток заповнювача за - концентрація розчину залізного купоросу методом вимочування в зазначеному розчині. (FeSО4×7H2O), що залежить від виду органічного Семиводний сульфат заліза (II), як ефективзаповнювача повинна знаходитись в межах 20-150 ний біоцид, має широкий спектр біозахисних власг/дм 3 в перерахунку на безводну сіль; тивостей (фунгістатичних, фунгіцидних, бактери- час обробки заповнювача розчином залежить цидних). Наскрізне просочування заповнювача, від розмірів часток заповнювача та їх придатності тривалість витримування якого у розчині захисного до просочування і не може бути менше ніж 20 хвизасобу визначається розміром часток, їх просочулин та збільшується в залежності від розмірів часваністю, забезпечує надійний захист заповнювача тик наповнювача. рослинного походження від біологічного руйнуванСлід зазначити деякі особливості розповсюня. дження, доступності та економічної доцільності Крім того, маючи властивості антипірену, сувикористання залізного купоросу як захисного зальфат заліза (II), з'єднуючись з елементами струксобу для речовин органічного походження. Семитури заповнювача по всьому перерізу часток заповодний (гептагідрат) сульфат закисного заліза (II) внювача при наскрізному просочуванні, значно FeSО4×7H2O в природі утворюється в результаті підвищує вогнестійкість органічного заповнювача окислення сульфідів заліза, зокрема піриту, і зута створює умови для комплексного захисту запострічається у вигляді домішкового мінералу під внювача та арболіту в цілому від дво х несприятназвою мелантеріта. ливих впливів - біологічного руйнування та руйнуОсновним та важливим джерелом надходженвання від високих температур. ня залізного купоросу (ГОСТ 6981-94) є хімічна Хімічно активний катіон заліза (II) в процесі промисловість, де він утворюється в значній кільокислювально-відновлювальних реакцій з елеменкості у вигляді відходів виробництва пігментного тами структури органічних заповнювачів, окислюдіоксиду титану сірчанокислотним методом. Інючись до Fe3+, приєднується до цих елементів шим, не менш важливим джерелом утворення (наприклад, до целюлози, лігніну та цукрів), утвотехногенного залізного купоросу, є процес траврюючи з ними солеві комплекси та попереджуючи лення залізних напівфабрикатів сірчаною кислоїх вимивання. Таким чином, відбувається фіксація тою для очищення їх від окалини. До існуючих насолей заліза по всьому перерізу часток заповнюпрямків утилізації залізного купоросу можна вача, тобто перехід в деревині водорозчинних завіднести використання його у виробництві залізнохисних засобів в нерозчинний стан. окисних пігментів та сірчаної кислоти. З погляду ж В розбавлених розчинах сульфат заліза гідробезпосереднього відношення до винаходу більш лізується з утворенням сірчаної кислоти, яка в важливе значення має застосування цієї сполуки в процесі вимочування та висушування заповнювасільському господарстві як антисептичного засобу ча частково етерифікує фенольні молекули лигнизахисту рослин від хвороб з широкою біоцидною ну, вуглеводні молекули целюлози та цукрів. Сладією та для дезинфекції органічних відходів в кобкокисле середовище, що утворюється в мунальному господарстві. Отже застосування зарезультаті гідролізу солі заліза (pH 3,5 - 4,5), стволізного купоросу за способом, що пропонується у рює сприятливі умови для часткового розкладання винаході, поряд із вищезазначеними напрямками гемицелюлоз до простих цукрів, частина яких виутилізації сприяє вирішенню питання комплексного даляється із заповнювача під час промивання та використання промислових надходжень цієї сполуподальшого висушування, а інша частина перехоки та нагальної проблеми знешкодження місцевих дить в нерозчинні солеві комплекси. хімічних забруднень. Промивання заповнювача водою після вимоПроцес виготовлення арболітового бетону та чування здійснюють з метою уникнення висолювиробів із нього за способом, що пропонується, вання солей заліза на поверхні часток заповнювавключає три основні стадії: ча під час випаровування води в процесі 1. Наскрізне просочування заповнювача (нависушування на повітрі. приклад здрібненої деревини) певного грануломеАтмосферне висушування заповнювача до потричного складу розчином залізного купоросу за вітряно-сухого стану проводять як з метою продоспособом вимочування в спеціальній ванні при вження процесів взаємодії сульфату заліза з лігнормальній температурі та наступна промивка новуглеводним комплексом заповнювача, тобто заповнювача. фіксації модифікатора, так і для створення вільної 2. Витримування обробленого заповнювача в ємностічасток заповнювача в результаті втрати атмосферних умовах до повітряно-сухого стану значної частки води та досягнення рівноважної - не менше ніж 24 години. вологості (10-14%) заповнювача. Це значно нижче 3. Дозування та змішування компонентів беточки насичення кліткових оболонок (межі гігротонної суміші: портландцементу, обробленого дескопічності), наприклад, для деревини ця вологість ревинного заповнювача і води до однорідної маси становить біля 30%. у співвідношенні, вказаному в прикладах виконанВ процесі перевірки практичних результатів ня винаходу та формування зразків для випробуобробки органічного заповнювача розчином залізвання розмірами 150x150x150 мм. ного купоросу під час проведення дослідів винахіОдночасно виготовляють контрольні зразки дниками було встановлено, що для досягнення арболіту із заповнювачем, що не зазнав поперетехнічного результату, з істотним проявом зазнадньої обробки розчином купоросу, та зразки бетону за способом прототипу. 7 84086 8 Характеристика заповнювачів у вигляді здрібних концентраціях та тривалості вимочування понених деревинних відходів, що були використані казали, що збільшення маси заповнювача після для виготовлення бетонних сумішей в прикладах повного циклу просочування в повітряно-сухому реалізації винаходу, представлена в таблиці 1. стані становило від 4 до 5% і не переважало 5,5% Режими обробки деревинного заповнювача при максимальних концентраціях розчину та трирозчином залізного купоросу та склади бетонних валості просочування. Це говорить про те, що чассумішей, що були застосовані в прикладах 1-7 тки заповнювача досягали кожного разу насиченореалізації заявленого способу, наведені в таблиці го стану, а кількість осадженої солі була 2. максимальною. За даними таблиці 3 можна зробиВ прикладах 8, 9 вказані склади бетонних сути висновок, що задача, яка була закладена в осмішей, що виготовляли за прототипом. нову винаходу, досягнута, а саме: всі зразки з обВсі зразки арболіту, включаючи контрольні, піробленим заповнювачем за способом, що сля затвердіння в віці 28 діб випробовувались на пропонується, в порівнянні з контрольними та за міцність відповідно до ГОСТ 10180-90, а також прототипом набули високої біостійкості (0 балів), додатково на біостійкість (грибкостійкість) відповітобто матеріал бетону має сильний фунгістатичдно до ГОСТ 9.049-9 (метод 3) та вогнестійкість за ний ефект. Арболіт набув також високої вогнестійметодом випробовування на займистість згідно з кості, тобто всі зразки за винаходом відносяться ДСТУ Б В. 1.1-2-97 для класифікації їх за групами до важко займистих (гр упа В 1). Спостерігається займистості. також стійкість показників міцності всіх зразків та Технічні показники випробувань зразків арбодотримується відповідність між марками арболітоліту наведені в таблиці 3. Досліди по просочуванвого бетону за середньою густиною і за міцністю ню заповнювача (наприклад здрібненої деревини на стиск. різних порід) розчином залізного купоросу при різТаблиця 1 1. Хвойні породи 2. Суміш хвойних (2/3 ч.) та листяних (1/3 ч.) порід 20...30 10...20 5...10 2,5...5 Насипна густина, кг/м 3 5 30 45 20 180 70,8 5 Деревин-ний склад 40 35 20 175 72,0 Гранулометричний склад, мас. % фракції (мм) Пористість, % від об'єму Таблиця 2 Приклади 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Концентрація розчину просочування, г/дм 3 б/в солі 40 80 40 80 80 100 120 Fe2(SO4) 3×9H2O Вапно - 6кг/12кг Са(Сl)2 - 6кг/12кг 12кг/4,5кг Тривалість вимочування, хв. 30 25 30 25 25 20 20 15кг/4,5кг Кількісний вміст компонентів, кг/м 3 бетонної суміші Заповнювач Цемент Вода (№ за табл.1) М400 220 (1) 330 290 225 (1) 350 310 240 (2) 380 345 240 (2) 240 380 360 350 400 220 300 300 9 84086 10 Таблиця 3 Зразки Середня густина, кг/м 3 Межа міцності при стиску, МПа 1 625 3.1 Біостійкість (грибостійкість), ПГххз, бали 0 2 627 3,2 0 Контрольний (1-2) 3 620 3,1 1 640 3,3 0 4 640 3,4 0 Контрольний (3-4) 5 640 3,3 1 680 3,45 0 6 680 3,6 0 Контрольний (5-6) 7 675 3,5 2 685 3,7 0 Контрольний (7) 8 680 3,6 2 690 3,9 1 9 630 2,0 1 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело Підписне Вогнестійкість, група займистості (кВт/м 2) В1 (>35) В1 (>35) В2 (20-35) В1 (>35) В1 (>35) В3 (35) В1 (>35) В2 (20-35) В1 (>35) В2 (20-35) В1 (>35) В1 (>35) Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601