Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ИЗМЕЛЬЧЁННАЯ ДРЕВЕСИНА: ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ РЕСПУБЛИКИ КАРЕЛИЯ)

Титова С.А. 1 Кузьменков А.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет»
Рассмотрены причины актуальности древесных строительных материалов и целесообразности использования отходов в их производстве. Приведена классификация отходов деревоперерабатывающей и лесозаготовительной промышленности, а также указаны виды измельченной древесины. Отмечена целесообразность и перспективность изготовления и использования строительного продукта на основе измельчённой древесины. Приведён обзор конструктивных и теплоизоляционных строительных материалов из измельчённой древесины, разработанных в 20 веке, производство которых в разное время по разным причинам было прекращено. Указаны их основные недостатки, а также пути преодоления этих недостатков на примере разработок материалов из измельчённой древесины, появившихся в настоящее время, улучшение характеристик которых произошло за счёт введения добавок. Отмечены перспективы развития этих материалов в современных условиях. С учётом изложенных доводов сформулировано направление дальнейших исследований.
измельчённая древесина
материалы из отходов
строительные материалы
1. Борисов А.Ю. Архитектурно-ландшафтная организация традиционных поселений Карелии (по картам генерального межевания XVIII века) // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. – 2012. – Т.1. – № 8. – С. 68–71.
2. Влияние добавки нанопорошка шунгита в клеевой раствор для изготовления трёхслойных древесно-стружечных плит на их физико-механические свойства / А.В. Питухин, Н.Г. Панов, Г.Н. Колесников, С.Б. Васильев // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 4. – С. 147–147.
3. ГОСТ 19222–84. Арболит и изделия из него. Общие технические условия. – М., 1984. – 21 с.
4. ГОСТ 23246–78. Древесина измельчённая. Термины и определения. – М., 1978. – 4 с.
5. ГОСТ 17462–84. Продукция лесозаготовительной промышленности. Термины и определения. – М., 2000. – 10 с.
6. ГОСТ 8928-81. Плиты фибролитовые на портландцементе. Технические условия. – М., 1981. – 7 с.
7. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности: учеб.-справ. пособие. – Ростов-на/Д.: Феникс, 2007. – 368 с.
8. Исследование рациональных составов композита из древесной щепы на основе силикатного и цементного связующего для стеновых панелей быстровозводимых малоэтажных зданий / Е.В. Баранов, О.М. Незнамова, Е.М. Чернышов, А.П. Пустовгар // Вестник МГСУ. – 2012. – № 11. – С. 131–139.
9. Колесников Н.Г. Разработка методики оценки социально-экономической эффективности использования местных ресурсов в регионе: дис. ... канд. эконом. н. – Петрозаводск, 2001. – 155 с.
10. Коротаев Э.И., Симонов В.И. Производство строительных материалов из древесных отходов // Лесная промышленность. – 1972. – 144 с.
11. Кузьменков А.А., Емельянова Е.Г. Тенденции развития жилищного строительства в Республике Карелия // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8–1.– С. 154–158.
12. Лесные ресурсы [Электронный ресурс] // Карелия официальная: официальный портал органов государственной власти республики Карелия. – URL: http://gov.karelia.ru/gov/Info/2011/eco_resource11a.html (дата обращения: 15.10.2013).
13. Модель разрушения древесно-стружечных плит при растяжении перпендикулярно пласти / А.В. Питухин, С.Б. Васильев, Г.Н. Колесников, Н.Г. Панов, В.С. Копарев // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. – 2013. – № 6. – С. 68–72.
14. Патент RU 71350. Технологическая установка по производству щепо-цементных плит «Велокс» // Опубликовано 10.03.2008. http://www.fips.ru/ (дата обращения: 15.10.2013).
15. Республика Карелия (краткая информация) [Электронный ресурс] // Карелия официальная: официальный портал органов государственной власти республики Карелия. – URL: http://gov.karelia.ru/gov/Different/karelia3.html (дата обращения: 24.06.2013)
16. Цывин М.М. Использование древесной коры // Лесная промышленность. – 1973. – 96 c.

Площадь Карелии составляет около 180 000 кв. км [15], более половины её покрыто лесами [12]. Когда-то дерево было основным строительным материалом в регионе, ни естественный, ни искусственный камень не использовался так массово и с таким мастерством. Однако и сейчас активно древесина используется, особенно это касается малоэтажного домостроения [11], внутренней отделки любых помещений, изготовления мебели и пр. Причин тому много, они могут быть классифицированы следующим образом:

1) экономические причины: территориальная доступность, финансовая доступность;

2) технологические причины: хорошая совместимость с соединениями на гвоздях и самонарезающих винтах, простота обработки (при помощи простейших инструментов);

3) конструктивные причины: небольшой вес (возможность монтажа без использования спецтехники и снижение нагрузки на фундаменты), достаточная прочность, долговечность (при должном уходе за конструкцией), хорошие теплотехнические характеристики (по сравнению с каменными материалами);

4) экологические причины: отсутствие вредного влияния на здоровье человека;

5) гуманитарные причины: эстетичность, национальное самоопределение (следование традициям предков даёт ощущение причастности к истории своего народа) [1].

Однако имеются и недостатки: это наличие пороков древесины, горючесть, склонность к биоповреждениям, подверженность воздействию насекомых и грызунов. Впрочем, на современном уровне с большинством из них довольно эффективно справляются при помощи различных пропиток и добавок: это широкая палитра биостатических и биоцидных добавок, антипирренов, а то и комплексных средств, безопасных при этом для человека.

В современных условиях с учетом требований рационального природопользования необходимо стремиться к безотходному производству материалов из древесного сырья, тем более что образуется значительное количество отходов [10] (рисунок).

pic_38.wmf

Классификация отходов [10]

Практически все отходы древесины могут быть использованы в изготовлении строительных материалов. В частности, это касается изделий из измельчённой древесины.

Согласно нормативным документам [4, 5], измельчённая древесина – это древесные частицы различной формы и величины, получаемые в результате механической обработки. Поскольку ни размер частиц, ни конфигурация, ни способ производства принципиально не ограничены, можно выделить несколько основных видов: древесная щепа, древесная дроблёнка, древесная стружка, древесные опилки, древесная шерсть, древесная мука, древесная пыль.

Материалы из измельчённой древесины обладают всеми качествами дерева, сохраняя и недостатки. Однако структура цельной древесины неизменна, а древесные частицы могут быть выполнены любого размера и формы, ориентированы как угодно, смешаны с любым вяжущим, клеем и добавками, необходимыми для получения требуемых свойств материала.

В современном обществе увеличивается значение ресурсо- и энергосбережения, вопросы экологии занимают лидирующие позиции, но и прежние конструктивные требования к прочности, устойчивости остаются. Назрела необходимость в линейке новых материалов, обладающих универсальными свойствами: и прочность, и теплозащита, и экологичность. И в последнее время появляются такие материалы из измельчённой древесины. Например, в статьях [2, 13] приведены новые результаты исследования физико-механических свойств трёхслойных древесностружечных плит толщиной 15,6 мм, изготовленных с использованием карбамидоформальдегидной смолы, в которую был добавлен нанопорошок шунгита в количестве 10 % от массы абсолютно сухой смолы. Установлено, что указанная добавка повышает предел прочности при изгибе трёхслойных плит на 20,1 %. Разбухание в воде по толщине уменьшилось на 14,2 %. Водопоглощение образцов, изготовленных с использованием добавки нанопорошка шунгита, на 10,6 % меньше. Этим примером не ограничивается множество новых технологий применения измельченной древесины. Другие технические и технологические решения в данной области рассмотрены в работах [1, 8]. Применительно к условиям Республики Карелия актуальными являются задачи, связанные с обоснованием социально-экономической эффективности использования местных ресурсов в регионе [9]. Актуальны также проблемы совершенствования архитектурных, конструктивных, технологических и организационных решений малоэтажного домостроения с учетом экономической целесообразности реализации этих решений [7, 10, 11].

Поиски приемлемых решений перечисленных проблем и задач предполагают более детальное изучение свойств конструкционных и теплоизоляционных материалов, получаемых с использованием измельченной древесины. В дополнение к представленным выше [2, 14], рассмотрим некоторые из этих материалов.

Конструкционные (камнеподобные) материалы

Они используются для устройства внутренних и наружных стен, как в качестве несъёмной опалубки (т.к. обладают достаточной прочностью), так и в качестве заполнителя каркаса, (поскольку имеют невысокую теплопроводность). Также могут быть использованы в виде стеновых блоков, т.к. сочетают в себе два вышеперечисленных качества, кроме того, эти стены «дышат», обеспечивая вентиляцию помещений.

Их структура проста и имеет сходство со структурой бетона: заполнитель (мелкий и/или крупный) и вяжущее. В качестве заполнителя применяются различные виды измельчённой древесины (или иных отходов лесозаготовок): щепа, дроблёнка, опилки, стружки, древесная шерсть, сучки, кора и т.п. Вяжущее – цемент, гипс, каустический магнезит, известь и т.д. Может быть применён минеральный заполнитель (песок, щебень, гравий) и добавки.

Например, арболит [3, 10] – материал на основе портландцемента и древесной дроблёнки среднего размера (длина до 20 мм, толщина до 5 мм), тогда как для производства фибролита [6], материала на том же вяжущем, применяют измельчённую древесину более мелких фракций – древесную шерсть, длина её волокон может достигать 400–500 мм, а толщина 0,3–0,5 мм (таблица).

Конструкционные материалы из измельчённой древесины [3, 6, 7, 10, 16]

Наименование материала

Прочность при сжатии, кгс/см2

Теплопроводность, Вт/(м∙С°)

Арболит

5–50

0,08–0,17

Фибролит

Нет данных

0,07–0,15

Опилкобетон

10–25

0,18–0,31

Деревобетон

10–30

0,112–0,172

Королит

5–35

0,086–0,121

Опилкобетон и деревобетон [10], помимо органического заполнителя (опилок), имеют в своём составе песок (для опилкобетона), мелкозернистый гравий с песком (для деревобетона). В качестве вяжущего используют портландцемент, известь (см. таблицу).

Известен также королит [10, 16], в котором частицы измельченной коры связаны при помощи гипса или цемента (см. таблицу).

Основным недостатком конструкционных материалов из измельчённой древесины является слабое противостояние агрессивным средам. Безусловно, соперничать по прочности с бетоном и с минеральными ватами по теплозащитным параметрам они не смогут, но по совокупности свойств составят конкуренцию, особенно для малоэтажного домостроения.

Например, арболит [7, 10] был стандартизирован в СССР в 60-е годы двадцатого века, аналогичный материал VELOX Австрии был запатентован в середине двадцатого века, а DURISOL уже применялся в Голландии с 30-х годов того же века.

Теплоизоляционные материалы

Некоторые материалы из предыдущей группы также могут быть рассмотрены и как утеплители (в особо легком исполнении, конечно), например фибролит или королит, в этом и есть их универсальность, но есть и те, что выполняют исключительно специальную функцию, звуко- или теплоизоляционную. Это, например, термиз [10] –увлажнённые опилки, перемешанные с гашёной известью, цементом и суглинком; стеклодревесные панели [10] – уплотнённая вибрированием или холодным прессованием щепа в сочетании с жидким стеклом; изоляционные плиты из коры [10, 16] и др. Теплопроводность материалов из измельченной древесины [10,16] характеризуется следующими значениями: стеклодревесные панели: 0,074–0,140 Вт/(м∙С°), термиз: 0,13; изоляционные плиты из коры: 0,052.

Новые технологии [2, 8, 14,] создают предпосылки для технически возможных и экономически целесообразных решений многоплановой проблемы строительства быстровозводимых малоэтажных домов с применением материалов на основе древесины.

Работа выполнена в рамках реализации комплекса мероприятий Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012-2016 гг.

Рецензенты:

Петров А.Н., д.т.н., профессор, зав. кафедрой архитектуры, Петрозаводский государственный университет, советник РААСН, г. Петрозаводск;

Колесников Г.Н., д.т.н., профессор, зам. директора по НИР Института рационального природопользования на Европейском севере ПетрГУ, г. Петрозаводск.

Работа поступила в редакцию 30.10.2013.


Библиографическая ссылка

Титова С.А., Кузьменков А.А. ИЗМЕЛЬЧЁННАЯ ДРЕВЕСИНА: ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ РЕСПУБЛИКИ КАРЕЛИЯ) // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-10. – С. 2174-2177;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32730 (дата обращения: 24.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074