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).
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.