Лесные материалы

Лесные материалы занимают видное место среди строительных материалов, а в жилищном строительстве сельских местностей нередко занимают ведущее место.

Наша страна имеет наибольшее количество лесных массивов среди других стран мира (около 35% общей площади лесов земного шара). Леса России характеризуются большим разнообразием пород. Хвойные породы произрастают в основном на севере страны, лиственные — на юге, поэтому строительный лес приходится транспортировать на большие расстояния, что несколько удорожает деревянные конструкции.

Лесные материалы обладают ценными для строительства качествами: малым объемным весом, высокой прочностью, малой теплопроводностью, легкостью в технологической обработке. Но они имеют и существенные недостатки, которые приходится учитывать при использовании леса как строительного материала. К главным недостаткам относятся: загниваемость, возгораемость, неоднородность строения и гигроскопичность. Повышение долговечности лесных материалов достигается комплексом мероприятий по защите от загнивания (антисептированием) и возгорания (обработкой антипиренами), снижению гигроскопичности (гидрофобизацией) и неоднородности структуры (прессованием с предварительной деструкцией).

Хотя наша страна богата лесными массивами, но запасы леса не исчерпывают потребности всех отраслей народного хозяйства. Поэтому в строительстве дерево заменяется другими материалами - железобетоном, изделиями из пластических масс и полимеров, строительной керамикой и т.д. Однако некоторые элементы - обрамление окон и дверей, плинтуса, встроенная мебель, наличники, галтели, а также полы — продолжают оставаться деревянными и их не всегда можно заменить другими материалами.

За последние годы лесная промышленность получила много новой современной техники. На ряде основных работ процент механизации сравнительно высокий. Однако далеко не все операции предприятий лесной промышленности механизированы, а использование древесины не всегда рациональное.

До последнего времени рационально используется только около 55—70% древесины, получаемой с лесосеки. Химическая переработка ее на целлюлозу, бумагу, картон и плиты не превышает 9 — 10% от общего объема заготовки леса. Однако при правильной организации работ на заводах лесоперерабатывающей промышленности и в результате ряда новых исследований в области применения отходов древесины количество деловой древесины можно значительно увеличить. Известны примеры повышения использования древесины, вывозимой с лесосеки, до 75 — 80%. Технический прогресс в этом направлении коснулся главным образом механизированного производства столярных плит, клееных конструкций из отходов любых размеров, древесноволокнистых и древесно-стружечных плит, древесной шерсти для изготовления фибролита и др. Переработка древесины находится на высоком уровне.

За последние 15 лет большое внимание уделяется стандартному домостроению. Специализированные домостроительные фирмы выпускают двух-, трехэтажные дома, покрытые металлочерепицей, с приборами для местного центрального отопления, кухонной плитой и ванной. Такие дома собираются на месте из готовых деревянных деталей, выпускаемых фирмами. Детали предварительно антисептируются, что повышает их долговечность. Вместе с деталями домов может выпускаться встроенная и переносная мебель.

Изучение этого раздела курса целесообразно начинать с вопроса микро- и макростроения древесины и пороков, снижающих ее сортность. Далее следует изучить свойства и зависимости, устанавливающие связь показателей свойств со структурными данными и влажностью материала.

Приведение показателей прочности к стандартной влажности 15%, но и температуре 20оС производится по специальной формуле и готовым таблицам.

Раздел завершается изучением сортамента лесных материалов и изделий, а также мероприятий по увеличению срока службы дерева в сооружениях.

Литература:

Вопросы для самопроверки

1. Какие древесные породы широко применяются в строительстве?

2. Положительные и отрицательные качества древесины как строительного материала.

3. Каково строение древесины (микроструктура)?

4. Чем отличается ядровая древесина от заболонной?

5. Чему равен объемный вес древесины.(сосны)?

6. Что такое гигроскопичность?

7. В каком виде находится влага в древесине?

8. Что называется точкой насыщения волокон и в каких пределах она колеблется для различных пород древесины?

9. Как влияет содержание влаги на другие свойства древесины?

10. Какие лесоматериалы называются воздушно-сухими?

11. Как изменяется объем древесины в зависимости от содержания влаги?

12. От чего зависит теплопроводность древесины?

13. При каком направлении усилий древесина имеет наибольшие показатели прочности?

14. В каких конструкциях и деталях наиболее целесообразно ис. пользовать древесину?

15. Пороки древесины (по группам).

16. Виды и сорта лесоматериалов:

17. Область применения древесины в строительстве.

18. Меры предохранения древесины от загнивания и возгорания.

19. Как повышают процент использования древесины, вывозимой с лесосеки?

11. Органические вяжущие материалы
и бетоны на их основе.

Среди строительных материалов большую группу образуют органические вяжущие материалы, являющиеся смесью высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. Главнейшими органическими вяжущими являются битумы и дегти. Природные битумы встречаются в виде озерных скоплений или пропитывают горные породы. Их выработка производится в основном для целей химической промышлености, на строительство они поступают в виде лаков, эмалей, мастик и других продуктов.

Нефтяные битумы получаются на нефтяных заводах при переработке нефти. Эти битумы получили наибольшее применение в строительстве в горячем или холодном состояниях или в виде битумных эмульсий, паст и растворов.

Дегти изготовляют конденсацией летучих продуктов, сухой, без доступа воздуха, перегонкой твердого топлива и некоторых органических веществ, проводимой с целью получения из них кокса (например, из каменного угля), полукокса, угля или газа. В зависимости от сырья дегти подразделяются на каменноугольные (коксовые или газовые), буроугольные, сланцевые, торфяные, древесные (хвойные или лиственные), нефтяные. Для строительных целей используются преимущественно каменноугольные дегти.

Свойства битумов и дегтей зависят от их состава, который в свою очередь обусловливается характером использованного сырья и технологическим процессом производства.

При оценке качества битумов и дегтей более важно знать так называемый групповой или пофракционный состав, чем элементарный химический состав. Поэтому студенту рекомендуется рассмотреть характерные признаки основных групповых компонентов битума - масел, смол, асфальтенов и асфальтогеновых кислот и основных фракций дегтя - легких, средних, тяжелых и антраценовых масел и пека. Каждая группа или фракция представляет собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных с серой, азотом и В - кислородом в молекуле. Выделение индивидуальных углеводородов из битумов сопряжено с очень большой трудностью и для технических целей такое разделение групповых углеводородов обычно не производится.

Групповые компоненты битума образуют сложную дисперсную систему, средой в которой является молекулярный раствор смол или:
их части в маслах, а дисперсной фазой — асфальтены. В пограничной зоне адсорбированы асфальтеновые кислоты. Фазовый состав, т. е. соотношение жидкой среды (масел, смол) и твердой фазы (асфальтенов), предопределяет структуру битума и влияет на его механические, физические и химические свойства. Студенту необходимо изучить основные свойства битумов, особенно вязкость, пластичность, теплостойкость, а также ознакомиться с их маркировкой.

Групповые (фракционные) компоненты дегтя образуют сложную
дисперсную систему, средой в которой являются масла, а дисперсной фазой - свободный углерод и твердые смолы. Следовательно, если битумы по своей структуре являются коллоидными растворами (золь или гель), то дегти ближе относятся к дисперсным системам типа суспензии. Поэтому вязкость дегтя особенно сильно зависит от концентрации твердой фазы, а также тепловых факторов. В дегтях определяется содержание свободного углерода и вредных примесей.

Следует отметить, что в битумах и в дегтях содержатся в сравнительно небольшом количестве поверхностно-активные вещества. Их количество невелико, но роль в повышении сцепления органических вяжущих материалов с минеральными (каменными) материалами огромна. В битумах в основном содержатся анионоактивные, а в дегтях — не только анионоактивные, но и в большом количестве катионоактивные вещества. В отличие от битумов, деготь обладает способностью образовывать прочное сцепление с поверхностью кислых горных пород, что объясняется присутствием катионоактивных компонентов. При изучении темы студентам необходимо разобраться в техноло. гических схемах производства битумов и дегтей, выяснив принципиальное различие между технологией получения остаточных и окисленных. нефтяных битумов, отогнанных и составленных каменноугольных дегтей.

Кроме вязких или твердых битумов, нашей промышленностью выпускаются жидкие битумы, чаще всего получаемые путем растворения вязких битумов в лигроинокеросиновых растворителях или 'в мазутах, Жидкие или разжиженные битумы при строительных работах можно либо не подогревать вообще, либо подогревать незначительно; вязкие же битумы всегда перед употреблением разогреваются до рабочей температуры (150-165оС).

В холодном состоянии применяются также битумные эмульсии. Студент должен иметь общие представления и об этих эмульсиях. Здесь важно подчеркнуть, что в битумных эмульсиях средой служит вода, а дисперсной фазой — вязкий битум, переведенный в тонко раздробленное состояние. Устойчивость дисперсии битума в воде достигается с помощью эмульгаторов — поверхностно-активных веществ, адсорбированных на частицах вязкого битума в водной среде. Эмульгаторами обычно служат мыла. Определение состава эмульсии, выбор эмульгатора и битума производится опытным путем.

Битумы н дегти применяются в качестве вяжущих веществ при производстве асфальтовых бетонов (асфальтобетонов) и растворов. Разновидность асфальтобетона с применением дегтя в качестве вяжущего принято называть дегтебетоном, Студенту необходимо законспектировать общие понятия об этих материалах; выяснить разновидности применяемых материалов для изготовления асфальтобетона, способы их подготовки, технологические схемы их объединения. На изучении свойств асфальтобетона, применяемого для дорожных и гидротехнических сооружений, необходимо остановиться более подробно. Аналогично рассмотреть общие сведения о дегтебетоне.

Поверхностно-активные вещества, прибавляемые в небольших количествах к минеральным материалам и в битум, позволяют снижать рабочую температуру в смесителях, переходить на теплые асфальтовые бетоны, использовать не полностью просохшие минеральные материалы.

Каждый студент должен иметь общие представления о современной теории асфальтобетона, раскрывающей сущность физико-химических процессов при взаимодействии исходных, предварительно подготовленных материалов. При этом следует учитывать, что в мешалке при взаимодействии компонентов возникают и развиваются физико-химические процессы смачивания, адсорбции, поверхностной и объемной диффузии активных веществ битума. Под влиянием этих процессов (н основной сущности которых студент должен разобраться) и сопровождающих их химических реакций компоненты в значительной степени теряют свою специфическую индивидуальность (в том числе необратимо), а частицы минерального материала контактируют через пленки битума. Следует также разобраться в зависимости прочности и деформационных свойств асфальтобетона от главнейших структурных и технологических факторов. Конкретные формулы, устанавливающие эти зависимости, показывают, что структурно-механические свойства асфальтобетона обусловлены активностью вяжущего вещества, примененного в этом материале, тонкостью пленок вяжущего, плотностью и прочностью минеральной смеси и отдельных ее зерен, плотностью асфальтобетона. Активность вяжущего в свою очередь является функцией вязкости среды и дисперсности твердой фазы, химического состава его составляющих веществ. Эти и некоторые другие положения теории асфальтобетона следует отметить в конспекте, прибегая в необходимых случаях к устным и письменным консультациям преподавателей института.

Битумные материалы, деготь, а также эмульсии на их основе используются не только для изготовления асфальтовых бетонов. Они широко используются при выполнении гидроизоляционных работ, при производстве кровельных материалов, герметиков и т. п. Однако наибольшая часть битума используется для дорожного строительства и, в частности, для устройства асфальтобетонных дорожных покрытий. Учитывая возрастающий объем дорожного и других видов строительства с применением битума, количество этого материала выпускается с каждым годом больше. Но качество битума вследствие разнообразия сырья и технологии переработки нефти, не всегда остается на должном уровне, и, следовательно, контроль качества этого материала должен быть очень тщательным. Поэтому изучению методам испытания битумов (и дегтей) во время лабораторных занятий необходимо уделить достаточное внимание.

Литература:

Вопросы для самопроверки.

1. Что называется битумом и каковы его основные свойства (цвет, плотность, растворимость, правление, твердость и др.)?

2. В каким виде встречается природный битум и как его добывают?

3. Каковы способы производства нефтяных битумов?

4. Какими показателями характеризуется качество битума (марка битума)?

5. Области применения битумов разных марок.

6. Какие вы знаете разжижители битумов?

7. Что такое тонкомолотые добавки (минеральные порошки) и в какие составы они входят?

8. Как приготавливают битумные эмульсии?

9. Каковы технологические схемы производства асфальтового
раствора и бетона?

10. Какие существуют разновидности асфальтовых бетонов?

11. Что называют дегтями и пеками и как их получают?

12. Каков состав дегтебетона и чем он отличается от асфальтобетона?

13. Что такое холодные асфальтовые и дегтевые бетоны и их преимущество перед обычными асфальтобетонами?