8.2 Армирование кокосовым волокном

Развитие массового строительства требует постоянного совершенствования существующих материалов и повышения эффективности их производства. Одним из таких материалов является пенобетон, сочетающий в себе свойства стенового и изоляционного материала. При средней плотности 600-700 кг/м³ пенобетон может быть использован при устройстве стен, перегородок, стяжек под полы и других элементов зданий. При пониженной плотности пенобетон позволяет снизить нагрузку на фундаменты, сократить расход материалов, повысить комфортность жилища.

В настоящее время пенобетон выпускают в виде блоков и перегородочных плит или применяют в монолитном домостроении. При этом номенклатуры пенобетонных изделий сдерживают низкие показатели пенобетонных изделий при изгибе.

В качестве одного из способов повышения прочности пенобетонных изделий при изгибе был выбран способ дисперсного армирования пенобетона с использованием кокосовых волокон из Республики Вьетнам.

Кокосовое волокно относится к одному из видов древесных волокон. Древесина состоит из вытянутых веретенообразных клеток-ячеек, стенки которых состоят в основном из целлюлозы. Стенки клеток состоят из нескольких слоёв, различающихся по своему составу и толщине. Средний диаметр клетки волокна составляет 6…9 мкм.

Поскольку кокосовые волокна имеют значительную длину (5 – 30см), что не позволяет использовать их без подготовки для получения дисперсного армирования пенобетона, то было проведено предварительное измельчение волокон. Были использованы волокна, полученные резкой в сухом и увлажнённом состоянии. Для подготовки волокна была использована ножевая мельница РМ-120, обеспечивающая получение волокон от 1 до 10мм. Волокна большей длины получаются ручной резкой.

Для более точной дозировки были определены характеристики кокосового волокна, полученного после измельчения в мельнице. Определялись частные остатки на стандартном наборе сит и распределение волокон по длине и наличие неволокнистых включений.

В результате было выяснено, что преобладающий размер волокон находится в интервале 3 – 5мм, а количественно это содержание превышает 60%. Наличие более крупных волокон не превышает 20%, а мелких – чуть более 20%. Особое беспокойство при дальнейшей переработке рубленого волокна представляет наличие пыли (мелкие фракции от 0 до 0,16мм) и неволокнистых включений – коры. На наличие этих компонентов волокна особое внимание было обращено при изучении водопотребности и водоудерживающей способности волокон, так как именно они в значительной степени определяют содержание влаги в суспензии волокон. Из полученных данных установлено, что суммарное содержание этих компонентов составляет до 16% по массе, где преобладающим является содержание неволокнистых включений.

Кроме того, при проведении испытаний было установлено, что кокосовое волокно обладает достаточно высокой эластичностью. Так, удлинение волокна при растяжении составляет 15…20%.

Изучение водопотребности и водопоглощения кокосовых волокон проводилось с учётом строения волокна и видов влаги, характеризующих их влажность. При микроскопическом изучении строения поверхности волокна и их разновидностей установлено, что сухие кокосовые волокна имеют ровную гладкую поверхность, а само волокно имеет в сечении круглую форму. Ряд волокон имеет на своей поверхности рыхлую кору, отличную по составу и сорбционным свойствам. Крупные неволокнистые включения, в виде отклеивающейся коры, имеют рыхлую структуру и развитую поверхность. При увлажнении неволокнистые включения набухают и увеличиваются в объёме. Сами волокна при визуальном наблюдении набухают незначительно, а при полном насыщении становятся полупрозрачными. При гигроскопическом увлажнении влага расположена на поверхности волокна с последующим переходом в глубь волокна.

Для повышения эффективности применения кокосовых волокон для дисперсного армирования цементного пенобетона проводились исследования возможности химической модификации волокон, а также влияние различных химических соединений на прочность и стойкость волокон. Химическая модификация волокон имеет своей целью подбор такого химического соединения, которое повышало бы стойкость волокон в щелочной среде цементного камня, а также способствовало или не препятствовало бы созданию устойчивой пеносистемы.

Также исследовались способы введения кокосового волокна в пеномассу, рассматривалось влияние параметров, состояния и концентрации волокна на устойчивость пены. Выяснено, что кокосовые волокна необходимо предварительно измельчить. Предварительно было установлено, что введение в систему волокон, имеющих длину свыше 20мм, вызывает неравномерность распределения волокна по всему объёму. Оптимальная длина кокосового волокна при его введении в пеносистему – длина 5мм, т.к. пеномасса имеет в этом случае наибольшую кратность и устойчивость. Результаты испытаний образцов дисперсно армированного пенобетона приведены в таблице 4.

Таблица 4. Влияние длины и содержания волокна на прочностные показатели пенобетона

№ п/п	Длина волокна, мм	Содержание волокна, %	Средняя плотность пенобетона, кг/м3	Прочность на сжатие, МПа	Прочность на изгиб, МПа
1	5	0,5 1,0 1,5 2,0	850 830 810 820	3,3 3,9 3,2 2,7	1,2 1,5 1,4 1,3
2	10	0,5 1,0 1,5 2,0	860 830 840 850	2,8 3,0 3,3 3,2	1,1 1,3 1,5 1,2
3	15	0,5 1,0 1,5 2,0	810 780 800 840	3,5 2,3 3,25 3,8	0,8 1,0 1,2 1,3
4	Без волокна		900	3,3	1,4

В результате исследований был сделан вывод о возможности использования кокосовых волокон для дисперсного армирования пенобетона с целью повышения его прочностных и теплофизических характеристик, и были разработаны составы и технология дисперсно армированного кокосовым волокном пенобетона.

Данная технология прошла апробирование и была успешно внедрена на предприятиях строительного комплекса Республики Вьетнам.