У истоков производства. Наназашвили Исаак Хискович: о свойствах и применении арболита

Технология производства арболита не новинка: в 50-е годы в СССР действовало более сотни заводов по производству арболитовых блоков. Одним из «отцов» промышленности был доктор технических наук, профессор, академик МАНЭБ Исаак Хискович Наназашвили. Его работа «Арболит – эффективный строительный материал» (1984 г.) до сих пор является самой полной по данной теме.

Статья подготовлена ее на основе и упрощена для понимания новичками в этой сфере.

Чем интересно введение и почему не стоит его пропускать

Исследование недостатков арболита и способов их нейтрализации

Улучшение качества арболита

Наназашвили Исаак Хискович – «отец» арболитовой промышленности

Чем интересно введение и почему не стоит его пропускать

Для производителя и конечного потребителя самой интересной частью в упомянутой работе будет именно введение.

  • Во-первых, в нем Исаак Хискович дает экономическое обоснование выпуска именно арболита: в СССР на момент написания работы мощно развивалась промышленность, отходы которой использовались как сырье для древобетона. Название «древобетон» в данном случае – собирательное: в качестве заполнителя брали не только щепу, но и рисовую солому, костер льна и конопли и т. д.
Выгода производства арболита подтверждается тем фактом, что 80–90 % его объема состоят из органических отходов других производств, и достать их не так сложно.
  • Во-вторых, здесь же автор очерчивает сферу использования материала: малоэтажное жилое, промышленное, культурно-бытовое строительство, создание элементов пространственных конструкций, стеновых блоков и теплоизоляционных плит; и раскрывает преимущества арболита для каждого случая.

Подробно об областях использования материала можно прочесть также в специально отведенных для этого частях VI–IX.

  • В-третьих, приводятся сравнительные технико-экономические показатели арболита, керамзитобетона, кирпича, ячеистого бетона и железобетона с минераловатным утеплителем. Удельные капиталовложения, себестоимость и трудоемкость в производстве у арболита – самые низкие, при том, что он справляется со своей задачей так же или лучше, чем указанные выше материалы.

В последней главе «Технико-экономические показатели производства и применения арболитовых изделий и конструкций» автор указывает, на чем частично экономит производитель арболита:

  • сырье – ввиду того, что оно представляет собой отходы лесной промышленности;
  • большое количество рабочей силы и подъемных механизмов;
  • усиленный фундамент;
  • цемент и дефицитные материалы.
Стена (1 м3) Средняя плотность, кг/м3 Приведенная толщина, см Заводская себестоимость, руб Расчетная себестоимость, руб Удельные капиталовложения, руб Общие приведенные затраты Приведенные затраты с учетом производства стеновых панелей Трудоемкость, чел.-ч (производство и монтаж)
Из арболита на гипсовом вяжущем 700 22 4,1 5,2 12,5 8,9 6,6 2,6
Из арболита на цементе 700 22 5,7 7,4 9,5 6,6 8,5 2,7
Из керамзитобетона 900 26 7,6 10,7 28 19 14,1 4
Из глинистого кирпича 1800 66 6,4 16,8 36,3 28,2 21,2 8,6
Из газосиликатных панелей 700 24 6,7 8,4 10 4 12,5 3

Исследование недостатков арболита и способов их нейтрализации

Ценность работы Исаака Хисковича – в добросовестном исследовании не только преимуществ арболита, но и его изъянов.

  • Глава «Химическая агрессивность заполнителя растительного происхождения по отношению к цементу» рассказывает о пагубном действии древесных сахаров и смол на цемент – они замедляют схватывание раствора. Исследования, которые велись с 1924 года, позволили решить эту проблему использованием химических добавок, от которых мы не отказались и сейчас. Самая дешевая, эффективная и при этом безопасная – сульфат алюминия.
  • Главы «Влажностные деформации древесного заполнителя и развитие давления набухания» и «Анизотропные свойства древесины» посвящены проблеме разбухания и усадки наполнителя (в нашем случае щепы). Автор поясняет, что основную опасность для прочности эти два явления представляют именно из-за анизотропности – способности щепы разбухать в разной степени вдоль/поперек волокон.

Такая проблема во многом решается выдержкой 5–10-кратного коэффициента формы щепы: отношение ее максимальной ширины к минимальной длине. И это одна из главных причин для дробления древесины на специальном станке: он позволяет соблюсти нужное условие и таким путем нейтрализовать разницу между разбуханием заполнителя вдоль и поперек волокон.

  • Глава «Проводимость и проницаемость древесного заполнителя» рассказывает о высоком водопоглощении щепы. На момент написания работы эта проблема с арболитом решалась регулировкой водоцементного соотношения, из-за чего страдали показатели прочности. Сейчас древесную массу вымачивают еще перед замешиванием в раствор и так предотвращают отбор влаги у цементного теста.
  • Глава «Низкая адгезия древесины с цементным камнем» предполагает, что сцепление щепы с раствором – не самое прочное, и добиться максимально крепкой структуры блока можно только при строгом соблюдении водоцементного соотношения и условий хранения материала.

На стабильность сцепления «древесина–бетон» также влияет наличие в щепе сахаров (об этом мы говорили в подзаголовке про скорость схватывания раствора), но эта проблема уже решена использованием химических присадок.

Улучшение качества арболита

И, наконец, центральное место в исследовании Исаака Хисковича занимает улучшение качеств готового материала. Первые главы в части IV – теория для читателей со специальным образованием; далее автор предлагает решения, интересные производителю. Какие именно, тезисно обозначим ниже, не привязываясь к конкретным главам.

  • Улучшение сцепления щепы с портландцементом. Его можно достичь обработкой заполнителя химическими присадками или введением в раствор полимеров/минеральных вяжущих. Сегодня производитель выбирает первый вариант: он позволяет одновременно уравнять влажность всей древесины и снизить ее гидрофильность (способность впитывать воду). В работе приводятся результаты исследований по пропитке заполнителя разными химикатами, самым эффективным из которых оказался хлорид алюминия (сейчас используется более дешевый аналог – сульфат алюминия).
  • Снижение влажностных деформаций. Этого добиваются термической обработкой: прирост прочности блока после полного высыхания составляет 26 %, водопоглощение снижается на 15–20 %. В качестве второго способа автор указывает пропитку уже упомянутым хлоридом алюминия: прочность возрастает на 31,4 % по сравнению с рекомендуемой по ГОСТу. Третий вариант предполагает использование пленкообразующих добавок: мочевиноформальдегидных смол, натриевого жидкого стекла или измельченного известняка.
  • Повышение прочности блока. Оно достигается именно при горизонтальном послойном уплотнении, так как в этом случае древесные частицы работают на сдвиг или растяжение – а не на разрыв, как при вертикальном. Автор отмечает, что при немедленной распалубке тонкие плиты арболита деформируются незначительно, поэтому внешнюю нагрузку можно снимать сразу после горизонтального уплотнения. Это ускоряет процесс производства.
  • Ускорение процесса твердения блока. Арболит нельзя сушить традиционным способом (в специальных камерах), так как при быстром высыхании он теряет прочность, но эта проблема решается введением химических добавок: нитрата натрия и хлорида аммония.

В этой статье есть отсылки ко многим, хотя и не ко всем, главам работы Исаака Хисковича. Это масштабное исследование с цифрами, которые интересны специалисту, но не всегда производителю и потребителю. Поэтому соблюдать ту же структуру здесь не имеет смысла.

Тем не менее ознакомиться с оригиналом полезно любому, кто занимается выпуском арболита: хорошая теоретическая база даст ключ к качественной работе.