Производство строительных конструкций из отходов деревообрабатывающей промышленности

Введение

Исследование направленно на рассмотрение и выявление оптимальных физических и химических показателей опилок тех или иных древесных пород через обзор трудов и подходов в научных разработках российских и зарубежных исследователей; рассматриваются вопросы специфики понятия “отходы деревообрабатывающей промышленности”.

Проблема переработки вторичного сырья сегодня приобрела важный характер. В странах СНГ на 1991 г. ежегодно образовывалось около 200 млн. м3 отходов деревообработки древесины. Несмотря на снижение производства деревоперерабатывающих предприятий в настоящее время количество отходов от деревообработки остается большим.

Увеличение объема производства и расширение номенклатуры теплоизоляционных материалов и изделий, утилизация отходов деревоперерабатывающих предприятии является актуальной задачей, решение которой частично можно осуществить путем организации производства строительных материалов и изделий на основе древесных отходов.

Одними из первых исследователей темы были Э. И. Коротаев и В. И. Симонов, еще в 1972 году выпустившее научный труд под названием “Производство строительных материалов из древесных отходов”. В данной книге были изучены возможности применения строительных конструкций из древесных опилок не только в СССР, но и за рубежом, описаны возможные технологические приемы и процессы их производства, приводятся данные об экономической эффективности такой производственной линии.

Из более поздних исследований можно назвать "Экономическая эффективность использования вторичных ресурсов в производстве строительных материалов" Ю. А. Алехина. В 1990 году И. Х. Наназашвили проводил подобные исследования и выпустил книгу "Строительные материалы из древесно-цементной композиции".

В. М. Хрулев выпустил справочник “Клееные деревянные конструкции”, предназначенный для работников строительно-монтажных организаций и специалистов деревообрабатывающей промышленности, где привел сведения об индустриальных деревянных и комбинированных конструкциях и деталях; охарактеризовал свойства материалов для деревянных и комбинированных конструкций.

Целью настоящей работы является научный поиск и описание строительных материалов из отходов древесных опилок через анализ их химических и физических свойств.

Поставленная цель требует выполнения следующего ряда задач:

осуществить анализ и выборку древесных культур, чьи стружечные отходы будут иметь наилучшие физические и химические свойства, необходимые для создания строительных материалов;

осуществить обзор технологии, производственных машин и оптимизированных процессов, необходимых для создания строительных материалов;

провести анализ строительных материалов, произведенных данным технологическим методом, выявить их пригодность при возведении зданий, обозначить преимущества и недостатки в сравнении с другими строительные материалами;

рассчитать затраты на закупку основных фондов, производственные процессы, а также определить срок окупаемости.

Общая информация о перекрестно-склеенной древесине (CLT)

Перекрестно-склеенная древесина (CLT) - инженерная система, предназначенная для создания конструкций на основе легких и тяжелых деревянных элементов. Создается из нескольких слоев пиломатериала, сложенных крест-накрест (обычно под углом 90 градусов) и склеенных по их широким сторонам. Такое перекрестное склеивание обеспечивает устойчивость, прочность и жесткость зданию, что делает CLT отличной альтернативой бетону, кладке и стальным конструкциям во многих инженерных решениях. Может быть использовано для всех типов зданий, так как такая система оказывает высокое сопротивление боковым и вертикальным нагрузкам, или для отдельных элементов, таких как крыша, полы или стены.

На международном уровне такая система обеспечила рост деревянного строительства. Наиболее ярким примером может служить «Форт», 10-этажный жилой дом, построенный из CLT-панелей в Австралии.

В Северной Америке CLT является относительно новым движением, но быстро набирает обороты. Американская национальная ассоциация стандартов утвердила стандарт ANSI/APA PRG 320-2012 на древесину с многослойным покрытием с высокими эксплуатационными характеристиками, стандарт на продукцию, который описывает требования к производству и обеспечению качества такого материала. Благодаря недавно утвержденным изменениям кодекса, CLT также планируется включить в Международный строительный кодекс (IBC).

Скорость и эффективность монтажа. Панели CLT подходят для возведения не всех типов зданий. Они изготавливаются заранее, в комплекте с предварительно прорезанными отверстиями для дверей, окон, лестниц, сервисных каналов и воздуховодов, и отправляются напрямую от производителя на место постройки, где их можно быстро и эффективно собрать. Это может сэкономить месяцы в графике строительства. Многие производители поставляют панели с предустановленными подъемными стропами.

CLT может использоваться для всего здания или любой комбинации стен, пола/потолка и крыши. Легкий вес делают эту систему легко адаптируемой к различным типам проектов и условий, таких как мягкая почва или тесная близость соседних зданий. Элементы CLT также можно комбинировать с другими строительными материалами, обеспечивая гибкость в дизайне, стиле и архитектурной отделки. Одним из преимуществ CLT перед другими материалами, такими как сборный железобетон, является то, что изменения могут быть внесены на месте с помощью простейших инструментов.

Легкие деревянные каркасы до сих пор являются наиболее экономичной деревянной системой для малоэтажных проектов. Тем не менее, CLT является высоко конкурентоспособным по сравнению с другими материалами в различных типах зданий.

CLT оказалась конкурентоспособной по своей стоимости в отношении жилых и нежилых зданий средней этажности, малоэтажных учебных заведений, малоэтажных коммерческих и одноэтажные промышленные здания.

Строители работают в тесном сотрудничестве с командой разработчиков, чтобы выявить мелкие детали и корректировки производства, такие как наиболее приемлемая толщина, сорт, размер панелей, тип крепежа и другие специфические для проекта факторы.

Толстое поперечное сечение CLT обеспечивает высокую огнестойкость, поскольку панели медленно нагреваются. Кроме того, CLT предлагает повышенную герметичность внутренних стен.

В Японии семиэтажное здание CLT было протестировано на сейсмоустойчивость. Даже при сильном моделировании землетрясения магнитудой 7,2 балла структура не показала остаточной деформации после испытания. Максимальный межэтажный дрейф составлял 1,5 дюйма, а максимальная боковая деформация в верхней части здания составляла всего 11,3 дюйма.

Теплопроводность обычной конструкционной древесины намного меньше, чем теплопроводность металлов, с которыми древесина часто контактирует в каркасе здания. Это примерно в два-четыре раза больше, чем у обычного изоляционного материала. Поскольку CLT является панелью из цельного дерева, она также обеспечивает удержание тепловых масс внутри сооружения.

Экологические показатели. В дополнение к энергоэффективности, CLT обеспечивает ряд экологических преимуществ. Исследования оценки жизненного цикла (LCA) также показывают, что древесина превосходит сталь и бетон с точки зрения возобновления энергии, загрязнения воздуха и загрязнения воды. Древесина также имеет более низкое углеродное воздействие, потому что древесные продукты продолжают накапливать углерод, поглощенный деревьями в процессе роста, а производство древесины требует меньше энергии и приводит к меньшим выбросам парниковых газов.

Эффективность использования ресурсов. Поскольку панели CLT изготавливаются специально для каждого проекта, отходы на строительной площадке практически отсутствуют, и производители могут повторно использовать любые отходы производства для лестниц и других архитектурных элементов или в качестве биотоплива. Система CLT была разработана не как замена для легких каркасных конструкций, а как низкоуглеродистая альтернатива «тяжелым» строительным материалам, таким как бетон и сталь.

Размеры панелей варьируются в зависимости от производителя; обычно ширина составляет 60, 120, 240 и 300 сантиметров. Длина может составлять до 1800 сантиметров или более.

Североамериканские производители используют клеи для внутренних / наружных полиуретановых покрытий, не содержащих формальдегид, с исключительными показателями влажности. Доски склеиваются, затем прессуются, строгаются и шлифуются. Используя прецизионные станки с ЧПУ. Панели могут быть изготовлены по индивидуальному заказу с отверстиями, составными углами и уникальных элементами, требующими сложной геометрии для удовлетворения конкретных требований заказчика. Панели CLT обычно изготавливаются с нечетным количеством слоев. Точная толщина ламинирования и количество слоев зависит от типа сооружения и выбора заказчика.

В современной российской строительной практике так же существует ряд строительный материалов, основой которых являются отходы деревообработки. Строительные материалы и изделия из опилок и стружки можно изготовлять с применением минеральных вяжущих, клеевых веществ и без них.

Одним из таких примеров может служить вибролит. Вибролит изготавливают на основе мелких древесных отходов, таких как опилки и мелкая стружка. Технология его производства, разработанная Всесоюзным научно-исследовательским институтом новых строительных материалов, заключается в следующем. Сырье в виде опилок и мелкой стружки в первую очередь попадает на трехситовый сепаратор, размер отверстий нижнего сита составляет 0,5 мм. Затем сырье попадает в бункер подачи материала для размола на вибромельнице. Процесс измельчения частиц идет непрерывно вместе с подачей в нее воды. Готовая смесь выгружается из смесителя в формирующее устройство типа отливной машины, в которой происходит формирование ковра с одновременным его обезвоживанием при помощи вакуум-насоса.

Одновременно с поперечного транспортера подается металлический поддон, на который укладывается ковер с сеткой. Сформированный таким образом пакет поступает в холодный пресс для уплотнения ковра и дополнительного удаления воды. Отжатый ковер подается в загрузочную этажерку и затем только в горячий пресс.

Готовые плиты выгружаются из пресса на разгрузочную этажерку и далее поступают на роликовый транспортер. Сбрасыватель отделяет сетки и поддоны, плиты направляются на кантователь. Для повышения водостойкости плиты проходят термическую обработку. Плиты помещаются в вагонетки и поступают в закалочную камеру на 3-4 часа при температуре 160 градусов Цельсия.

Вибролит, имея достаточно высокую прочность, может быть использован в строительстве в качестве конструктивно-отделочного и изоляционного материала для настила черного пола, устройства перегородок, изготовления встроенной мебели и щитовых дверей, а также для облицовки панелей стен в общественных зданиях.

Заключение

Определены оптимальные составы и технология производства строительных материалов и конструкций на основе отходов деревообрабатывающей промышленности, проводится дополнительное проведение опытов и исследований по данной теме. Кроме этого была доказана оптимальность выбора CLT-панелей как одной из самых оптимальных строительных систем в современном мире.

Предложена методика построения производства CLT-панелей из древесных отходов, имеющая следующие преимущества: отсутствие связующих веществ при производстве; отбор большой массы древесного отхода на нужды производства; экологически чистое производство; дешевое сырье и технологическая линия; производство конкурентоспособного продукта.