Крупнопористая структура арболита, как и других ДЦК с незаполненным межзерновым пространством (80.. .90% объема твердого тела занимает древесный заполнитель и только 10...20%

приходится на цементный камень), характеризуется [45] объемом цементного камня, недостаточным для заполнения пустот между частицами органического целлюлозного заполнителя. Прочность и долговечность неплотной структуры арболита в значительной степени обусловливается сцеплением древесного заполнителя с минеральным вяжущим, т. е. адгезией древесины с цементным камнем. Поэтому получение арболита на древесном заполнителе марок 5...35 (ГОСТ 19222—84) при расходе цемента 260...400 кг на 1 м3 предположительно может быть объяснено недоиспользованием прочности его компонентов, что обусловливается ослаблением структуры конгломерата из высокопрочных компонентов, вызываемым нарушением сцепления между ними.

Представление об арболите как о композитной структуре, у которой непрерывный каркас образует тонкие пленки цементного камня, согласуется с общими положениями теории искусственных строительных материалов—композитов, разработанной В. И. Соломатовым, а также с результатами исследований В. Н. Юнга, Б. Г. Скрамтаева, Н. А. Попова, И. А. Рыбьева, Ю. Б. Корниловича, И. А. Иванова [30, 32, 37, 68, 69, 76, 80], которые считают одним из основополагающих факторов упрочения структуры бетона улучшение сцепления заполнителя с прослойками цементного камня. Это предопределило необходимость глубокого изучения процессов и явлений, имеющих отношение к сцеплению древесины (заполнителя со специфическими свойствами) с цементным камнем, так как рассматриваемое свойство двух разных по своей природе материалов (органического целлюлозного заполнителя и цементного камня) является важным условием, определяющим прочность и долговечность арболита. Особое значение для повышения структурной прочности арболита может иметь изучение прочности сцепления древесины с цементным камнем с учетом склонности древесного заполнителя к значительным влажностным деформациям, так как в процессе твердения и сушки арболита эти деформации влияют определенным образом на структурную прочность композиции «древесина— цементный камень».

В настоящее время нет общепризнанной теории адгезии, поэтому объяснение природы адгезионных процессов для таких сложных по своему составу материалов, как портландцемент и древесина, представляется затруднительным. Результаты, полученные разними нсследооатслямн, песьма разноречивы и из за отсутствия единой методики испытаний практически несопоставимы.

В нашей стране первые работы по определению сцепления древесины с цементным камнем были связаны с изучением возможности применения деревобетона (бетон с деревянной арматурой) в строительстве. Деревобетон представляет собой конструктивное соединение двух материалов, характеризующихся различными структурно-механическими свойствами. Проблема заключается в необходимости обеспечения совместной работы его составляющих. Трудность решения этой задачи в том, что при тепловой обработке и применении насыщенной водой арматуры возникает опасность нарушения сцепления между бетоном и древесиной (деревянной арматурой) из-за усушки последней и образования вокруг нее сквозного зазора, при использовании же сухой арматуры в бетоне образуются трещины в результате разбухания дерева.

Проблему сцепления древесины с цементным камнем в нашей стране изучали [41] проф. И. Л. Кириенко, М. Л. Киения (1930— 1931 гг.), Г. Д. Цискрели (1933 г.), В. П. Петров и И. М. Пушкин (1935—1937 гг.). Было установлено, что сцепление древесины с цементным раствором и бетоном зависит от В/Ц смеси, условий хранения конструкций, влажности, шероховатости и формы деревянных стержней (брусков). В зависимости от принятых условий величина сцепления колебалась от 0,05 до 1,25 МПа (из-за несовершенства принятой методики (см. табл. 1.6) истинное сцепление значительно меньше).

Г. А. Евсеевым [25] показано существенное влияние водорастворимых сахаров, содержащихся в древесине, на ее сцепление с цементным камнем. Аналогичный вывод сделан в 1960 г. Л. М. Шмидтом [86]. Было получено значение адгезии древесины с цементным камнем 0,26-0,3 МПа. К сожалению, результаты этих исследований значительно различаются (табл. 1.6) и трудно сопоставимы по следующим причинам: в опытах использовались разные методики; применялась древесина неодинаковых пород, с разными плотностью, направлением волокон в зоне склеивания и начальной влажностью; виды и качество обработки древесины (шероховатость) были различными; неодинаковыми принимались размеры склеиваемых образцов и характер разрушения сцепления, активность и степень помола вяжущего, а также толщина клеевого шва; на величину сцепления, кроме сил адгезии, влияли силы защемления (трения при выдергивании деревянных стержней).

До настоящего времени в лабораторной практике не существует общепринятой методики определения величины сцепления древесины с минеральными вяжущими веществами. Методы определения сцепления арматурной стали (выдергивание или выдавливание стержней из затвердевшего бетона) при замене стержня деревянным бруском не могут быть приняты нами из-за того, что при вытягивании бруска из затвердевшего раствора фиксируется не только сила сцепления материалов, но также сила трения материала о затвердевший раствор, на которую влияет защемление, вызываемое набуханием деревянного бруска или его короблением.

В ЦНИИМЭ опробовалась методика [17], испытывались образцы. полученные методом формования цементной призмы 40Х Х40Х60 мм, с деревянной пластинкой 40Х4°Х20 мм (образцы до распалубки хранились 14 суток), расположенной в середине. Однако зарегистрировать приборами величину сцепления не удалось. По нашему мнению, это объяснялось тем, что в экспериментах не исключалось нарушение сцепления вследствие усадочных процессов в начальные сроки, так как силы трения и сцепления частей цементной призмы со стенками формы в начальные сроки превышали величину сцепления призм с деревянной пластинкой. В принятой нами методике в целях предотвращения отрыва деревянной пластинки от твердеющего тела призмы образцы рекомендовано распалубливать через 24 ч и в дальнейшем хранить в вертикальном положении во влажных опилках до испытания.

Определение сцепления путем помещения в форму деревянной пластины в виде стандартной восьмерки сечением 5 см2 с последующим заполнением формы цементным раствором из-за неточности показаний также не может быть рекомендовано, так как возможно нарушение сцепления вследствие разницы объемных деформаций материалов в местах наибольшей концентрации напряжений по периферии (опасного сечения восьмерки).

Методика Л. М. Шмидта [86], измененная позднее Г. А. Евсеевым [25], для определения адгезионной прочности при склеивании двух деревянных пластин (с площадью склеивания 100 см2) портландцементом также не может быть рекомендована, так как на результаты существенно влияют деформативные и анизотропные свойства крупных образцов (100X100 мм). Неэффективно и определение силы сцепления древесины с цементным камнем по ГОСТ 3056—74 * и ГОСТ 10636—78 * (определение прочности клеевого шва при склеивании древесины на машине УМ-5), поскольку затруднена регистрация малых величин, а в начальные сроки цементный камень слабо сцепляется с древесиной (в первые сутки сила удельного сцепления равна 0...0,005 МПа), из-за чего образцы, склеенные цементным тестом, разрушались, когда их помещали в приспособление для испытания.

Возникла необходимость разработки методики, учитывающей все специфические особенности древесины. Нами была предложена методика определения адгезии композиции «дерево — цементный камень», которая позволяет определять величину сцепления, обусловленную только способностью данных материалов к склеиванию и исключающую возможность повышения сцепления вследствие защемления древесины раствором вяжущего. Предложенная методика дает также возможность выявить специфическую адгезию элементов годичного слоя (ранней и поздней древесины).

В результате изучения специфической адгезии древесины с цементным камнем для получения сопоставимых результатов была предложена методика, учитывающая особенности древесины: содержание ранней древесины в контактной зоне, плоскость среза (радиальная или тангенциальная); направление волокон, шероховатость поверхности, толщину прослойки цементного камня, условия изготовления и хранения моделей.

В гл. 4 представлены результаты исследования адгезии древесины с цементным камнем с учетом анизотропных свойств субстрата, влажностных деформаций и повышенной проницаемости древесины.