При изучении влияния различных факторов на адгезионную прочность системы «древесина — цементный камень» учитывалось, что адгезионные соединения, различающиеся только формой, могут существенно отличаться по адгезионной прочности, хотя молекулярная связь между адгезивом (цементный камень) и субстрактом (древесина) одинакова [83]. Поэтому в качестве моделей заполнителя в данных исследованиях принимали образцы-пластины размером 20X20X40 мм, которые по коэффициенту формы близки к используемым фракциям древесного заполнителя.

В целях исключения разброса показателей все деревянные пластины — модели заполнителя — вырезали из одной доски радиального или тангенциального раскроя. Качество, точность обработки при изготовлении образцов и их отбор соответствовали требованиям ГОСТ 16483.0—78 и ГОСТ 16483.21 -72*.

С целью выявления влияния характера поверхности (шероховатости) модели древесного заполнителя на сцепление с цементным камнем использовали индикаторный глубиномер типа И402 для измерения шероховатости от 1600 до 800 мкм (1...3 классов) и микроскоп типа ТСП-4М для шероховатости от 320 до 60 мкм (S...8 классов), ГОСТ 15612—85 и ГОСТ 7016—82*.

Экспериментально (табл. 4.3) была выявлена зависимость адгезионной прочности от толщины прослойки цементного камня и шероховатости поверхности (класса чистоты обработки) модели древесного заполнителя.

При заданных условиях все образцы обрабатывали раствором СаСЬ; лля строганых пластин наибольшая величина сцепления древесины с цементным камнем достигалась при толщине клеевой прослойки 0,3. .0,4 мм. При толщине прослойки 0,4 мм у моделей со строгаными пластинами как величина сцепления с цементным камнем, так и предельная растяжимость оказались 1есколько большими, чем у моделей с колотыми пластинами (табл. 4.3).

Для колотых образцов наибольшая величина сцепления достигается при толщине клеевой прослойки 0,6 мм. В более толстых прослойках, по-видимому, проявляются большие усадочные Деформации. Как показали эксперименты, с ростом шероховатости поверхности адгезионная прочность сцепления древесины цементным камнем увеличивается. Рост адгезионной прочности, вероятно. связан с появлением большого числа активных центров, увеличением истинной площади контакта и механическим сцеплением ворсинок и углублений, выполняющих функцию своеобразных шпонок и заклепок. Однако, когда шероховатость Достигает некоторого предела (при высоте гребня больше 4 мм), в колотых образцах прочность сцепления снижается, ви-и*о, из-за изменения сплошности клеевой прослойки вследствие Иедрения в нее отдельных крупных гребней, т. е. нарушается **чо из главных свойств оптимальной структуры.

В дальнейшем при изучении возможности повышения адгезионной прочности сцепления элементов моделей арболита во всех экспериментах толщина клеевой прослойки (цементного камня) для строганых пластин принималась 0,4 мм.

Данные об адгезионном сцеплении древесины с цементным камнем, приведенные различными авторами [5, 17, 25, 29 (см табл. 1.6)], различаются из-за отсутствия учета специфических особенностей анатомического строения пород древе сипы.

В лабораторной и исследовательской практике отсутствует общепризнанная методика определения величины сцепления древесины с цементным камнем. Поэтому для установления закономерностей этого явления в структуре ДЦК нами были приняты две структурные модели (I и II типа) арболита, а в качестве модели заполнителя — взяты деревянные пластины размером 40X20X20 и 39X39X20 мм. Первая модель арболита имитировала тощий бетон (две деревянные пластины размером 40Х20Х Х20 мм склеивались цементным тестом нормальной густоты), вторая — жирный бетон (деревянная пластина размером 39Х Х39Х20 мм помещалась в середине формуемой призмы размером 40X40X160 мм из цементного теста нормальной густоты) Вторая модель заимствована с некоторыми изменениями, учитывающими специфические свойства древесины, у Н. П. Штснерта, исследовавшего адгезию минеральных заполнителей с цементным камнем.

В качестве основного метода определения сцепления древесины с цементным камнем нами был принят механический метол. Образцы склеенных деревянных пластин и призмы с серединой из деревянной пластины испытывались на растяжение (отрыв) и изгиб. Исследовались взаимосвязанные процессы: сцепление древесного заполнителя с цементным камнем, влажностные деформации древесного заполнителя и арболита, давление набухания при стесненных деформациях и их влияние на структурооб-разование и прочность арболита. Для инструментального получения количественных значений воздействия взаимосвязанных процессов с возможно большей достоверностью ставилась задача по установлению соответствующих величин по возможности на одном приборе. С этой целью с нашим участием в ЦНИИЭП-ссльстрое был разработан и изготовлен универсальный измерительный прибор (рис. 4.7) с комплектом приспособлений, который позволил оценить следующие величины:

адгезии н сцепления древесины с цементным камнем (предел прочности при растяжении двух пластин, проклеенных прослоГН кой из цементного теста);

сцепления древесины с цементным камнем при изгибе (приз ма из цементного камня с помещенной в середине деревянно пластиной);

сцепления древесины с цементным камнем при растяжении призма из цементного камня с серединой из деревянной пластины);

предельной растяжимости адгезионного соединения;

стесненных влажностных (линейных) деформаций модели древесного заполнителя и арболита;

развиваемого усилия набухания иод воздействием стесненных влажностных деформаций модели древесного заполнителя;

влажностных деформаций арболита в стесненных условиях:

развиваемого усилия набухания арболита под воздействием стесненных влажностных деформаций.

В предложенном нами приборе использовали динамометр ДПУ I класса, погрешность показаний не превышала ±1% предельного значения измеряемой силы. Методики различных видов испытаний образцов на универсальном измерительном приборе описаны в соответствующих разделах монографии.

При изготовлении образцов (моделей) в целях предотвращения искажений результатов из-за неодинаковой толщины клеевой прослойки была принята следующая методика: на две испытуемые пластины шпателем накладывали избыток цементного теста нормальной густоты. Затем одну пластину помещали на лругую, соблюдая одинаковое направление волокон. Подготовленные таким способом образцы укладывали в накопитель предложенной нами конструкции (рис. 4.8, а). После тщательного выравнивания граней пластины «штабель» нагружали грузом массой 8 кг (с усилием 0,05 МПа), который свободно перемещался в процессе объемных влажностных деформаций образцов. Под действием груза избыток цементного теста выдавливался, что обеспечивало одинаковую толщину клеевого шва (0,4 мм), близ кую по значению к толщине швов уплотненной арболитовой смеси. В отдельных экспериментах толщина прослойки цементного теста регулировалась с помощью контрольных щупов разных толщин, а после испытания образца контролировалась микрометром.

Образцы в накопителе выдерживали во влажных условиях под полиэтиленовым колпаком в течение 1, 3, 7, 14 и 28 суток,
что предотвращало заветривание (рис. 4.8, б) до испытания на отрыв (растяжение при отрыве).

Накопитель представляет собой пресс, состоящий из площадки /, стоек 2, направляющей пластины 3 и свободно перемещаемого груза 4. Такая конструкция накопителя с «плавающим» пригрузом обеспечила поддержание постоянным удельного давления во все сроки выдержки образцов. Принятая методика изготовления и хранения образцов позволила исключить искажение результатов от воздействия набухания (в первый период) и в дальнейшем от усушки образцов, которое могло иметь место при использовании фиксированных зажимов (струбцин) в ранее описанной методике.

Образцы призм готовили по следующей методике. В середину формы помещали деревянную пластину и заполняли цементным тестом или цементным раствором. Призму уплотняли вибрированием в течение 0,5 мнн на вибростоле при частоте колебаний 1500 в минуту и амплитуде 0,5 мм. В первые сутки испытания силы сцепления отформованной призмы и трение ее со стенками формы превышают силы сцепления твердеющего цементного камня с деревянной пластиной, в это время усадка призм из цементного теста значительна. Поэтому в целях предотвращения отрыва деревянной пластинки от твердеющего тела призмы образцы распалубливали через 24 ч и в дальнейшем хранили в вертикальном положении во влажных опилках до срока испытания.

В аналогичных экспериментах, проведенных в ЦНИИМЭ, не удалось зарегистрировать приборами величину сцепления [17, с. 41], так как в образцах, хранившихся 14 суток в форме до рас-палубливания, по отмеченным выше причинам не исключалось частичное нарушение сцепления деревянной пластинки с телом призмы из цементного камня, что вело к резкому снижению адгезионной прочности.

При исследовании адгезии древесины с цементным камнем изучалось влияние различных факторов на величину их сцепления, в том числе породы древесины, характера ее поверхности (колотые пластины типа дробленкн, гладкие, строганые — типа стружки; пиленые), толщины прослойки цементного камня, способа химической и физической обработки, вида добавки в цементное тесто и влажности древесных образцов.

Во всех исследованиях при изучении адгезионной прочности учитывались сформулированные нами в методике требования: характер поверхности, направление среза склеиваемых поверхностей (радиальный, тангенциальный срезы), направление волокон и площадь, занимаемая поздней древесиной на склеиваемых поверхностях пластин моделей, а также условия изготовления и хранения (под свободно перемещающимся пригрузом в накопителе), исключающие влияние на процессы формирования адгезионного соединения влажностных деформаций.

Испытание образцов моделей I и II типа осуществлялось на универсальном приборе (рис. 4.9, а, б и 4.10).

В табл. 4.4 приведены результаты определения влияния различных факторов на значение отрывающего усилия, абсолютное значение деформации растяжения адгезивного соединения, адге­зионную прочность и вид разрушения модели (характер отрыва). Анализируя эти данные, можно отметить, что сопротивление отрыву у моделей тангенциального среза иа 30...40% больше, чем у моделей радиального среза. Это может быть объяснено неодинаковой сцепляемостью с цементным камнем ранней и поздней древесины, а при одинаковой площади, занимаемой поздней древесиной,— более равномерным распределением ее на тангенциальном срезе.

С увеличением площади поздней древесины на склеиваемых поверхностях моделей заполнителя наблюдается значительное снижение адгезионной прочности, что можно объяснить более низкой сцепляемостью этих участков с цементным камнем и возможностью развития значительных влажностных деформаций из-за повышенной плотности поздней древесины.

При изучении характера отрыва адгезионного соединения моделей арболита (см. табл. 4.4) было обнаружено, что адгезионная прочность моделей тангенциального среза древесины на склеиваемых поверхностях больше, чем у моделей той же породы радиального среза. Это может быть объяснено большим со­держанием поздней древесины на поверхности пластин. Для моделей тангенциального среза склеиваемых поверхностей из разных пород древесины адгезионная прочность различна: у ели она выше, чем у сосны, вследствие разного содержания ранней и поздней древесины. Так, у ели площадь поздней древесины в тангенциальном срезе составляет 13%, а у сосны — 30%.

В большинстве моделей, испытанных на отрыв, на участках поздней древесины наблюдается адгезионный вид разрушения, тогда как на участках ранней древесины происходит смешанное, или когезионное (по древесине или цементному камню), разрушение. Поэтому получаемая адгезионная прочность при испытании моделей может быть принята как усредненная величина сцепления на участках ранней и поздней древесины.

Таким образом, для получения сопоставимых результатов нельзя говорить об адгезионной прочности для композиции «древесина—цементный камень», не указав, какую площадь занима­ет поздняя древесина на склеиваемой поверхности и какова шероховатость поверхности.

Как показали исследования (см. табл. 4.4), величина деформации растяжения при отрыве (до момента разрушения) пропорциональна отрывающему усилию. У моделей с тангенциальным срезом на склеиваемых поверхностях абсолютная величина «формации выше, чем с радиальным срезом, что может быть

объяснено более однородным полем по числу активных адгезионных центров. Эксперименты показали (табл. 4.5), что адгезионная прочность на отрыв у моделей II типа на 22% превышала аналогичную величину у моделей I типа, а при модифицировании цементного теста поливинилацетатом (до 12% массы цемента)—на 24%. При испытании моделей II тина на растяжение при изгибе эти значения соответственно составляли 22,2 и 25,8% значений на отрыв (растяжение при отрыве).

Понимание специфических особенностей сцепления композиции «древесина — цементный камень» помогает правильно ориентироваться при выборе способов повышения адгезионной проч­ности сцепления в структуре арболита.