بررسي تاثير مواد افزودني و تزريقي ...

مقدمه

استفاده از ذرات چوب در تركيب با اتصالدهندههاي

معدني (غير آلي ) به آغاز قرن نوزدهم بر ميگردد. در سال

١٩٢٨ براي توليد اين فراوردهها از سيمان پرتلند استفاده

شد ( ١). تحقيقات بهمنظور بهبود اتصالات ذرات چوب با

سيمان و سرعت بخشيدن به گيرايي مخلوط اين دو ماده با

ارزيابي انواع گونههاي چوبي، مواد ليگنوسلولزي، تيمارهاي

مختلف و تاثير شاخصهاي ديگر مانند مواد افزودني انجام

گرفته است ( ٨). نتايج پژوهشهاي اخير، تاثير مثبت گاز

دياكسيدكربن در گيرايي سريع سيمان با افزايش دماي

هيدراته شدن و خنثيسازي عوامل محدودكننده گيرايي

سيمان را مشخص كرده است( ١٢ ). با توجه به تاثير گاز

و نيز تاثير شكل ذرات و مواد افزودني در بهبود CO2

كيفيت محصولات به بررسي تاثير تزريق اين گاز در كيك

رشته چوب سيمان با استفاده از مواد افزودني پرداخته شده

است.

مواد و روشها

سيمان: سيمان مصرفي در ساخت تختهها، پرتلند نوع ٢

كارخانه آبيك بوده است.

POPULUS ) رشته چوب: رشته چوب از گونه صنوبر

منطقه كرج تهيه شد و با ميانگين ابعاد (SP

٠ ميليمتر مورد استفاده قرار گرفت. /٥×٢×١٥٠

مواد افزودني: مواد افزودني مورد استفاده در اين تحقيق

كلريد كلسيم و سولفات آلومينيوم با درجه خلوص بيش از

آلمان بوده كه MERK ٩٨ درصد و ساخت كارخانه

بهطور جداگانه و در دو سطح ٣ و ٥ درصد مورد مصرف

قرار گرفتند.

دياكسيد كربن: اين ماده بهصورت گاز و با تزريق به كيك

رشته چوب‐ سيمان،قبلازپرسمورداستفادهقرارگرفت.

بهمنظور آماده سازي كيك،رشته چوبها به همراه آب،

ماده افزودني و سيمان بهصورت دستي با يكديگر مخلوط

شدند و اين عمل تا پوشش كامل سطح تمام رشته چوبها

با ذرات سيمان ادامه يافت. رشته چوب و سيمان به ترتيب

با نسبت وزني ٢٥ و ٧٥ درصد مورد استفاده قرار گرفتند.

نسبت آب به سيمان نيز ٦٥ درصد بود. مواد افزودني نيز

بسته به نوع تيمار بهصورت درصدي از وزن سيمان تهيه

شده و پس از حل شدن در آب با رشته چوبها مخلوط و

سپس سيمان اضافه شد.

تزريق گاز: در تيمارهاي شامل تزريق گاز، كيك آماده پس

از فشردهسازي مقدماتي مختصر در محفظه ايزوله

طراحيشده، مجهز به سوزنهاي تزريق كه تا قسمت مياني

ضخامت كيك نفوذ ميكنند، به مدت ١٠ دقيقه تحت

قرار ميگيرد. CO تزريق گاز 2

تعيين دماي كيك قبل از پرس: بهمنظور تعيين دماي

مخلوط رشته چوب سيمان و نتيجه تاثير تزريق دي اكسيد

كربن و مواد افزودني بر آن، در اين تحقيق درجه حرارت

كيك قبل از پرس اندازهگيري شد. نتايج اين بررسي در

شكل ١ خلاصه شده است.

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

زمان (دقيقه)

دما (درجه سانتِگراد)

co با تزريق 2

با مواد افزودني

co بدون مواد افزودني و 2

و مواد افزودنی در کيک چوب سيمان قبل ازپرس CO شکل ١‐ تغييراتدمايیناشیازتزريق2

٩٧٣ نشريه دانشكده منابع طبيعي، دوره ٦٠ ، شماره ۳، مهر ماه ١٣٨٦ ، از صفحه ۹۷۱ تا ۹۷۹

ساخت تخته: كيك پس از فشردهسازي مقدماتي و تزريق

گاز در تيمارهاي شامل آن براي فشردهسازي نهايي و

١٣ ) به دستگاه پرس mm) رسيدن به ضخامت مورد نظر

٥٠ پرس kg/cm منتقل و به مدت ١٠ دقيقه تحت فشار 2

شد، سپس به مدت ٢٠ ساعت تحت قيد قرار گرفت.

در ادامه پس از گيرايي اوليه، تختهها بهمنظور گيرايي

نهايي و به حداقل رساندن سرعت خشك شدن، در اتاقك

مخصوص با دمايي حدود ٣٥ درجه سانتيگراد و رطوبت

نسبي بالاي ٩٠ درصد به مدت ٢٠ روز كليماتيزه شدند.

پس از طي مدت تختهها از محفظه خارج و كنارهبري

شدند.

اندازهگيري خواص فيزيكي و مكانيكي تختهها: با احتساب

تيمار شاهد در مجموع ١٠ تيمار حاصل شد كه از هر تيمار

٣ تخته ساخته شده و پس از ٢٨ روز از زمان ساخت

تختهها (يك هفته پس از خروج تختهها از شرايط

DIN/EN, كليماتيزه)، نمونههاي آزموني بنابر استاندارد

634 از آنها تهيه و آزمايشهاي دانسيته، . Part 1,2

واكشيدگي ضخامت در ٢٤ ساعت، چسبندگي داخلي و

مقاومت خمشي مطابق با همان استاندارد، روي آنها انجام

پذيرفت. اين تحقيق در قالب آزمايشهاي كام ً لا تصادفي

انجام شد و با استفاده از آزمون فاكتوريل و تفكيك

مورد تجزيه و ،(DMRT) ميانگينها به روش دانكن

تحليل آماري قرار گرفت. جدول ١ نوع هر تيمار را مشخص

میسازد.

جدول ١‐ انواعتيمارهايمورداستفادهشماره نوع تيمار

و بدون مواد افزودني CO ١ بدون تزريق گاز 2

با كلريد كلسيم ٣ درصد CO ٢ بدون تزريق گاز 2

با كلريد كلسيم ٥ درصد CO ٣ بدون تزريق گاز 2

با سولفات آلومينيوم ٣ درصد CO ٤ بدون تزريق گاز 2

با سولفات آلومينيوم ٥ درصد CO ٥ بدون تزريق گاز 2

و بدون مواد افزودني CO ٦ با تزريق گاز 2

با كلريد كلسيم ٣ درصد CO ٧ با تزريق گاز 2

با كلريد كلسيم ٥ درصد CO ٨ با تزريق گاز 2

با سولفات آلومينيوم ٣ درصد CO ٩ با تزريق گاز 2

با سولفات آلومينيوم ٥ درصد CO ١٠ با تزريق گاز 2

نتايج

دانسيته: تجزيه واريانس دادههاي حاصل از دانسيته تفاوت

معنيداري را در سطح ١ درصد بين تيمارهاي مختلف

.( نشان ميدهد (جدول ٢

جدول ٢‐ تجزيهواريانسمقاديردانسيتهمنبع تغييرات درجه آزادي مجموع

مربعات

ميانگين

مربعات

مقدار آماره

F

سطح

معنيداري

٠/٠٠٠١ ٣٨/٠٠ ٠/١٦٢ ١/ تيمار ٤٦٤ ٩

٠/٠٠٤ ٠/ خطا ٠٨٥ ٢٠

١/ كل ٥٥٠ ٢٠

٩٧٤ بررسي تاثير مواد افزودني و تزريقي ...

گروهبندي ميانگينها در تختههاي معمولي (فاقد تزريق

گاز) اختلاف چنداني را در دانسيته که از تغيير نوع ماده

افزودني حاصل شود نسبت به نمونه شاهد نشان نميدهد و

هر دو ماده افزودني در يك گروه قرار ميگيرند. در

تمامي نمونهها نسبت به تختههاي CO تختههاي حاوي 2

معمولي دانستيه كمتري دارند و كمترين مقدار دانسيته

مربوط به تيمارهاي حاوي سولفات آلومينيوم است (شكل

.(٢

Densityِ

c c

ab ab b

a a a a ab

0

0.5

1

1.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

تيمار

(g/cm دانسيته ( 3

شكل ۲‐ اثرعواملمتغيربردانسيتهوگروهبنديآنهابهروشدانكننتايج هدست آمده در مورد دانسيته نشان ميدهد که در

تختههاي مورد بررسي بهترين نتايج مربوط به تختههاي

ساختهشده بدون تزريق گاز است و ماده افزودني كلريد

كلسيم در سطح ٥ درصد در اين سري از تختهها با تقويت

گيرايي سيمان موجب ايجاد اتصالات قويتري بين ذرات

سيمان و رشته چوب در زمان قيدگذاري و در نتيجه

كاهش تنشهاي داخلي و برگشت ضخامتي پس از خروج

تختهها از آن ميشود كه در نهايت مقدار دانسيته را

افزايش ميدهد.

واكشيدگيضخامت

جدول ٣ نشان ميدهد که بين مقادير مربوط به تيمارهاي

مختلف در واكشيدگي ضخامت تختهها اثر معناداري در

سطح كمتر از ١ درصد وجود دارد.

جدول ٣‐ تجزيهواريانسمقاديرواكشيدگيضخامتمنبع

تغييرات درجه آزادي مجموع

مربعات

ميانگين

مربعات

مقدار

F آماره

سطح

معنيداري

٠/٠٠٠١ ٢٤/٥٣ ١٨٢/٣٧٠ ١٦٤١/ تيمار ٣٣٥ ٩

٧/٤٣٤ ١٤٨/ خطا ٦٩٥ ٢٠

١٧٠٠/ كل ٠٣٠ ٢٠

همانگونه شكل ٣ نشان ميدهد، گروهبندي ميانگينها،

تختههاي معمولي و هر يك از مواد افزودني را در يك گروه

جداگانه قرار ميدهد، بدين صورت که افزودن كلريد كلسيم

موجب بهبود خاصيت مقاومت به واكشيدگي ضخامت

٩٧٥ نشريه دانشكده منابع طبيعي، دوره ٦٠ ، شماره ۳، مهر ماه ١٣٨٦ ، از صفحه ۹۷۱ تا ۹۷۹

نسبت به تختههاي CO ميشود، اما تختههاي حاوي 2

معمولي واكشيدگي ضخامت بسيار زيادتري را نشان

ميدهند که استفاده از ماده افزودني سولفات آلومينيوم اين

پديده را تشديد ميكند.

تغييرات واكشيدگي ضخامت در دو سري از تختههاي

و فاقد آن را ميتوان به وجود اتصالات CO حاوي 2

ضعيفتر بين ذرات چوب و سيمان نسبت داد که موجب

افزايش واكشيدگي ضخامت تختههاي مورد بررسي ميشود.

Thickness swelling

a

ab

b

c c cd

cd

d d d

0

5

10

15

20

25

30

6 7 8 9 10 تيمار 1 2 3 4 5

واكشيدگي ضخامت (%)

شکل ٣‐ اثرعواملمتغيربرواکشيدگیضخامتوگروهبنديآنهابهروشدانكنمقاومت خمشي

جدول ۴ نشان ميدهد که بين مقادير مقاومت خمشي در

تيمارهاي مختلف در سطح ١ درصد تفاوت معنيداري

وجود دارد.

جدول ٤‐ تجزيهواريانسمقاديرمقاومتخمشيمنبع

تغييرات درجه آزادي

مجموع

مربعات

ميانگين

مربعات

مقدار

F آماره

سطح معني

داري

٠/٠٠٠١ ٤٣/٧٨ ١٦٥/٨٢٤ ١٤٩٢/ تيمار ٤١٩ ٩

٣/٧٨٧ ٧٥/ خطا ٧٥١ ٢٠

١٥٦٨/ كل ١٧١ ٢٠

گروهبندي ميانگينها مشخص ميسازد که با افزودن

هريك از مواد افزودني در تختههاي معمولي هر يك از اين

مواد بهطور معنيداري موجب تغيير در مقاومت خمشي

شدهاند، بدين ترتيب که ماده افزودني كلريد كلسيم سبب

بهبود اين ويژگي ولي سولفات آلومينيوم سبب كاهش آن

CO نسبت به تيمار شاهد ميشود. در نمونههاي حاوي 2

تمامي تختهها نسبت به تختههاي ساختهشده بدون

مقاومت خمشي بسيار كمتري را نشان دادند CO تزريق 2

.( (شكل ٤

٩٧٦ بررسي تاثير مواد افزودني و تزريقي ...

Modulus Of Rupture

a

ab

bc

cd

c

de de

ef

f f

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

تيمار

(Mpa) مقاومت خمشي

شکل ٤‐ اثرعواملمتغيربرمقاومتخمشیوگروهبنديآنهابهروشدانكندر مجموع بيشترين مقادير مقاومت خمشي مربوط به

تختههاي ساختهشده بدون تزريق گاز و حاوي كلريد

كلسيم ٥ درصد بوده است که نسبت به استانداردهاي

مربوط كه مقاومت خمشي تختههاي چوب سيمان را

٩ تعيين ميكند، بسيار بيشتر و بيانگر يكي از N/mm2

خواص مطلوب و كاربردي تختههاي رشته چوب سيمان در

اين تحقيق است.

چسبندگي داخلي

جدول ٥ نشان ميدهد که بين مقادير مربوط به تيمارهاي

مختلف در چسبندگي داخلي تختهها اثر معنيداري در

سطح كمتر از ١ درصد وجود دارد.

جدول ٥‐ تجزيهواريانسمقاديرچسبندگيداخليمنبع

تغييرات درجه آزادي مجموع

مربعات

ميانگين

مربعات

مقدار

F آماره

سطح

معنيداري

٠/٠٠٠١ ٧٣٤/٠٦ ٠/١٦٦ ١/ تيمار ٤٩٥ ٩

٠/٠٠٠٢ ٠/ خطا ٠٠٤ ٢٠

١/ كل ٤٩٩ ٢٠

گروهبندي ميانگينها مشخص ميسازد که در تختههاي

هر يك از مواد افزودني با ،CO ساختهشده بدون تزريق 2

اختلاف معنيداري از يكديگر موجب تغيير در چسبندگي

داخلي تختهها شدهاند، بهطوريكه كلريد كلسيم با افزايش

و سولفات آلومينيوم با كاهش اين ويژگي نسبت به تيمار

شاهد اين تغييرات را ايجاد كردهاند. همچنين نمونههای

به مقدار زيادي نسبت به تختههاي فاقد CO حاوي 2

تزريق گاز، كاهش مقاومت كشش عمود به سطح داشتهاند

.( (شكل ٤

٩٧٧ نشريه دانشكده منابع طبيعي، دوره ٦٠ ، شماره ۳، مهر ماه ١٣٨٦ ، از صفحه ۹۷۱ تا ۹۷۹

شکل ٥‐ اثرعواملمتغيربرچسبندگیداخلیوگروهبنديآنهابهروشدانكنبا توجه به نتايج حاصل از بررسي تغييرات دمايي كيك

رشته چوب سيمان در مرحله تزريق و قبل از پرس ميتوان

را در چسبندگی داخلی CO كاهش شديد ناشي از تزريق 2

به اثر اين گاز در افزايش سريع دماي هيدراتاسيون و در

نتيجه گيرايي و تشكيل حالت پلاستيكي زودهنگام سيمان

بويژه در قسمتهاي مغزي كيك چوب سيمان قبل از پرس

و تشكيل پيوند ضعيفتر بين ذرات رشته چوب و سيمان

نسبت داد.

بحث

بهطور كلي نتايج اين بررسي مشخص ميسازد كه

تختههاي چوب سيمان ساختهشده با رشته چوب صنوبر از

كيفيت مطلوب و قابل قبولي برخوردار بودهاند، بهطوريكه

در برخي ويژگيها مانند مقاومت خمشي و چسبندگي

داخلي، مقادير فوق العاده بيشتري را بويژه در حضور مواد

افزودني نسبت به استانداردهاي مربوط دارند. نتايج نشان

ميدهد كه ماده افزودني مناسب براي ساخت تختهها در

اين بررسي كلريد كلسيم در سطح ٥ درصد است كه تاثير

بسزايي در افزايش كيفيت محصول خواهد داشت. همچنين

بررسي در مورد تعيين تاثير تزريق گاز دي اكسيد كربن در

كيك رشته چوب سيمان قبل از پرس بر خواص تختههاي

در CO حاصل نشان ميدهد با وجود تاثير مثبت گاز 2

افزايش سريع دماي هيدراتاسيون و در نتيجه گيرايي

زودهنگام سيمان، در اين مرحله از توليد، با كاهش زمان

گيرايي، حالت پلاستيكي خمير سيمان كه بصورت لايهاي

اطراف رشته چوبها را پوشانده، بهسرعت تغيير ميكند و

پديده سفت شدن آن تشديد ميشود، در نتيجه قدرت

چسبندگي آن براي اتصال رشتهها در زمان پرس و

قيدگذاري بشدت كاهش مي يابد. اين پديده در نهايت

موجب عدم ايجاد پيوند مناسب بين رشتههاي چوب

سيمان و حضور تركهاي مويين بعد از خروج تختهها از

پرس ميشود. البته بر اساس اين بررسي و تحقيقات

١٤ )، ميتوان پيشبيني كرد كه ) Souza ٨) و ) Geimer

در هنگام پرس يا قيدگذاري صفحات CO تزريق گاز 2

رشته چوب سيمان با افزايش سرعت گيرايي سيمان به

استحكام و گيرايي تختهها كمك خواهد كرد.

در مجموع با توجه به نتايج اين تحقيق مشخص ميشود

كه تختههاي رشته چوب سيمان صنوبر بدون تزريق گاز

قبل از پرس در كيك از نظر خواص كيفي و مقاومتي CO2

با استفاده از ماده افزودني كلريد كلسيم نسبت به تختههاي

چوب سيمان معمولي در سطح بالاتري قرار دارند و داراي

خواص كاربردي مناسبترند.

Internal Bonding

gf gf f g g

e

d

c

b

a

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

تيمار

(Mpa) چسبندگي داخلي

٩٧٨ بررسي تاثير مواد افزودني و تزريقي ...

منابع