МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЫРЬЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ПРОЧНОСТЬ ГИПСОДРЕВЕСНОГО КОМПОЗИТА

Представлены результаты математического моделирования влияния сырьевых компонентов на прочность гипсодревесного композита (ГДК)для ограждающих конструкций зданий. Получение древесно-цементных композитов затруднено, в связи с наличием в древесном заполнителе экстрагируемых веществ – легко диффундируемых через стенки клеток древесины и вымываемых водой частиц размером до 1 мкм, которые оказывают негативное влияние на гидратацию цемента, сроки схватывания и твердения древесно-цементной смеси, форму и размеры образующихся кристаллогидратов и, соответственно, снижают прочность материала. Гипсовые вяжущие, в отличие от цементных, менее чувствительны к воздействию экстрагируемых веществ, однако они характеризуются низкой адгезией гипсовой матрицы и древесного заполнителя, что приводит к снижению прочностных показателей ГДК. Решением данной проблемы является структурирование ГДК водорастворимыми полимерными добавками – смолами. Методом ортогонального центрального композиционного планирования эксперимента построена математическая модель зависимости прочности на сжатие ГДК от количества строительного гипса, древесного заполнителя из свежесрубленной древесины лиственных пород и карбамидоформальдегидной смолы. По критериям Стьюдента и Фишера выполнена оценка статистической значимости и адекватности математической модели, позволяющей определять рациональные значения рецептурных факторов при ресурсосберегающемизготовлении ГДК с прочностью на сжатие более 31 МПа для ограждающих конструкций зданий. Выполнен электронно-микроскопический анализ микроструктуры гипсодревесного композита, показывающий, что повышение прочности ГДК обусловлено уплотнением пространства между кристаллогидратами двугидрата сульфата кальция(CaSО4·2Н2О) и улучшением адгезионных связей в системе «гипсовая матрица – древесный заполнитель» при введении карбамидоформальдегидной смолы.

Ключевые слова: гипсодревесный композит, строительный гипс, древесный заполнитель, карбамидоформальдегидная смола, математическая модель, прочность на сжатие.

MATHEMATICAL MODELING OF THE INFLUENCE OF RAW COMPONENTS ON THE STRENGTH OF GYPSUMWOOD COMPOSITE

The results of mathematical modeling of the influence of raw materials on the strength of gypsum-wood composite (GWC) for building envelopes are presented. It is difficult to obtain wood-cement composites, due to the presence of extractable substances in the wood filler - particles up to 1 µm in size that easily diffuse through the walls of wood cells and wash out with water, which have a negative effect on the hydration of cement, the setting and hardening time of the wood-cement mixture, the shape and the size of the resulting crystalline hydrates and, accordingly, reduce the strength of the material. Gypsum binders, unlike cement binders, are less sensitive to the effects of extractable substances, but they are characterized by low adhesion of the gypsum matrix and wood filler, which leads to a decrease in the strength characteristics of GWC. The solution to this problem is the structuring of GWC with water-soluble polymer additives - resins. Using the method of orthogonal central compositional planning of the experiment, a mathematical model was constructed for the dependence of the compressive strength of GWC on the amount of building gypsum, wood filler from freshly cut hardwood, and urea-formaldehyde resin. According to Student's and Fisher's criteria, the statistical significance and adequacy of the mathematical model was assessed, which makes it possible to determine the rational values of recipe factors in the resource-saving production of GWC with a compressive strength of more than 31 MPa for building envelopes. An electron microscopic analysis of the microstructure of the gypsum-wood composite was performed, showing that the increase in the strength of the GWC is due to the compaction of the space between the crystalline hydrates of calcium sulfate dihydrate (CaSO4·2H2O) and the improvement of adhesive bonds in the system "gypsum matrix - wood filler" with the introduction of urea-formaldehyde resin.

Keywords: gypsum-wood composite, building gypsum, wood filler, urea-formaldehyde resin, mathematical model, compressive strength.