Исследование влияния овечьей шерсти на прочность гипсового композита

Активные экономические процессы, происходящие сегодня в Узбекистане, также затрагивают вопросы перехода к устойчивому развитию. Принцип устойчивости подразумевает рациональное использование всех видов ресурсов, снижение их потерь, внедрение ресурсосберегающих и безотходных технологий. Проблема рационального и комплексного использования сырьевых ресурсов неразрывно связана с проблемой утилизации техногенных отходов.

Ежедневно на планете образуются несколько миллионов кубических метров твердых отходов. Если газообразные и жидкие отходы быстро поглощаются окружающей средой, то ассимиляция твердых отходов длится десятки, а то и сотни лет, а места их складирования занимают масштабные территории.

В Узбекистане в среднем складируется
до 30 млн м³/год твердых отходов. Всего в стране их скопилось до 11 млрд тонн. Свалки отходов занимают более 50 000 тыс. гектаров. В связи с низким уровнем переработки объем образования промышленных отходов в Узбекистане в 5 раз выше, чем в США, и в 3 раза выше, чем в странах Европы [1].

С учетом увеличивающегося количества полигонов для хранения твердых бытовых отходов, а также высокого спроса на рынке на новые многофункциональные строительные материалы возникает необходимость производства строительных материалов с использованием техногенных отходов.

Во всем мире при производстве строительных материалов получило широкое распространение армирование фибрами и микрофибрами. Если изучить природу применяемых фибр и состав твердых бытовых отходов, то можно заметить, что некоторые составные твердых бытовых отходов пригодны для изготовления добавок в виде фибр. Некоторые отходы и вовсе имеют волокнистую природу.

К примеру, из ПЭТ-бутылок можно получить прочное волокно с хорошими адгезивными свойствами. Издавна известна технология переработки стеклобоя в стекловолокно, которое, в свою очередь, находит широкое применение в производстве стеновых панелей. Макулатура состоит в основном из целлюлозы, которая сама по себе имеет волокнистую природу. Но есть и специфические отходы, которые характерны только для Узбекистана, – овечья шерсть. Сегодня в Узбекистане данные отходы не находят своих потребителей. Основная масса овечьей шерсти выбрасывается, так и не получив вторичное применение, в то время как в других странах овечья шерсть является востребованным сырьем.

Овечья шерсть считается уникальным материалом природного происхождения, имеющим феноменальные теплотехнические характеристики. Способ ее добывания не наносит вреда самому животному, что является дополнительным плюсом. Одним из важнейших качеств шерсти является низкая теплопроводность. Еще одно не менее важное свойство этого материала – высокая гигроскопичность [2].

Идея использования шерсти для армирования гипса теоретически хоть и кажется абстрактной, но на практике может дать уникальный строительный материал. К поиску нестандартных решений призывал и датский ученый Нильс Бор, говоря: «Ваша идея, конечно, безумна, весь вопрос в том, достаточно ли она безумна, чтобы оказаться верной».

Для определения воздействия овечьей шерсти на строительный гипс были проведены ряд испытаний. В ходе испытаний в качестве основного вяжущего вещества использовалось гипсовое вяжущее марки Г-7 Б II.

Для эксперимента использовали овечью шерсть, которую первоначально обработали моющими средствами и высушили. Затем шерсть резали вручную, чтобы получить отрезки длиною 12-18 мм. Волокна равномерно рассеивали в гипсе до образования гомогенной смеси. Затем в смесь добавляли воду. Во время приготовления смеси придерживались водогипсового соотношения 0,65. Полученную смесь тщательно смешивали и заливали в форму из коррозионностойкого материала, предназначенного для изготовления образцов-балочек размерами 40х40х160 мм. Шерсть в композиционной смеси располагалась хаотично.

При изготовлении образцов отсеки формы наполняли одновременно. Для удаления вовлеченного воздуха после заливки гипсового теста форму встряхивали шесть раз при помощи механического вибратора [3].

Прочность при изгибе и сжатии образцов гипса с шерстью оценивали согласно ГОСТ 310.4-81 и ГОСТ 23789-79.

Ниже приводятся данные о составе смесей и результаты физико-механических испытаний данных образцов.

Таблица 1.

Результаты испытания гипсового вяжущего с овечьей шерстью

Рисунок 1. Зависимость прочностных характеристик полученного материала от количества шерсти

Проведенные работы показали, что при изготовлении образцов без применения специальных методов уплотнения, прессования и вибрирования количество волокон по объему ограничено и не превышает 4-5%.

Рисунок 2. Зависимость прочностных характеристик полученного материала от количества шерсти

Из данных, приведенных в таблице № 1, и по рисунку № 2 видно, что добавление шерстяных волокон до 3% не влияет на прочностные характеристики гипса, а добавка в количестве 4% увеличивает показатели прочности. Но в процессе приготовления гипсового теста с овечьей шерстью выяснилось, что добавление волокон больше 3% сильно затрудняет смешивание гипсового теста, что может привести к затруднениям при производстве данного материала.