Lesnoy Vestnik / Forestry BulletinLesnoy Vestnik / Forestry BulletinЛесной вестник / Forestry Bulletin2542-1468Eco-Vector70696010.18698/2542-1468-2024-3-96-104Wood processing and chemical processing of woodДеревообработка и химическая переработка древесиныResearch ArticleDeformation properties of wood-cement materialsДеформационные свойства древесно-цементных материаловZaprudnovVyacheslav I.ЗапрудновВячеслав Ильич
Russian Federation

Dr. Sci. (Tech.), Professor

д-р техн. наук, профессор

zaprudnov@mgul.ac.ruNikitinVladimir V.НикитинВладимир Валентинович
Russian Federation

Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor

д-р техн. наук, доцент

nikitinvv@bmstu.ruKarpachevSergey P.КарпачевСергей Петрович
Russian Federation

Dr. Sci. (Tech.), Professor

д-р техн. наук, профессор

karpachevs@mail.ruMakhninGeorgiy A.MaхнинГеоргий Александрович
Russian Federation

Student

студент

makhninga@student.bmstu.ruBMSTU (Mytishchi branch)ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал)BMSTUФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»29062024283961042804202628042026Copyright ©; 2024, Zaprudnov V.I., Nikitin V.V., Karpachev S.P., Makhnin G.A.Copyright ©; 2024, Запруднов В.И., Никитин В.В., Карпачев С.П., Maхнин Г.А.2024Zaprudnov V.I., Nikitin V.V., Karpachev S.P., Makhnin G.A.Запруднов В.И., Никитин В.В., Карпачев С.П., Maхнин Г.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/2542-1468/article/view/706960

The results of studies of deformations of wood-cement materials arising under the action of short-term loads are presented. For this purpose, the initial modulus of elasticity and the Poisson’s ratio of wood-cement materials were determined. It is established that the value of the initial modulus of elasticity ranges from 335...495 MPa, depending on the class of wood-cement material in compressive strength B0,35...B1, and the Poisson’s ratio is within 0,154...0,101. It is established that with an increase in the relative volume content of cement c2 from 0,50 to 0,58, the value of the initial modulus of elasticity increases and the shear modulus of the wood-cement material, and the Poisson’s ratio decreases. It was found that for heat-insulating wood-cement material, an increase in the relative volume content of filler (ash) c4 from 0 to 0,1, with constant consumption of binder and organic filler, also allows increasing the value of the initial modulus of elasticity and shear modulus. For wood-cement material with a filler made of wood chips (wool), the value of the initial modulus of elasticity was 134 MPa, and the Poisson’s ratio was 0,062. The coefficient of elasticity of wood-cement material, depending on the class, ranges from 0,60 to 0,75, and the coefficient of plasticity from 0,26 to 0,36. The obtained value of the ultimate compressibility of wood-cement material on average for the class of wood-cement material in terms of compressive strength B0,35, B0,75 and B1 is 2,55 mm/m. It is noted that the obtained values of the initial elastic modulus and Poisson coefficients of wood-cement materials are in good agreement with the data of previously performed work, however, they, as well as the strength of wood-cement materials, turned out to be 20...25 % lower than theoretical ones. It has been established that the conglomerate structure of wood-cement material determines the manifestation of both elastic and plastic properties associated with the formation and accumulation of microcracks, with the plastic properties of the gel component of cement stone. It is concluded that previously obtained analytical dependences can be used to predict creep deformations and shrinkage of wood-cement materials depending on the age of loading.

Приведены результаты исследований деформаций древесно-цементных материалов, возникающих под действием кратковременных нагрузок. Определены значения начального модуля упругости (335…495 МПа) и коэффициента Пуассона древесно-цементных материалов (0,154…0,101), изменяющиеся в зависимости от класса древесно-цементного материала по прочности на сжатие В0,35…В1. Установлено возрастание значений начального модуля упругости и модуля сдвига древесно-цементного материала с увеличением относительного объемного содержания цемента с2 от 0,50 до 0,58 и уменьшение коэффициента Пуассона. Выявлена возможность повышения значений начального модуля упругости и модуля сдвига с помощью увеличения относительного объемного содержания наполнителя (золы) с4 от 0 до 0,1 при постоянном расходе вяжущего и органического заполнителя. Указано согласование полученных значений начального модуля упругости и коэффициентов Пуассона древесно-цементных материалов с данными, полученными ранее, однако они, как и прочность древесно-цементных материалов, оказались на 20…25 % ниже теоретических. Показано влияние конгломератной структуры древесно-цементного материала на его упругие и пластические свойства, что связано с образованием и накоплением микротрещин и пластическими свойствами гелевой составляющей цементного камня. Сделан вывод, что для прогнозирования деформаций ползучести и усадки древесно-цементных материалов, в зависимости от возраста загружения, можно использовать ранее полученные аналитические зависимости.

wood-cement materialscreep and shrinkage deformationsmodulus of elasticityPoisson’s ratioдревесно-цементные материалыдеформации ползучести и усадкимодуль упругостикоэффициент ПуассонаGoncharova M.A., Bocharnikov A.S., Komarichev A.V. Kompozitsionnye materialy na osnove tsementno-vodnykh aktivirovannykh sistem dlya in’ektsionnogo uplotneniya betona ograzhdayushchikh konstruktsiy [Composite materials based on cement-water activated systems for injection compaction of concrete enclosing structures]. Stroitel’nye materialy [Building Materials], 2015, no. 5, pp. 31–35.Гончарова М.А., Бочарников А.С., Комаричев А.В. Композиционные материалы на основе цементно-водных активированных систем для инъекционного уплотнения бетона ограждающих конструкций // Строительные материалы, 2015. № 5. С. 31–35.Vasil’kov S.N. Tekhnologii proizvodstva i primeneniya ekologicheski chistykh i energoeffektivnykh stroymaterialov na osnove drevesnogo syr’ya [Technologies of production and application of environmentally friendly and energy-efficient building materials based on wood raw materials]. Stroitel’nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka [Building materials, equipment, technologies of the XXI century]. 2004, no. 11, p. 50.Васильков С.Н. Технологии производства и применения экологически чистых и энергоэффективных стройматериалов на основе древесного сырья // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2004. № 11. С. 50.Bazhenov Yu.M., Dem’yanova B.C., Kalashnikov V.I. Modifitsirovannye vysokokachestvennye betony [Modified high–quality concretes]. Moscow: DIA, 2006, 368 p.Баженов Ю.М., Демьянова B.C., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. М.: АСВ, 2006. 368 с.Galebuy S. Mekhanizm formirovaniya prochnosti i razrusheniya porizovannogo arbolita na steblyakh khlopchatnika [The mechanism of strength formation and destruction of porous arbolite on cotton stems]. Mekhanizatsiya stroitel’stva [Mechanization of construction], 2011, no. 10, pp. 23–24.Галебуй С. Механизм формирования прочности и разрушения поризованного арболита на стеблях хлопчатника // Механизация строительства, 2011. № 10. С. 23–24.Andreev A.A., Kolesnikov G.N., Chalkin A.A. Drevesno-tsementnyy kompozit s dobavkoy steatita kak konstruktsionnyy i deformiruyushchiy material [Wood-cement composite with the addition of steatite as a structural and deforming material]. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser.: «Estestvennye i tekhnicheskie nauki» [Scientific notes of Petrozavodsk State University. Ser.: «Natural and technical sciences»], 2014, no. 6 (143), pp. 75–78.Андреев А.А., Колесников Г.Н., Чалкин А.А. Древесно- цементный композит с добавкой стеатита как конструкционный и деформирующий материал // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: «Естественные и технические науки», 2014. № 6 (143). С. 75–78.Arakelyan A.A. Prochnostnye i deformativnye svoystva legkikh betonov v zavisimosti ot svoystv zapolniteley [Strength and deformative properties of light concretes depending on the properties of aggregates]. Dis. Cand. Sci. (Tech.)]. Moscow, 1986, 24 p.Аракелян А.А. Прочностные и деформативные свойства легких бетонов в зависимости от свойств заполнителей: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1986. 24 с.Goncharova M.A., Chernyshev M.A. Formirovanie sistem tverdeniya kompozitov na osnove tekhnogennogo syr’ya [Formation of composite hardening systems based on technogenic raw materials]. Stroitel’nye materialy [Building materials], 2013, no. 5, pp. 60–63.Гончарова М.А., Чернышев М.А. Формирование систем твердения композитов на основе техногенного сырья // Строительные материалы, 2013. № 5. С. 60–63.Zaprudnov V.I. Sozdanie kachestvennykh drevesno-tsementnykh materialov [Creation of quality wood-cement materials]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2017, vol. 21, no. 6, pp. 54–60. DOI: 10.18698/2542-1468-2017-6-54-60Запруднов В.И. Создание качественных древесно-цементных материалов // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2017. Т. 21. № 6. С. 54–60. DOI: 10.18698/2542-1468-2017-6-54-60Zaytsev Yu.V. Modelirovanie deformatsiy i prochnosti betona metodami mekhaniki razrusheniy [Modeling of deformations and strength of concrete by methods of fracture mechanics]. Moscow: Stroyizdat, 1982, 196 p.Зайцев Ю.В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушений. М.: Стройиздат, 1982. 196 с.Korol’ E.A. Trekhsloynye ograzhdayushchie zhelezobetonnye konstruktsii iz legkikh betonov i osobennosti ikh rascheta [Three-layer enclosing reinforced concrete structures made of light concrete and features of their calculation]. Moscow: DIA, 2001, pp. 52–69.Король Е.А. Трехслойные ограждающие железобетонные конструкции из легких бетонов и особенности их расчета. М.: АСВ, 2001. C. 52–69.Novikova N.O., Yartsev V.P. Primenenie arbolita i ego analogov v raznykh stranakh [The use of arbolite and its analogues in different countries]. Sinergiya nauk [Synergy of Sciences], 2018, no. 19, pp. 524–537.Новикова Н.О., Ярцев В.П. Применение арболита и его аналогов в разных странах // Синергия наук, 2018. № 19. С. 524–537.Mel’nikova L.V. Tekhnologiya kompozitsionnykh materialov iz drevesiny [Technology of composite materials made of wood]. Moscow: MSFU, 2004, 234 p.Мельникова Л.В. Технология композиционных материалов из древесины. М.: МГУЛ, 2004. 234 с.Nanazashvili I.Kh. Arbolit — effektivnyy stroitel’nyy material [Arbolite is an effective building material]. Moscow: Stroyizdat, 1984, 125 p.Наназашвили И.Х. Арболит — эффективный строительный материал. М.: Стройиздат, 1984. 125 с.Podchufarov V.S., Chemleva T.A., Shcherbakov A.S. Ob optimal’nom sostave arbolita povyshennogo kachestva [On the optimal composition of high-quality arbolite]. Nauchnye trudy MGUL [Scientific works of MGUL], 1976, iss. 93, pp. 68–88.Подчуфаров В.С., Чемлева Т.А., Щербаков А.С. Об оптимальном составе арболита повышенного качества // Научные труды МГУЛ, 1976. Вып. 93. С. 68–88.Ryb’ev I.A. Dve vazhneyshie zakonomernosti v svoystvakh materialov s konglomeratnym tipom struktury [Two important patterns in the properties of materials with a conglomerate type of structure]. Stroitel’nye materialy [Building materials], 1965, no. 1, pp. 17–20.Рыбьев И.А. Две важнейшие закономерности в свойствах материалов с конгломератным типом структуры // Строительные материалы, 1965. № 1. С. 17–20.Tsepaev V.A. Dlitel’naya prochnost’ i deformativnost’ konstruktsionnykh drevesno-tsementnykh materialov i nesushchikh elementov na ikh osnove [Long-term strength and deformability of structural wood-cement materials and bearing elements based on them]. Dis. Dr. Sci. (Tech.). Nizhny Novgorod: NGASU, 2001, 46 p.Цепаев В.А. Длительная прочность и деформативность конструкционных древесно-цементных материалов и несущих элементов на их основе: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Нижний Новгород: Изд-во НГАСУ, 2001. 46 с.Khoroshun L.P., Shcherbakov A.S. Prochnost’ i deformativnost’ arbolita [Strength and deformability of arbolite]. Kiev: Nauk. Dumka, 1979, 192 p.Хорошун Л.П., Щербаков А.С. Прочность и деформативность арболита. Киев: Наукова думка, 1979. 192 с.Savin V.I., Kolosov G.E., Sokolov B.A. Stenovye paneli iz porizovannogo arbolita [Wall panels made of porous arbolite]. Legkie betony na osnove otkhodov promyshlennosti i konstruktsii iz nikh [Book Light concretes based on industrial waste and structures made from them]. Moscow: NIIZHB, 1983, pp. 8–14.Савин В.И., Колосов Г.Е., Соколов Б.А. Стеновые панели из поризованного арболита // Легкие бетоны на основе отходов промышленности и конструкции из них. М.: Изд-во НИИЖБ, 1983. С. 8–14.Savin V.I., Davidyuk A.N. Tekhnologiya i osnovnye fiziko-mekhanicheskie svoystva porizovannogo arbolita na polimernom vyazhushchem [Technology and basic physico-mechanical properties of porous arbolite on a polymer binder]. Nauchnye trudy MGUL [Scientific works of MGUL], 1986, iss. 180, pp. 30–43.Савин В.И., Давидюк А.Н. Технология и основные физико-механические свойства поризованного арболита на полимерном вяжущем // Научные труды МГУЛ, 1986. Вып. 180. С. 30–43.Jayanudin J., Fahrurrozi M., Wirawan S.K., Rochmadi R. Mathematical modeling of the red ginger oleoresin release from chitosan-based microcapsules using emulsion crosslinking method. Engineering Science and Technology, 2019, v. 22, iss. 2, pp. 458–467.Jayanudin J., Fahrurrozi M., Wirawan S.K., Rochmadi R. Mathematical modeling of the red ginger oleoresin release from chitosan-based microcapsules using emulsion crosslinking method // Engineering Science and Technology, 2019, v. 22, iss. 2, pp. 458–467.Shchibrya A.Yu. Effektivnyy teploizolyatsionnyy material iz porizovannogo arbolita na risovoy luzge [Effective thermal insulation material from porous arbolite on rice husk]. Dis. Cand. Sci. (Tech.). Rostov-on-Don, 2000, p. 21.Щибря А.Ю. Эффективный теплоизоляционный материал из поризованного арболита на рисовой лузге: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2000. С. 21.Boadu K.B., Antwi-Boasiako C., Ofosuhene L. Solvent extraction of inhibitory substances from three hardwoods of different densities and their compatibility with cement in composite production. J. of the Indian Academy of Wood Science, 2018, v. 15, pp. 140–148.Boadu K.B., Antwi-Boasiako C., Ofosuhene L. Solvent extraction of inhibitory substances from three hardwoods of different densities and their compatibility with cement in composite production // J. of the Indian Academy of Wood Science, 2018, v. 15, pp. 140–148.Berkenkamp R. Wood fiber-cement product, process and properties. Ed. A.A. Moslemi, Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials. Madison, WI. Forest Products Society, 2017, pp. 8–13.Berkenkamp R. Wood fiber-cement product, process and properties. Ed. A.A.Moslemi, Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials. Madison, WI. Forest Products Society, 2017, pp. 8–13.Cheumani Y.A.M., Ndikontar M., De Jéso B, Sèbe G. Probing of wood–cement interactions during hydration of wood–cement composites by proton low-field NMR relaxomet. J. Mater. Sci., 2011, v. 46, pp. 1167–1175.Cheumani Y.A.M., Ndikontar M., De Jéso B, Sèbe G. Probing of wood–cement interactions during hydration of wood–cement composites by proton low-field NMR relaxomet // J. Mater. Sci., 2011, v. 46, pp. 1167–1175.Fan M., Ndikontar M.K., Zhou X., Ngamveng J.N. Cement-bonded composites made from tropical woods. Compatibility of wood and cement. Construction and Building Materials, 2012, v. 36, pp. 135–140.Fan M., Ndikontar M.K., Zhou X., Ngamveng J.N. Cement-bonded composites made from tropical woods // Compatibility of wood and cement. Construction and Building Materials, 2012, v. 36, pp. 135–140.Frybort S., Mauritz R., Teischinger A., Muller U. Cement bonded composites – a mechanical review. BioResources, 2008, v. 3(2), pp. 602–626.Frybort S., Mauritz R., Teischinger A., Muller U. Cement bonded composites – a mechanical review // BioResources, 2008, v. 3(2), pp. 602–626.Jorge F.C., Pereira C., Ferreira J.M.F. Wood-cement composites: a review. Holz als Roh-und Werkstoff, 2004, v. 62(5), pp. 370–377.Jorge F.C., Pereira C., Ferreira J.M.F. Wood-cement composites: a review // Holz als Roh-und Werkstoff, 2004, v. 62(5), pp. 370–377.Parchen C.F.A., Iwakiri, S., Zeller, F. Vibro-dynamic compression processing of low-density wood-cement composites. Eur. J. Wood Prod., 2016, v. 74, pp. 75–81. https://doi.org/10.1007/s00107-015-0982-1Parchen C.F.A., Iwakiri, S., Zeller, F. Vibro-dynamic compression processing of low-density wood-cement composites // Eur. J. Wood Prod., 2016, v. 74, pp. 75–81. https://doi.org/10.1007/s00107-015-0982-1Ronquim R.M., Ferro F.S., Icimoto F.H., Campos C.I., Bertolini M.S., Christoforo A.L., Rocco Lahr F.A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Cement Composite with Lignocellulosic Grading Waste Variation. International J. of Composite Materials, 2014, v. 4(2), pp. 69–72.Ronquim R.M., Ferro F.S., Icimoto F.H., Campos C.I., Bertolini M.S., Christoforo A.L., Rocco Lahr F.A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Cement Composite with Lignocellulosic Grading Waste Variation // International J. of Composite Materials, 2014, v. 4(2), pp. 69–72.Sá V.A., Bufalino L., Albino V.C.S., Corrêa A.A., Mendes L.M., Almeida N.A. Mixture of three reforestation species on the cement-wood panels production. Revista Árvore, 2012, v. 36, no. 3, pp. 549–557.Sá V.A., Bufalino L., Albino V.C.S., Corrêa A.A., Mendes L.M., Almeida N.A. Mixture of three reforestation species on the cement-wood panels production // Revista Árvore, 2012, v. 36, no. 3, pp. 549–557.Sanaev V.G., Zaprudnov V.I., Gorbacheva G.A., Oblivin A.N. Factors affecting the quality of wood-cement composites. Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, 2016, t. 9, no. 2, pp. 63–71.Sanaev V.G., Zaprudnov V.I., Gorbacheva G.A., Oblivin A.N. Factors affecting the quality of wood-cement composites // Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, 2016, t. 9, no. 2, pp. 63–71.Sahin H.T., Kaya A.I., Yalçın O.U., Kılınçarslan Ş., Şimşek Y., Mantanis G.I. A study on the production process and properties of cement-based wood composite materials. J. Graduate School of Natural and Applied Sciences of Mehmet Akif Ersoy University, 2019, v. 10(2), pp. 219–228.Sahin H.T., Kaya A.I., Yalçın O.U., Kılınçarslan Ş., Şimşek Y., Mantanis G.I. A study on the production process and properties of cement-based wood composite materials // J. Graduate School of Natural and Applied Sciences of Mehmet Akif Ersoy University, 2019, v. 10(2), pp. 219–228.Ronquim R.M., Ferro F.S., Icimoto F.H., Campos C.I., Bertolini M.S., Christoforo A.L., Rocco Lahr F.A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Cement Composite with Lignocellulosic Grading Waste Variation. International J. of Composite Materials, 2014, v. 4(2), pp. 69–72.Ronquim R.M., Ferro F.S., Icimoto F.H., Campos C.I., Bertolini M.S., Christoforo A.L., Rocco Lahr F.A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Cement Composite with Lignocellulosic Grading Waste Variation // International J. of Composite Materials, 2014, v. 4(2), pp. 69–72.Torkaman J., Ashori A., Momtazi A.S. Using wood fiber waste, rice husk ash, and limestone powder waste as cement replacement materials for lightweight concrete blocks. Construction and Building Materials, 2014, v. 50, pp. 432–436.Torkaman J., Ashori A., Momtazi A.S. Using wood fiber waste, rice husk ash, and limestone powder waste as cement replacement materials for lightweight concrete blocks // Construction and Building Materials, 2014, v. 50, pp. 432–436.Zaprudnov V.I., Sanaev V.G., Gorbacheva G.A., Karpachev S.P., Levushkin D.M. The influence of chemical additives on strength of wood-cement composite. Materials Science Forum, 2019, t. 972, pp. 69–76.Zaprudnov V.I., Sanaev V.G., Gorbacheva G.A., Karpachev S.P., Levushkin D.M. The influence of chemical additives on strength of wood-cement composite // Materials Science Forum, 2019, t. 972, pp. 69–76.Zhou Y., Kamdem D.P. Effect of cement/wood ratio on the properties of cement-bonded particleboard using CCA-treated wood. Forest Products J., 2002, v. 52 (2), pp. 73–81.Zhou Y., Kamdem D.P. Effect of cement/wood ratio on the properties of cement-bonded particleboard using CCA-treated wood // Forest Products J., 2002, v. 52 (2), pp. 73–81.