Цель работы – сравнительная оценка прочности при сдвиге клеевых и цементно-песчаных швов, соединяющих блоки из древесно-цементного материала.

Материалы и методы. Блоки были получены из смеси мелкой стружки, цемента, сульфата алюминия, жидкого стекла, воды (технолог – М.А. Суханов). После набора прочности в течение 28 дней блоки распилили с целью изготовления образцов для испытаний на сдвиг (рис. 1 и 2). Материалы швов: цементно-песчаная смесь (ЦПС, соотношение цемент:песок 1:3), толщина шва от 7 до 10 мм (рис. 1); клей для укладки блоков из ячеистого бетона автоклавного твердения, толщина шва от 2 до 4 мм (рис. 2).

Рис. 1. Образец 1 (ЦПС)

Рис. 2. Образец 2 (клей)

Образцы испытывали на машине SHIMADZU AG50kNX через семь дней после изготовления.

Результаты. Образец 1 (ЦПС) разрушился при нагрузке 223 Н (~0.02 H/мм²), энергия разрушения 0.42 Дж. Визуально по картине разрушения определено, что образец 1 имеет низкую адгезионную прочность сцепления слоя ЦПС и древесно-цементного материала.

Образец 2 (клей) разрушился при нагрузке 3243 Н (~0.27 H/мм²), энергия разрушения 4.88 Дж. На части площади контакта разрушился древесно-цементный материал. Это подтверждает высокую адгезионную прочность сцепления клеевого слоя и древесно-цементного материала.

Осуждение и заключение. Полученные экспериментальные данные указывают на возможность применения указанного выше клея в кладке не только из газобетонных блоков, но также из древесно-цементных блоков. При этом прочность на сдвиг клеевого соединения существенно выше по сравнению с прочностью кладки на ЦПС.

Следует отметить, что с точки зрения геометрии газобетонные блоки отличаются от блоков из древесно-цементного материала меньшими отклонениями от идеальных размеров и формы. В настоящее время технологии изготовления древесно-цементных материалов не всегда гарантируют стабильность размеров и формы блоков. Поэтому расход клея в кладке из древесно-цементных блоков будет более высоким. Однако, если будет найдена технология производства древесно-цементных блоков с достаточно стабильными размерами, то применение относительно небольшого количества клея обеспечит высокую прочность соединения таких блоков.

Касаясь сравнения блоков из газобетона с блоками из древесно-цементного материала в контексте данной работы необходимо отметить следующее. Актуальность совершенствования технологий древесно-цементных материалов определяется, прежде всего, вкладом в решение экологической проблемы рационального использования отходов лесопромышленного комплекса путем разработки технически возможных и экономически целесообразных способов утилизации опилок и стружки. Опилки и стружка в больших количествах образуются на деревообрабатывающих предприятиях, при этом существующих способов решения данной проблемы уже недостаточно [3].

Использование измельченной древесины, в том числе отходов лесопиления, для изготовления строительных теплоизоляционных и конструкционных материалов известно не один десяток лет [1-14]. Однако проблема сохраняет свою актуальность [5, 15] , на что указывает интенсивность публикаций по затронутой теме,  в том числе Интернет-ресурсов (рис.3). Полученные данные также указывают также на целесообразность продолжения исследований многоплановой проблемы рационального использования отходов деревообработки.

Рис. 3. Распределение публикаций с ключевым словом “wood-cement” [http://scholar.google.ru]

Работа выполнена при поддержке Программы стратегического развития ПетрГУ в рамках реализации комплекса мероприятий по развитию научно-исследовательской деятельности на 2012-2016 гг.

Склеивание сэндвич – панелей – одна из основных производственных стадий, и здесь каждый производитель использует свои методы и способы. Как расход клея повлияет на характеристики панелей, [4] расскажем в нашей статье.

Испытательным центром МИВ «СибНИИстрой» были проведены испытания кровельных сэндвич – панелей, по определению несущей способности при равномерно распределенной нагрузке, при однопролетной схеме нагружения, согласно ТУ 5284-227-39124899-2005 с изм. 1.[1]

Изготовителем были представлены образцы:

- Образец №1  ПМКМ – 3800х1000х150 – 0,7/0,7 (с существующим расходом клея) – 3шт.

- Образец №2  ПМКМ – 3800х1000х150 – 0,7/0,7 (с увеличенным расходом клея) – 3шт.

Испытание сэндвич-панелей производилось в проектном положении, согласно схеме испытаний представленной на рисунке 1

1-Испытуемый образец (две кровельные сэндвич – панели с утеплителем из минеральной ваты номинальной толщиной 150 мм) с перехлестом в гофре; 2-Опорный прогон (с шириной полки не менее 60 мм); 3-Опорные прокладки из бруса 59х 100х 150; 4-Шуруп саморез с шайбой 5.5х 205 мм(на крайних опорах в каждую гофру, на промежуточной через волну); 5-Шуруп самонарезающий 4.8х 19 с шагом 300 мм; 6-Слой резины или войлока толщиной 10 мм.

Рисунок 1- Однопролетная расчетная схема испытания кровельных сэндвич – панелей с утеплителем из минеральной ваты толщиной 150 мм.

Методика испытаний:

1 – Испытания проводить в помещениях с температурой воздуха (22±5) ºС с относительной влажностью 50±5 %.

2 – Величина свесов от крайних опор принята равной не менее 2,5 толщины панели, что составляет 400 мм.

3 – Нагрузку прикладывать ступенчато, значение ступени не должно превышать 10% контрольной нагрузки по прочности панели. После приложения каждой ступени нагрузки испытываемое изделие следует выдерживать под нагрузкой до полной стабилизации прогибов не менее 5 минут. На протяжении этого времени следует поддерживать значение нагрузки. По истечении времени определяют окончательное значение остаточной деформации.[2]

4 – Прогибометром зафиксировать максимальный прогиб перед разрушением (прогиб, при котором панель воспринимает приложенную нагрузку не разрушаясь, а дальнейшее небольшое увеличение нагрузки приводит к неограниченному росту деформации)

5 – По результатам испытаний указать разрушающую силу Р, действующую на пролет, а также значение разрушающей нагрузки в перерасчете в кг/кв.м для пролетов 2, 4, 6, 8 метров.

6 – В отчете об испытаниях описать характер разрушения: разрушение минераловатных плит, отслоение, потеря устойчивости листа обшивки, смятие под опорами, или др. – в каком месте.

7 – При проведении испытаний образцов на прочность необходимо осуществлять меры, обеспечивающие безопасность персонала и сохранность оборудования.

8 – Остальные требования в соответствии с приложением “Б” ГОСТ 32603 – 2012.[2]

Порядок проведения испытаний:

При испытаниях образцов нагрузку повышают постепенно, ступенями. Время испытания образца не должно быть более 20 мин. Нагрузка на конструкцию создавалась с помощью домкрата. В процессе нагружения определяют прогибы посредине пролета образца на каждой ступени нагружения и определяют разрушающую нагрузку. Прогиб измерялся в середине пролета панели прогибомером системы Аистова тип 6-ПАО-0,01.

Результаты испытаний по определению несущей способности кровельных сэндвич – панелей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты испытаний по определению несущей способности кровельных сэндвич – панелей.

В результате проведения испытаний установлено:

1 – Несущая способность кровельной сэндвич-панели ПМКМ – 3800х1000х150 – 0,7/0,7 (с существующим расходом клея) составила 558,29 кгс/м².

2 – Несущая способность кровельной сэндвич-панели ПМКМ – 3800х1000х150 – 0,7/0,7 (с увеличенным расходом клея) составила 837,44 кгс/м².

Делаем вывод о том, что увеличенный расхода клея положительно влияет на прочностные характеристики сэндвич – панелей.

Что касается клеев, то в основном используются традиционные натуральные клеи животного происхождения – глютиновые. В зависимости от исходного сырья принято разделять их на костные, мездровые и рыбьи.

1. Костный клей (столярный) получают из костей и сейчас выпускают в гранулах и плитках. В зависимости от сорта клей может иметь оттенки от желтовато-коричневого до темно-коричневого, при этом чем клей светлее, тем он качественнее. Также качественным костным клеем считается тот, чьи плитки снаружи гладкие, упругие, желтоватого цвета и имеют стеклянный излом. Перед использованием клей надо опробовать, опустив несколько кусочков в холодную кипяченую воду на один день. Если за это время клей не растворился, а, наоборот, набух и приобрел гибкость, став похожим на кисель, это будет почти несомненным признаком доброкачественности. Хороший костный клей может поглощать воды в 12 раз больше, чем весит сам в сухом виде.
2. Клей мездровый, в отличие от костного, имеет более высокую связывающую способность. Также этот клей быстрее остывает, поэтому нужно более быстро наносить его на склеиваемые поверхности и их соединения. Целесообразно применять смесь мездрового клея с костным. Чтобы склеить твердые и ценные породы древесины, стоит использовать мездровый клей с добавлением 20-40% костного, а для склеивания мягких пород рекомендуют применять костный клей с добавлением 20-40% мездрового. Смешивать эти клеи лучше уже после их приготовления, а не перед разбуханием. Может иметь вид плиток, дробленый и чешуек. Технология приготовления мездрового клея не отличается от костного. Чтобы клей не загнил, требуется добавление антисептика во время варки.
3. Рыбий, или осетровый, клей изготавливают из плавательных пузырей рыб осетровых пород, он считается лучшим по адгезионным свойствам (сцепление), но довольно ценным и редким материалом. Его применяют при ответственных реставрационных работах, особенно при склейке сборных конструкций, уникальной антикварной мебели, подклейке отслоений шпона и инкрустации. Основное преимущество рыбьего клея в том, что он применяются при комнатной температуре и не нуждается в подогреве, в отличие от костного и мездрового. Кроме этого, крайне ценное качество данного клея – его бесцветность, благодаря чему места склейки не выделяются в виде бурых черточек на мебели с инкрустацией, портящих впечатление даже от хорошей реставрационной работы [1].

Другие виды клея использовать при реставрационных работах нежелательно. Однако в некоторые ситуациях какой-то определенный вид клея является лучшим решением. Перечислим:

1. Шеллачный клей удобен для поправок и заделок испортившейся мозаики.
2. Нерастворимый в воде клей используют для наклеек инкрустаций, составленных из разных пород дерева и других материалов.
3. Черный клей часто применяют для склейки дерева с металлом.
4. Столярный клей также хорошо подходит для склейки металлической инкрустации с деревом [1].

Иногда в процессе реставрации требуются отбеливатели, которые применяются для подготовки заделки из новой древесины, нужной для восполнения утрат. Такая обработка производится перед крашением, чтобы выровнять цветовой тон древесины. К отбеливающим составам можно отнести хлорную известь, перекись водорода, щавелевую кислоту.

Краски и протравы используются для имитации ценных и дорогих пород дерева. В качестве протрав используются медный и железный купорос, двухромовокислый калий, марганцовокислый калий и ряд других — применяют для имитации таких редких пород древесины, как черное дерево, серый клен, атласное дерево и других. При реставрации деревянной мебели в основном используют красители растительного происхождения, так как они отличаются светостойкостью, спокойными, различного цвета оттенками, что очень важно при прозрачной отделке. Такие красители не затемняют текстуру дерева. Они изготавливаются из отваров чая, кофе, различных растений, коры деревьев, древесных опилок и так далее. Качество окраски часто зависит от породы дерева и ее мягкости [2].

Иногда необходимо использование грунтовки. При реставрационных работах деревянной и фанерованной старинной мебели старые отделочные покрытия, как правило, снимают не полностью, а лишь утоньшают в зависимости от состояния. Подготовку новой древесины осуществляют с помощью грунтовочных составов, которые улучшают адгезионные свойства поверхности древесины с отделочным материалом. Очень часто при реставрации полированной мебели, если этого требует реставрационный процесс, в качестве грунтовки используется шеллачный лак.

Мастика – густая паста, которая в процессе реставрации используется для заделывания отверстий от сучков, мелких трещин, расколов, щелей на стыках соединений и вмятин на поверхности древесины.

Кроме приведенных выше материалов, иногда для украшения реставрируемой мебели используют декоративные материалы, такие как кость, перламутр, шпон, панцирь черепахи и т.д.

Клееная древесина (КД) – это материал, полученный путем склеивания и прессования заранее подготовленных пластов древесины перпендикулярно по отношению направления волокон. Для производства клееной древесины преимущественно применяются стволы хвойных пород древесины, таких как сосна и ель.[1]

Свойства КД.

Достоинствами КД являются:

• Высокая прочность. Прочностные характеристики клееной древесины, не уступает прочностным характеристикам металла и бетона.
• Экологичность. При использовании сертифицированного клея, удовлетворяющего нормам безопасности, клееная древесина относиться к экологически чистым материалам.
• Легкость. Конструкции из клееной древесины в 5-8 раз легче железобетонных и в 2-3 раза легче металла.
• Минимальная усадка. Конструкции из клееной древесины имеют усадку 0,5-1 %, когда усадка цельной древесины составляет до 5%.
• Огнестойкость. Категория пожароустойчивости клееной древесины – R6. Клееная древесина способна при температуре 600-900 °С сохранять несущие способности не менее 45 минут.
• Антисейсмические свойства. Конструкции из клееной древесины способны выдержать землетрясение до 9 баллов по шкале Рихтера.
• Экономия на внутренней и внешней отделке зданий из КД.
• Энергоэффективность. КД имеет коэффициент теплопроводности 0,14-0,17 Вт/(м·°С).

Недостатками КД являются:

• Высокая стоимость материала.
• Уменьшение экологичности и прочностных характеристик материала из-за некачественного клеевого состава, используемого при изготовлении.[2]

Область применения:

Применение КД в строительной практике зданий и сооружений для различных функциональных процессов обусловлено как безграничными возможностями архитекторов, так и с точки зрения экономии. Конструкции в зданиях из КД имеют меньший вес по сравнению с аналогичными железобетонными и стальными конструкциями. Конструкции из КД применяют при возведении большепролетных сооружений, крытых бассейнов и аквапарков, спортивных сооружений и куполообразных зданиях.

Технология изготовления КД:

1 этап – сушка древесины. Сушка включает в себя: формирование штабелей древесины, сушку при атмосферных параметрах в ангарах до остаточной влажности в 30%, сушку в камерах до остаточной влажности в 8-12%, кондиционирование материала в течении пяти суток в условиях климатических параметров завода с целью устранения остаточных напряжений в древесине.[3]

2 этап – обработка пиломатериала. Обработка механическим способом предварительно высушенного пиломатериала представлена: распилом пиломатериала на заготовки с удалением опасных дефектов, торцеванием и фрезерованием.

3 этап – формирование заготовок и нанесение клеевого состава. Предварительно высушенные заготовки до 8-12% и прошедшие механическую обработку складируются в специализированных «кассетах», после переносятся на стадию нанесения клеевого состава на ламели.

4 этап – сборка заготовок. После нанесения клеевого состава, ламели склеивают друг с другом и запрессовывают в специализированных прессовых установках на гидравлическом или механическом приводе.[4]

Номенклатура КД.

Двух-, трех-, и многослойные балки и колонны, арки, рамы, фермы, щиты.[5]

Заключение

Клееная древесина может, как конкурировать с привычными строительными материалами, но и также превосходить их в различных характеристиках и параметрах.

В строительстве клееная древесина является ценным материалам с точки зрения: прочности, легкости, сейсмики, огнестойкости и великолепных акустических и эстетических свойств. Применение клееной древесины возможно как материал для ограждающих, так и для несущих конструкций. Клееной древесиной не редко заменяют конструкции из привычной цельной древесины, несмотря на ее недостатки.