CC BY
14
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ
ИЗГОТОВЛЕНИИ КЛЕЕНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
1 2 Кузнецов А.А. , Чернышев О.Н.
1Кузнецов Антон Александрович - магистр;
2Чернышев Олег Николаевич - кандидат технических наук, доцент, кафедра механической обработки древесины и промышленной безопасности, Химико-технологический институт Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург
Аннотация: в статье представлено исследование прочности клеевых соединений при изготовлении клееных деревянных конструкций, которые находят широкое применение в строительстве зданий и сооружений. Сравнение основных характеристик резорциновых клеев трех марок Российского производства позволило определить их высокие адгезионные свойства.
Ключевые слова: клееные деревянные конструкции, резорциновые клеи, адгезионная прочность.
INVESTIGATION OF THE STRENGTH OF ADHESIVE JOINTS IN THE
MANUFACTURE OF GLUED WOODEN STRUCTURES
12 Kuznetsov A.A. , Chernyshev O.N.
1Kuznetsov Anton Alexandrovich - Master; 2Chernyshev Oleg Nikolaevich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT OF MECHANICAL WOOD PROCESSING AND INDUSTRIAL SAFETY, INSTITUTE OF CHEMICAL TECHNOLOGY URAL STATE FOREST ENGINEERING UNIVERSITY, YEKATERINBURG
Abstract: the article presents a study of the strength of adhesive joints in the manufacture of glued wooden structures, which are widely used in the construction of buildings and structures. Comparison of the main characteristics of resorcinol adhesives of three brands of Russian production made it possible to determine their high adhesive properties.
Keywords: glued wooden structures, resorcinol adhesives, adhesive strength.
Клееные деревянные конструкции способны принимать большие эксплуатационные нагрузки и обеспечивать безопасность и устойчивость различных строительных объектов. В строительных сооружениях такие конструкции предназначаются для выполнения несущих, ограждающих или декоративных функций. Иногда клееные деревянные конструкции выполняют одновременно несколько функций.
В последнее время клееные деревянные конструкции находят широкое применение в строительстве зданий и сооружений, таких как: спортивные и торговые помещения, аквапарки, конюшни, в т.ч. помещения манежа, мосты, мансарды, складские помещения [1], в том числе для хранения химических реагентов для дорожных служб и калийных удобрений для сельского хозяйства и т.д. Также применение клееных деревянных конструкций стало широко использоваться в области малоэтажного домостроения в виде клееного стенового бруса, балок перекрытия и стропильной системы.
Долговечность и безопасность деревянных конструкций из клееного бруса зависит не только от материала, но и от типа и марки применяемого клея, а также его технологических и эксплуатационных свойств [2]. К основным эксплуатационным свойствам клеев относят: прочность клеевого соединения, его эластичность, водостойкость, биостойкость, морозостойкость, температуро- и пожаростойкость [3].
Правильный подбор типа и марки применяемого клея обеспечит максимальную прочность клеевых соединений при изготовлении клееных деревянных конструкций.
В настоящее время на рынке представлено много клеевых материалов на основе ПВАД, из которых 9095% - это материалы, поставляемые по импорту. Многие клеи импортных производителей можно заменить клеями Российского производства, которые имеют схожие технические характеристики и находятся в достаточно низком ценовом диапазоне. Основные свойства резорциновых клеев представлены в таблице 1.
Таблица 1. Основные свойства резорциновых клеев
Показатель Характеристика резорциновых клеев
ФР-12 (ТУ 6-05-1748-75) ФР-100 (ТУ 605-1638-73) ФРФ-50 (ТУ 605-281-14-7)
Внешний вид Однородная прозрачная жидкость от красновато-коричневого до темно-коричневого цвета Однородная жидкость темно-коричневого цвета с красноватым оттенком
Водородный показатель (рН среды) 7,5-8,8 7,9-8,5 Не менее 7,5
Условная вязкость, с, по вискозиметру ВЗ-1 через 24 ч и после изготовления 15-30 8-30 8-30
Содержание сухих веществ, %, не менее 60 55 65
Жизнеспособность клея, ч 2-4 Не менее 1 3-5
Предел прочности при скалывании вдоль волокон, МПа: - дуб 13,0 13,0 13,0
- сосна, ель 6,5 6,5 6,5
Прочность клеевых соединений в теории склеивания определяется термином «адгезия» или адгезионная прочность. С целью определения адгезионной прочности при склеивании ламелей клееных деревянных конструкций разными резорциновыми клеями были проведены эксперименты в лабораториях кафедры Механической обработки древесины и производственной безопасности. Прочность клеевого соединения определяли по ГОСТ 15613.1-84 «Древесина клееная массивная. Методы определения предела прочности клеевого соединения при скалывании вдоль волокон».
Характер разрушения образцов при скалывании вдоль волокон древесины представлен на рисунке 1. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
1- ФР-12; 2 - ФРФ-50; 3 - ФР-100
Рис. 1. Характер разрушения образцов при испытании на скалывание вдоль волокон древесины
Таблица 2. Результаты испытаний образцов на скалывание вдоль волокон древесины
№ п/п ФР-12 ФР-100 ФРФ-50
Ртах, кг тск, МПа Ртах, кг тск, МПа Ртах, кг тск, МПа
1 420 6,86 340 5,56 380 6,21
2 470 7,68 390 6,37 455 7,44
3 425 6,95 200 3,27 430 7,03
4 360 5,88 140 2,29 360 5,88
5 470 7,68 330 5,39 415 6,78
6 570 9,32 395 6,46 400 6,54
7 435 7,11 440 7,19 450 7,36
8 150 2,45 505 8,25 390 6,37
9 300 4,90 440 7,19 470 7,68
10 250 4,09 370 6,05 465 7,60
11 410 6,70 290 4,74 425 6,95
12 550 8,99 430 7,03 330 5,39
Статистическая обработка полученных результатов прочности при склеивании ламелей клееных деревянных конструкций разными резорциновыми клеями проводилась по следующим формулам:
а) среднее арифметическое значение:
- е х • п,
х =—-—L; (1)
п
е п
-=1
где: х; - среднее арифметическое значение или центр группирования размеров; XI - величина каждого ьго значения;
п
Е П - количество всех замеров.
-=1
б) среднее квадратичное значение (отклонение):
Б = ±
1
z (- ху i=1
(2)
z n -1
i=1 i
где: s - среднее квадратичное значение (отклонение);
п ( ~Л2
Z (Xj — X) - сумма квадратов отклонений всех вариантов от среднего арифметического; i=1
в) коэффициент изменчивости (вариации):
100 • я
V = ± - ; (3) X
где: v - вариационный коэффициент или коэффициент изменчивости;
г) средняя ошибка среднего арифметического:
S
m = ± . ■; (4) i niп
где: m - средняя ошибка среднего арифметического;
д) показатель точности:
100 • m
P = ±-=-; (5)
X
где: P - показатель точности, % .
Результаты обработки полученных экспериментальных данных прочности при склеивании ламелей клееных деревянных конструкций разными резорциновыми клеями приведены в таблице 3.
Таблица 3. Результаты статистической обработки полученных данных
№ Наименование показателя Марка клеевого материала
п/п ФР-12 ФР-100 ФРФ-50
1 Среднее арифметическое значение, х 6,92 6,42 6,89
2 Среднее квадратичное отклонение, 5 1,564 1,036 0,595
3 Коэффициент изменчивости (вариации), V 22,58 16,15 18,63
4 Средняя ошибка среднего арифметического, т 0,471 0,328 0,407
5 Показатель точности, Р 6,81 5,11 6,03
Разрушение склеенных образцов происходит по древесине, следовательно, полученный клеевой шов прочнее самой древесины, поэтому все испытываемые клеевые материалы обладают высокими адгезионными свойствами. Самый высокий результат показал клей ФР-12 - 6,92 МПа, а самый низкий 6,42 МПа - ФР-100.
По результатам проведенных исследований сделан следующий вывод:
Все резорциновые клеевые материалы показали высокие адгезионные свойства клеевых соединений на их основе, т.к. по характеру полученных в процессе исследования разрушений клеевое соединение оказалась прочнее древесины.
Список литературы /References
1. Лукаш А.А., Глотова Т.И., Малышева Н.П., Чернышев О.Н. Технология изделий из древесины. Организация и бизнес-планирование столярно-строительных и мебельных производств // Лукаш А.А. Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2022. 144 с.
2. Чумак К.Г., Чернышев О.Н. Характерные особенности клееного бруса из сращенных заготовок и технология его производства / Наука и образование сегодня, 2019. № 5 (40). С. 25-27.
3. Красов А.Н., Чернышев О.Н., Чернышев Д.О. Особенности производства клееного щита для производства мебели / Проблемы науки, 2019. № 4 (40). С. 36-39.
