CC BY
11УДК 674.213:692.2
О. К. Леонович, С. П. Судникович (O.K. Leonovitch, S.P. Sudnikovitch) (БГТУ, Минск, РБ)
ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ КЛЕЕНОЙ МНОГОСЛОЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ (КМД) ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДОМОВ КАРКАСНОГО ТИПА (PROBLEMS OF GLUED-LAMINATED TIMBER (GLT) THE CONSTRUCTION OF HOUSES OF FRAME TYPE)
Проведен теплотехнический расчет древесины, бруса клееного и стеновой панели для домов каркасного типа. Для продления срока эксплуатации рекомендовано проводить биоогнезащиту деревянных конструкций.
The article Thermal calculation of wood laminated beams and power-houses of the new panel to the frame type. To prolong the life of the recommended conduct bio-fire protection of wooden structures.
Древесина как конструкционный материал отличается от прочих материалов, используемых в промышленности и строительстве, высокой изменчивостью своих свойств. Она имеет различные коэффициенты усушки и соответственно разбухания при увлажнении в различных направлениях: в тангенциальном - 0,28, в радиальном - 0,17*. Чтобы уменьшить влияние анизотропии древесины в различных направлениях, необходимо при конструировании деревянных строительных конструкций применять клееную многослойную древесину.
При строительстве деревянных домов в качестве ограждающих и несущих конструкций используется брус деревянный, который имеет ряд недостатков:
- затруднена сушка массивного бруса;
- при эксплуатации сооружений из массивного бруса последние дают усадку до 1,5-3 см на метр высоты строения в течение первого года эксплуатации. При высоте этажа 3 м усадка может достигать 4,59 см, что требует выдержки на естественную сушку и усадку от 3 до 12 мес. перед началом внутренней и внешней отделки таких сооружений и монтажом столярно-строительных деталей;
- размеры бруса ограничены: длина 4-8 м, толщина в среднем 14-22 см;
- сбежистость и пороки, присущие массивной древесине, отрицательно влияют на качество строительных конструкций;
- нормативное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций недостаточное, особенно в местах соединения бревен.
Проведем теплотехнический расчет стены из бруса толщиной 21 см, например для климатических условий Брестской области.
Конструкция стены приведена на рис. 1.
Рис. 1. Конструкция стены: 1 - клееный деревянный брус из древесины сосны
В соответствии с табл. 4.1 СНБ 2.04.01 расчетная температура внутреннего воздуха составляет 18°С, расчетная относительная влажность - 55%. Влажностный режим помещений в соответствии с табл. 4.2 СНБ 2.04.01 - нормальный, условия эксплуатации ограждающих конструкций - Б.
Расчетные значения коэффициентов теплопроводности X, теплоусвоения 5 и паропроницаемости ц материалов стены приведены в табл. 1.
Тепловая инерция данной конструкции стены со:
= 4,54 = 5,3
0,18
(1)
Согласно табл. 5.2 СНБ 2.04.01-97 для ограждающих конструкций с тепловой инерцией 4,0 < I) < 7,0 за расчетную зимнюю температуру наружного воздуха следует принимать среднюю температуру наиболее холодных трех суток, которая для Брестской области соответственно составляет минус 23 °С (табл. 4.3 СНБ 2.04.01-97).
Серговский П. С., Рассев А. И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. М.: Лесн.пром-сть, 1987.
*
Расчетная зимняя температура наружного воздуха составляет /,, = -23 °С,
Требуемое сопротивление теплопередаче по формуле (5.2) СНБ 2.04.01-97:
Rm
1-(18 + 23) 8,7-6
= 0,78 м2 • °С/Вт.
(2)
Расчетное сопротивление теплопередаче стены составляет:
К
5_
1
8,7
0,210 1
0,18
— = 1,32 м2 • °С/Вт 23
(3)
Так как данная конструкция стены является однослойной, то в соответствии с СНБ 2.04.01 определенное значение сопротивления теплопередаче является окончательным. В соответствии с табл. 5.1 СНБ 2.04.01-97 сопротивление теплопередаче данной конструкции стены должно быть не менее ^тнорм =3,2 м2°С/Вт, что не выполняется, так как И, = 1,32 м2 °С/Вт. Поскольку условие сопротивления теплопередаче стены не выполняется, предложено использовать сборные стеновые панели для домов каркасного типа (рис. 2).
Рис. 2. Схема панели дома каркасного типа: 1 - гипсокартон; 2 - ОСП; 3 - пленка пароизоляционная Изоспан В; 4 - теплоизоляционный материал Изовер КЬ-37; 5 - пленка ветровлашзащитная Изоспан АМ; 6 - ОСП; 7 - деревянный каркас
Стеновая панель для домов каркасного типа состоит из следующих слоев. Внутри располагается деревянный каркас, между стойками которого находится слой из теплоизоляционного материала Изовер KL-37 толщиной 150 мм. С внутренней стороны материал заизолирован пароизоляционной пленкой и обит гипсокартоном. С наружной стороны изоляционный слой отделен ветроизоляционной пленкой и обит ориентировочно-стружечной плитой типа ОСБ-3. На ориентировочно-стружечную плиту наносится десятимиллиметровый слой штукатурки.
На предложенную стеновую панель разработаны технические условия для Борисовского ДОКа и филиала «Домостроение» РУП «Завод газетной бумаги». Документация согласована с Министерством здравоохранения, МЧС и РУП «Стройтехнорм».
Предложено использовать материалы с расчетными значениями коэффициентов теплопроводности А, теплоусвоения 5 и паропроницаемости и. приведенными в табл. 2.
Проведем расчет сопротивления теплопередаче данной конструкции панели домов каркасного типа (рис. 3). В соответствии с методикой, изложенной в СНБ 2.04.01.-97, установлено расчетное сопротивление теплопередаче указанной конструкции, составляющее 2,63 м2 • °С/Вт. Конструкция рассчитана с учетом дополнительного десятимиллиметрового слоя штукатурки.
Приведенный коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя
0,18-1,48 + 0,041-6,62
= 0,066 Вт/(м-°С). (4)
1,48 + 6,62
Согласно требованиям СНБ 2.04.01-97 и последних нормативных документов Министерства архитектуры Республики Беларусь расчетное сопротивление теплопередаче стены должно быть не менее 3,2 м2 • °С/Вт, т.е. должно выполняться условие:
1 0,015 0,01 0,150 0,012 —+-+-+-+-+
8,7 0,29 0,21 0,066 0,29
R,„ =
А" 0,0125 1
0,05 0,21
— >3,2 м2 • °С/Вт. 23
(5)
Таблица 1
Тепловые характеристики материалов
Материал Плотность в сухом состоянии р, кг/м3 Коэффициент тепло, Вт/(м ■ °С), при условиях эксплуатации Коэффициент тепло-усвоения s, Вт/(м2 ■ °С), при условиях эксплуатации Коэффициент паропроницаемости ц, мг/(м ■ ч ■ Па)
А Б А Б
Пиломатериалы из древесины сосны 500 0,14 0,18 3,87 4,54 0,06
Преобразуем приведенное выше выражение для определения толщины дополнительного теплоизоляционного слоя:
Л' = 3,2-
1
8/7
0,012 0,0125
0,015 0,01 0,150
0,29 0,21 0,066
0,29
0,21
23
•0,05 = 0,030 м.
(6)
Принимаем толщину дополнительного теплоизоляционного слоя равной 50 мм.
Теплотехнические испытания панели с утеплителем из минераловатных плит проведены на климатическом комплексе БелНИИС Минстройархитек-туры Республики Беларусь в соответствии с ГОСТ 26254-84.
Приведенное сопротивление теплопередаче рассматриваемой стеновой панели дома каркасного типа с дополнительным утеплением с наружной стороны плитами из пенополистирола толщиной 50 мм больше, чем нормируемое ТКП 45-2.04-43 и изм. №1
_1_
2_
з
\
21
230
Рис. 3. Конструкция стены: 1 - блок-хаус; 2 - теплоизоляционный слой; 3 - клееный деревянный брус из древесины сосны
к нему. Значение этого параметра /^1[|п|:,1= 3,2 м2 • °С/Вт. Таким образом, по своим теплотехническим характеристикам панель соответствует предъявляемым требованиям.
В результате проведенных исследований выбрана эффективная стеновая панель для домов каркасного типа, которая по расчетным характеристикам удовлетворяет строительным нормам.
Многослойная стеновая панель в соответствии с проведенным расчетом соответствует нормируемым параметрам и позволяет значительно снизить потребление древесины при строительстве домов каркасного типа.
Массивная древесина и клееные деревянные конструкции, находящиеся в неблагоприятных условиях (высокая температура 20-35 °С, влажность 30-95 %), активно подвергаются поражению деревоокрашива-ющими, плесневыми и дереворазрушающими грибами, для развития которых эти условия оптимальны.
Древесина, поврежденная деревоокрашивающи-ми грибами, более подвержена поражению дереворазрушающими грибами. Основные из них - это СошосЬога сегеЬеПа, СошосЬога руйапа и другие домовые грибы.
Несущая способность используемых ограждающих конструкций должна быть подтверждена расчетами в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». Для использования бруса в строительстве его подвергают конструкционным и химическим методам защиты. Конструкционные методы должны предусматривать: 1) вентилируемость фасада, т.е. удаление возможных межслойных образований конденсата; 2) изоляцию крепежных элементов, образующих «мостики холода», вызывающие
Таблица 2
Тепловые характеристики материалов
Материал Плотность в сухом состоянии р, кг/м3 Коэффициент тепло- X, Вт/(м ■ °С), при условиях эксплуатации Коэффициент s, Вт/(м2 ■ °С), при условиях эксплуатации Коэффициент паропрони-цаемости ц, мг/(м ■ ч ■ Па)
А Б А Б
ОСП 1000 0,23 0,29 6,75 7,70 0,12
Пенополистирол 35 0,041 0,05 0,4 0,48 0,05
Пароизоляция Изоспан 0,064 - - - - Ш1=8,00
Пиломатериалы из древесины сосны 500 0,14 0,18 3,87 4,54 0,06
Минераловатная плита ПЛ-50 40 0,039 0,041 0,41 0,45 0,53
1 ипсокартон 800 0,19 0,21 3,34 3,66 0,075
Штукатурка 800 0,19 0,21 3,34 3,66 0,075
образование конденсата в соответствующих участках ограждающих конструкций.
Второй основной задачей защиты деревянных строительных конструкций, и в частности его деревянного каркаса, является химическая био- и огнезащита, обеспечивающая защиту древесины от биоповреждений и возгорания.
Для анализа КМД, эксплуатируемой в различных условиях, были исследованы наиболее качественные клеи, используемые для склеивания древесины. Клеящие системы для строительных целей должны создавать соединения такой силы и долговечности, чтобы целостность связи поддерживалась в заданном классе эксплуатации во время всего предполагаемого срока службы конструкции. Согласно классификации по СТБ ЕН 301-2006 используются два типа клеящих веществ, I и II, которые классифицируются согласно их пригодности для использования в разных климатических условиях. Клеи группы DI, D2, D3 относят к категории interior (для внутренних работ), клеи D4 -к категории exterior (для наружных работ). В европейской классификации к I типу клеящей системы относится клей D4, предназначенный для наружных работ, что соответствует классу эксплуатации 3, для которого характерна относительная влажность 30-95% и температура менее 5 0 °С, Клеи D1, D2, D3 относятся ко II типу клеящей системы и могут быть применены для внутренних работ по 1 и 2 классу эксплуатации в соответствии с EN 1995-1-1 и EN 386.
Стойкость древесины и изделий из древесины в строительстве в соответствии с СТБ EN 335-1-2009 ч. 1 подразделяется на 5 классов.
Так, в классе использования 1 материал на основе древесины находится в укрытии и не подвергается воздействию погоды и намокания. В классе использования 2, кроме этого, в атмосфере присутствует высокая относительная влажность, что может привести к случайному или кратковременному намоканию. В классе использования 3 материал на основе древесины находится в укрытии и не находится в контакте с землей и не подвержен намоканию. В отличие от общенормативных требований к клееным конструкциям в классе использования 4 материал на основе древесины находится в контакте с землей или с водой и поэтому может постоянно подвергаться намоканию, а в классе использования 5 находится в условиях постоянного воздействия соленой воды.
Проверена возможность применения деревянных строительных конструкций, подверженных постоянному намоканию (класс эксплуатации 4) по СТБ EN 335-1-2009. Влияние воздействия воды на прочность клеевого соединения из фенолорезорциноформаль-дегидного и меламиномочевиноформальдегидного
клеев показано на рис. 4. Прочность клеевого соединения на скалывание после нахождения бруса в воде в течение 5 сут оказалась ниже нормативной. При дальнейшей выдержке в воде прочность клеевого соединения продолжала снижаться.
Рис. 4. Влияние воздействия воды на прочность клеевого соединения
Исследования показали, что для применения КМД в строительстве необходимо изолировать древесину для исключения контакта с землей и воздействия увлажнения.
Исследована конструкция бруса деревянного клееного, используемого для изготовления клетьевых проводников лифта шахты, эксплуатируемая при влажности 30-95%. Для склеивания ламелей использовали клеи группы Б4. При склеивании ламелей меламиномочевиноформальдегидным и феноло-резорциновым клеями прочность конструкции соответствует требованиям нормативных документов.
Учитывая, что наружная конструкция подвергается биоповреждениям и увлажнению, принято решение провести гидрофобизацию и биозащитные меро-.
Технологии защиты строительных конструкций (способы пропитки) в промышленных и бытовых условиях можно условно разделить на три группы:
1) способ капиллярной пропитки: а) пропитка нанесением раствора на поверхность древесины; б) пропитка погружением в ванны; в) панельная пропитка;
2) способы диффузионной пропитки: а) нанесение паст; б) бандажная пропитка; в) пропитка вымачиванием в растворе;
3) промышленные способы пропитки под давлением: а) пропитка в ваннах с предварительным нагревом; б) пропитка в герметических резервуарах (автоклавах) с созданием в них переменного давления - автоклавная пропитка.
Установлено, что применение защитных средств отрицательно влияет на прочность клеевого шва,
применение гидрофобных антисептиков ослабляет клеевое соединение на 4-6%, применение гидрофильных антисептиков - на 10-12%. Значительное повышение прочности может быть достигнуто термомодификацией конструкций деревянных клееных. Установлено, что средства, содержащие медь, в контакте с фенолами вызывают коррозию и снижение прочности клеевого шва и не могут быть использованы для защиты КДК. Допустимо применение водорастворимых антисептиков, не содержащих медь. Гидрофобные антисептики практически не влияют на прочность клеевого шва и значительно снижают водопоглощение. При применении термомодифици-
рования конструкция упрочняется и клеевой шов сохраняет прочность.
Для применения деревянных строительных конструкций необходимо соблюдать требования ТКП 45-2.02-142-2011, в котором в зависимости от класса пожарной опасности строительные конструкции должны быть испытаны на горючесть (ГОСТ 30244), воспламеняемость (ГОСТ 30402), токсичность продуктов горения (ГОСТ 12.1.044), дымообразующую способность (ГОСТ 12.1.044). Горючие строительные материалы подразделяются в зависимости от значений параметров горючести, определяемых по ГОСТ 30244, на 4 группы.
Выводы
1. При проектировании деревянного домостроения предусматривать применение сборных стеновых панелей для домов каркасного типа, позволяющих повысить теплоизоляционные свойства ограждающей конструкции при минимальном использовании древесины.
2. Конструкторская документация при проектировании домов каркасного типа должна предусматривать вентиляционные проемы ограждающих конструкций и обеспечивать надежную изоляцию между конструктивными узлами с различным термическим сопротивлением.
3. Деревянный каркас стеновых ограждающих конструкций должен быть подвергнут биоогнезащитной обработке и гидрофобизации, которые значительно повышают срок эксплуатации конструкции.
УДК 674. 914:674. 338
В.Т. Jlyкаш, С.А. Гриневич, А.А. Гришкевич (V.T. Lukash, S.A. Grinevitch, A.A. Grishkevitch)
БГТУ, Минск
УДЕЛЬНАЯ РАБОТА РЕЗАНИЯ ПРИ РАСКРОЕ ЛАМИНИРОВАННЫХ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ (ЛДСтП) ДИСКОВЫМИ ПИЛАМИ (SPECIFIC WORK OF CUTTING THE LAMINATED WOOD PLATES BY DISK SAWS)
Приведены результаты расчета no экспериментальным данным удельной работы резания при пилении ламинированных древесностружечных плит твердосплавными дисковыми пилами с плоскотрапециевидным профилем зуба. Удельная работа резания для принятых режимов резания также была рассчитана по устоявшейся в деревообработке методике. Сравнительный анализ показал, что зависимости имеют идентичный характер, но отличаются в численных значениях.
Results of calculation on experimental data of specific work of cutting are given in article at cutting the laminated chipboard plates by hard-alloy saws with a plainly-trapezoid profile of tooth. Specific work of cutting for the same conditions also was calculated by the technique which has settled in a woodworking. The comparative analysis showed that dependences have identical character, but differ in numerical values.
Введение. Деревообрабатывающая промышленность относится к числу непрерывно совершенствующихся отраслей: меняются технологические процессы, модернизируется старое и внедряется новое оборудование, применяется более производительный инструмент. Современный рынок дереворежущего инструмента достаточно насыщен, и зачастую производственнику трудно сориентиро-
ваться при его выборе, не имея достаточных аргументированных рекомендаций производителя. Как правило, он руководствуется только своими знаниями и полученным производственным опытом. Старая методическая и нормативная база, к сожалению, сегодня не всегда применима, а новой обучающей литературы и публикаций исследователей недостаточно.
