Защита клееных деревянных конструкций в заводских условиях Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 624.011.14

А.Д. ЛОМАКИН, канд. техн. наук, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (Москва)

Защита клееных деревянных конструкций в заводских условиях

Защиту клееных деревянных конструкций (КДК) от эксплуатационных воздействий производят преимущественно на предприятиях-изготовителях.

В перечень работ по защитной обработке конструкций входят нанесение грунтовочного антисептика и покровного состава. Грунтовочный антисептик наносят в любом случае, даже когда по условиям эксплуатации необходимости в нем нет. Эта мера вынужденная и вызвана необходимостью предохранить конструкции от возможного поражения плесневыми и окрашивающими грибами в процессе строительства, который по тем или иным причинам может быть весьма продолжителен. В тех случаях, когда известно, что монтаж КДК и устройство кровли проводятся в короткие сроки (2—3 мес) и конструкции не будут длительное время подвергаться атмосферным воздействиям, можно ограничиться только грунтованием. В противном случае нанесение покрывных слоев (защитно-декоративных составов или лакокрасочных материалов) считается мерой обязательной.

Огнезащитная обработка конструкций, если она предусмотрена проектом, должна производиться только на месте строительства и после устройства кровли. Это в первую очередь относится к вспучивающимся огнезащитным составам на водной основе, которые не являются водо- и атмосферостойкими. Нарушение этого требования приводит к негативным последствиям (размывание покрытия и необходимость шлифования поверхности с повторной огнезащитной обработкой).

Несущие КДК (балки, прогоны, фермы и др.) могут иметь одинарное сечение или состоящее из двух и более элементов, соединенных в одно целое с помощью вклеенных металлических стержней. При этом по конструктивным соображениям элементы могут быть сплочены в одно целое с зазорами или без них.

Большепролетные конструкции, такие как фермы, арки и рамы, транспортируют отдельными монтажными элементами, а укрупнительную сборку осуществляют уже на строительной площадке. Исходя из этого каждый элемент должен быть максимально обработан за-

щитными составами в заводских условиях. Иногда в процессе проведения монтажных работ возникает необходимость производить подгонку конструктивных элементов по месту (чаще всего эта операция связана с торцовкой и подрезкой элементов по длине). В таких случаях уже на строительной площадке производят дополнительную защитную обработку обнажившихся поверхностей элементов теми же составами, которыми они были обработаны на заводе.

Качество защитной обработки элементов конструкций во многом зависит от подготовки поверхности.

После склеивания элементы КДК подвергают фрезерованию на рейсмусовых станках и торцеванию в соответствии с деталировочными чертежами. При этом шероховатость поверхности древесины Rm по ГОСТ 7016—82* должна быть не более 200 мкм. Обязательным условием является обработка кромок элементов радиусной фрезой с образованием закругления радиусом не менее 10—12 мм. Такая мера преследует две цели: снижение касательных напряжений в покрытиях, имеющих максимальное значение у кромок элементов, которые приводят к отслаиванию; снижение интенсивности обугливания ребер сечений, скругление которых при воздействии открытого пламени наблюдают через 10—15 мин после начала карбонизации древесины (рис. 1, а). Скругление ребер элементов снижает также вероятность повреждения их при строповке (появление отщепов и задиров) в процессе погрузочно-разгрузочных и монтажных работ. Перед монтажом обнажившаяся после механической обработки древесина должна быть покрыта защитными составами (рис. 1, б).

Обязательным является удаление с помощью ручного электрофрезера гнилых, табачных и выпадающих сучков, крупной червоточины и смоляных кармашков шириной более 10 мм. Отверстия после высверливания сучков заделывают пробками на клею. Направление волокон древесины в пробках должно совпадать с направлением волокон в элементе. Пробки устанавливают также в местах вклеивания металлических стержней

Рис. 1. Скругление ребра клееного элемента при воздействии открытого пламени (а) и снятие фаски на кромке элемента (б)

Г; научно-технический и производственный журнал

М ® апрель 2013 ГГТ

б

Рис. 2. Подготовка поверхности элемента КДК перед нанесением защитных составов: а - шлифование поверхности ленточной шлифовальной машинкой; б - заделка отверстия пробкой в месте установки металлического стержня; в - поверхность элемента с пробкой после шлифования; г - неравномерное окрашивание древесины в результате шлифования ее поперек волокон

(рис. 2). Там, где были удалены смоляные кармашки, устанавливают планки на клею. Дефектные места, а также участки с установленными деревянными пробками и планками подлежат шлифованию. Общепринятое правило шлифовать поверхность древесины в направлении вдоль волокон на заводах КДК часто нарушают, поскольку при использовании ленточных шлифовальных машинок, обладающих высокой производительностью, в местах зачисток появляются новые дефекты в виде углублений, ложбинок и царапин. Для сравнения, если виброшлифовальная машинка снимает около 1 г в минуту, эксцентриковая — порядка 2,5—5 г, то ленточная — уже 12—15 г/мин.

'1

А

1 1 1 1 1 1 -3 о о ю Л1 .с

1© 1 у !®! \__|

1 1 ,1__1 ¿Л 1 1 и 4

Гп 1 1 \7 гп' 1 |

1 1 1©1 1 1 х 1 [ 1®, 1 |

1 1 .г 4 1 | 1__1

-П

1© © 1 < 500

__1

д

ГП 1 1 гп 1 1 1 |

!®! ¡«1 !® 0 0 5

1 1 1—г ,|__1 1 1 1--Г 1__1 1 1— 1__ .с £-5 5

Г

О

"Л

©

_ _1

ГП 1 1

1—1 1—1

1 1 1—Г 1 1 1—1

1__1 !--1

I I

©

]—I

гп

©

I__I

I I

©

I__I

Условные обозначения

Рис. 3. Принципиальные схемы защитной обработки поверхностей КДК (кроме торцевых), имеющих в сечении: а - один элемент; б - два элемента (спаренное сечение) с зазором между ними; в - два элемента высотой менее 50 см, склеенных между собой; г - то же, высотой более 50 см; д - три элемента высотой более 50 см, склеенных между собой

Для шлифования дефектных мест на заводах КДК чаще используют углошлифовальные машинки, которые шлифуют древесину как вдоль, так и поперек волокон, в результате чего структура поверхностного слоя нарушается. При использовании пигментированных составов древесина окрашивается неравномерно: на участках, где ее шлифовали в направлении поперек волокон, она приобретает более интенсивное окрашивание (рис. 2, г).

Особое внимание следует уделять подготовке к нанесению защитных составов торцевых поверхностей элементов. Видимые поверхности, особенно подвергающиеся атмосферным воздействиям, должны быть шлифованными. Шлифование торцов способствует быстрому стеканию воды, попавшей на них при эксплуатации на открытом воздухе, а также значительно снижает расход защитных составов. Шлифование торцовых поверхностей производят шкурками № 80, а затем № 100-120. Торцовые поверхности стыкуемых элементов допускается оставлять нешлифованными.

Перед нанесением защитных составов все поверхности элементов, включая торцовые, обеспыливают.

В клееных элементах можно выделить три зоны, к каждой из которых предъявляются свои требования к защитным составам:

— боковые поверхности и нижние грани;

— верхние грани;

— торцовые поверхности, образуемые при опиловке элементов под тем или иным углом, чаще всего под прямым.

Такое деление объясняется тем, что каждая из этих зон в различной степени подвергается эксплуатационным воздействиям и соответственно требует тех или иных мер защиты.

Боковые поверхности элементов КДК обрабатывают грунтовочным антисептиком в два слоя со средним расходом 90—120 мл/м2.

Наносят антисептик валиком и кистью с промежуточной сушкой или без нее (способом «мокрый по

I--1

I

I®

I I

1__I

I I

©

I__I

поверхность, обработанная грунтовочным антисептиком

то же, с нанесенным покровным слоем

вклееный металлический стержень

б

а

в

г

научно-технический и производственный журнал Ш^ИгИЗ

112 апрель 2013 Ы *

-+ —

Рис. 4. Торцы элементов несущих КДК, защищенные эпоксидной шпатлевкой ЭП-0010 (физкультурно-спортивный центр «Строгино», Москва)

мокрому»). При нанесении способом «мокрый по мокрому» антисептик проникает глубже, чем при нанесении его с промежуточной сушкой. При этом сокращается время на обработку [1].

Для нанесения водных грунтовочных антисептиков используют валики с коротким ворсом и кисти с искусственным или смешанным ворсом. Органорастворимые грунтовочные антисептики наносят кистью с натуральным или смешанным ворсом.

Нанесение грунтовочных антисептиков производят вдоль волокон древесины. В направлении поперек волокон допускается только разравнивание антисептика по уже нанесенному слою. На вертикальные поверхности нанесение антисептика начинают снизу, так чтобы образующиеся потоки всегда стекали по уже смоченной поверхности.

При нанесении антисептика валиком необходимо последующее разравнивание нанесенного слоя широкой кистью (особенно это относится к колерованным составом), что способствует более равномерному окрашиванию обрабатываемой поверхности. Разравнивание грунтовочных антисептиков кистью обязательно также при нанесении их на вертикальные поверхности.

В элементах составного сечения высотой более 50 см антисептированию подлежат все поверхности каждого из сплачиваемых элементов (рис. 3, г, д). В таких элементах высотой менее 50 см антисептик на сплачиваемые поверхности допускается не наносить (рис. 3, в).

После высыхания обработанных грунтовочным антисептиком поверхностей элементов КДК на них наносят покровные слои (защитно-декоративные составы или лакокрасочные). Продолжительность сушки анти-септированных поверхностей зависит от вида грунтовочного антисептика и может колебаться от 3—4 до 24 ч при температуре воздуха 20+2°.

Покровные слои на КДК, имеющие в сечении один элемент, а также на КДК, сечение которых состоит из двух и более элементов, сплачиваемых по ширине с зазором, наносят на все поверхности (рис. 3, а, б). При этом нанесение покровных слоев на элементы, подлежащие сплачиванию, производят на внутренние поверхности до сплачивания.

В зависимости от предполагаемых условий эксплуатации покровные слои наносят в два или три слоя валиком и кистью с общим расходом ориентировочно 100—150 мл/м2. При использовании тонированных составов для исключения неравномерного окрашивания обрабатываемой поверхности необходимо соблюдать те же правила, что и при нанесении грунтовочных антисептиков.

Требования к рабочему инструменту для нанесения покровных слоев те же, что и для нанесения грунтовочных антисептиков. Продолжительность межслойной и

1 Л 1

Рис. 5. Защита торцов несущих КДК каркаса навеса на санно-бобслейной трассе в г. Сочи комплексным покрытием, не скрывающим текстуру древесины (а), и образцы клееной древесины с этим покрытием после года экспонирования на открытом воздухе под углом 45о к горизонту(б)

окончательной сушки покрытий при нормальных температурно-влажностных условиях должна соответствовать значениям, рекомендуемым производителем защитного средства.

Торцовые поверхности пропитывают водным или ор-ганорастворимым грунтовочным антисептиком, который наносят кистью за один раз до насыщения.

После высыхания обработанных антисептиком поверхностей на них наносят влагоизоляционный состав.

В зависимости от условий эксплуатации и требований архитекторов защиту торцов клееных элементов можно производить по одному из трех вариантов.

Вариант 1. Нанесение на торцы эпоксидной шпатлевки ЭП-0010 (рис. 4). Эффективность такого покрытия подтверждена многолетним опытом использования его для защиты торцов несущих КДК в зданиях различного назначения.

Шпатлевку наносят в два слоя. Для первого слоя (грунтовочного) используют шпатлевку, разбавленную на 20% растворителем № 646, которую наносят кистью.

Г; научно-технический и производственный журнал

апрель 2013 113

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 5

Вариант 6

Г 1 Г------ Г------1 г'---*---1 ] 1

1 1 1 4 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1

! A 1 1 А л !

Рис. 6. Варианты защиты верхних граней КДК: 1 - шпатлевка ЭП-0010; 2 - герметик Акцент 125 или Асгу1 100; 3- самоклеящаяся герметизирующая лента Герлен-Д или ЛИПС ЛТ; 4 - деревянный клееный элемент; 5 - вставка между сплачиваемыми элементами; 6 - доска, закрывающая зазор между сплачиваемыми элементами (вклеенные стержни условно не показаны)

Расход грунтовочного состава зависит от впитывающей способности и шероховатости обрабатываемой поверхности и составляет 500—800 г/м2. Для второго слоя используют неразбавленную шпатлевку, которую наносят через 24 ч шпателем с расходом около 1,5 кг/м2.

Вариант 2. Для защиты торцов элементов, находящихся внутри отапливаемых и неотапливаемых помещений, а также под навесом, могут быть использованы акриловые и силиконовые герметики. Герметики наносят шпателем в 1—2 слоя на поверхности, предварительно обработанные грунтовочным антисептиком. Торцы, защищенные акриловыми герметиками, которые обычно выпускают в колерованном виде, можно при необходимости дополнительно окрашивать в другие цвета акриловыми эмалями.

Вариант 3. В некоторых случаях по требованиям архитекторов видимые торцы КДК покрывают составами, не скрывающими текстуру древесины. Так, защита торцов несущих конструкций каркаса над сооружениями санно-бобслейной трассы в г. Сочи (рис. 5) включала

Рис. 7. Строительство санно-бобслейной трассы в г. Сочи. Верхние грани несущих КДК каркаса навеса защищены герметиком Акцент 125

Вариант 4 последовательное выполнение сле-

дующих операций:

— механическая обработка торцовых поверхностей шлифованием;

— нанесение на торцы грунтовочного антисептика Akvi wood primer до насыщения с расходом 500 г/м2 с последующей сушкой при нормальных условиях в течение 24 ч;

— нанесение на торцы одного слоя бесцветного водного грунтовочного лака Pinjalac edge cover (расход 200 г/м2) с последующей сушкой 3-4 ч;

— нанесение финишного покрытия — бесцветной лазури Belinka toplasur UV plus c общим расходом в три слоя около 140 г/м2.

Верхние грани КДК в большей степени подвержены негативным воздействиям эксплуатационной среды. В зданиях, где верхние грани могут увлажняться конденсатом, окапливающимся с кровельного покрытия, например в холодных складах руды, которая поступает туда в горячем виде, создаются условия для возникновения гниения древесины. В складах минеральных удобрений на верхних гранях КДК откладываются соли, образующие при увлажнении растворы, которые могут вызывать разрушение наружных слоев древесины.

При больших сроках строительства, когда конструкции длительное время остаются открытыми, их верхние грани подвергаются атмосферным осадкам и воздействию УФ-лучей. Зимой верхние грани КДК покрываются снегом, который при таянии увлажняет древесину. В элементах составного сечения дождевая и талая вода проникает в зазоры между смежными элементами, вызывая разбухание древесины, которое в свою очередь приводит к деформации сечения. Поэтому в ряде случаев дополнительные меры защиты верхних граней несущих КДК от неблагоприятных воздействий крайне необходимы.

Наряду с использованием конструкционных мер защиты верхних граней (антисептированные доски, металлические или пластиковые козырьки и др.), которые выполняют обычно на строительной площадке, в заводских условиях верхние грани конструкций могут быть защищены по одному из вариантов, показанных на рис. 6. Тот или иной вариант выбирают в зависимости от типа конструкции, предполагаемых условий эксплуатации, а также от продолжительности монтажных работ, в течение которых КДК остаются незащищенными от атмосферных воздействий.

Ниже приведено краткое описание технологических операций по защите верхних граней несущих КДК.

Конструкции одинарного сечения защищают по вариантам 1—3.

Вариант 1. На поверхность, предварительно обработанную грунтовочным антисептиком, шпателем наносят один слой неразбавленной эпоксидной шпатлевки ЭП-0010 с ориентировочным расходом 1 кг/м2.

Вариант 2. На поверхность, предварительно обработанную грунтовочным антисептиком на водной основе, шпателем наносят один слой акрилатного силикони-зированного герметика Акцент 125, или Акцент 136 (ООО «Олива»), или герметика на акрилкаучуковой основе Acryl 100 (фирма Remmers, Германия). Расход герметика около 1,5 кг/м2. Этот вариант защиты верх-

3

3

3

2

научно-технический и производственный журнал Q'fprjyTj'iJJbrlbJ^ 114 апрель 2013 M ®

Рис. 8. Защита верхних граней несущих клееных деревянных балок покрытия самоклеящейся лентой Герлен-Д: а - бассейн в Барвихе; б - многофункциональный комплекс семейного отдыха и реабилитации здоровья в Москве

них граней несущих КДК был использован при строительстве навесов на санно-бобслейной трассе в г. Сочи (рис. 7).

Вариант 3. На поверхность, обработанную грунтовочным антисептиком, накатывают самоклеящуюся бу-тилкаучуковую герметизирующую ленту Герлен Д или ЛИПС ЛТ (завод «Филикровля», Москва) шириной, соответствующей ширине сечения клееного элемента (рис. 8). Обе ленты с одной стороны дублированы холстом и при необходимости могут быть окрашены алкид-ными и акриловыми лакокрасочными материалами. Поскольку ленты имеют высокую адгезию не только к чистой древесине, но и к древесине с любым лакокрасочным покрытием, накатывать их можно на поверхность с уже нанесенным покровным слоем. Это важно, если дополнительную защиту верхних граней производят на строительной площадке, а на заводе верхние грани защищены защитно-декоративным или лакокрасочным покрытием.

Конструкции составного сечения, состоящие из двух и более элементов, защищают по вариантам 4—6 (рис. 6).

Вариант 4. В устье между смежными элементами, образованное фасками, вводят герметик с помощью пистолета, а затем шпателем на поверхности, обработанные водным грунтовочным антисептиком, наносят герметик на всю поверхность.

Вариант 5. Защиту верхних граней элементов составного сечения самоклеящейся лентой Герлен Д или ЛИПС ЛТ производят по всей поверхности после анти-септирования.

Вариант 6. В тех случаях, когда сроки монтажа конструкций небольшие и они остаются незащищенными от атмосферных воздействий не более трех месяцев, достаточно ограничиться герметизацией мест сопряжения сплачиваемых элементов с целью избежать попадания в них атмосферных осадков. Этот вариант допускается использовать в конструкциях, предназначенных для эксплуатации в зданиях и сооружениях с нормальным температурно-влажностным режимом, где исключено попадание капельно-жидкой влаги на верхние грани элементов.

В устье, образованное фасками сплачиваемых элементов, с помощью пистолета вводят один из гермети-ков, указанных в варианте 2. После высыхания герметика на верхнюю грань наносят покровный слой.

Вместо акрилового герметика можно использовать самоклеящиеся ленты Герлен Д или ЛИПС ЛТ толщиной 2 мм и шириной 50 или 80 мм. В этом случае ленту прикатывают либо до, либо после нанесения покровного слоя.

Некоторые отечественные заводы, выпускающие несущие КДК, не имеют специализированных цехов по защитной обработке конструкций. Поэтому все технологические операции по подготовке поверхностей к обработке защитными составами и по нанесению и сушке составов производят на тех же площадях, где изготавливают конструкции. Особую сложность вызывает обработка крупногабаритных конструкций, имеющих большую длину и сечение. Всякие манипуляции, связанные с любыми перемещениями конструкций по цеху и переворотами, необходимыми для нанесения защитных составов на все поверхности, причем в несколько слоев, в значительной степени усложняют технологический процесс.

Учитывая специфику производства, на заводах КДК предпочтение отдается составам бесцветным или слабо-тонированным, так как добиться качественного и равномерного окрашивания больших поверхностей с использованием ручного инструмента, преимущественно валиков и кистей, тонированными составами весьма проблематично. Использовать же распылители для нанесения составов, особенно органорастворимых, по экологическим соображениям и требованиям пожарной безопасности из-за неприспособленности сборочных цехов для этих целей нельзя.

Если по условиям эксплуатации для защиты КДК могут быть использованы равноценные по своей эффективности водоразбавляемые и органорастворимые составы, то на предприятиях предпочтение чаще отдают первым как по экологическим, так и по технологическим соображениям (резко сокращается весь цикл защитной обработки благодаря коротким интервалам межслойной и окончательной сушки). Однако в ряде случаев решающим фактором в выборе состава играет его стоимость, которая выше у водоразбавляемых составов.

Ключевые слова: клееная деревянная конструкция, шлифование, фрезерование, грунтовочный антисептик, покровный слой, шпатлевка, герметик, герметизирующая лента.

Список литературы

1. Турковский С.Б., Погорельцев АА., Преображенская И.П. Клееные деревянные конструкции с узлами на вклеенных стержнях в современном строительстве («система ЦНИИСК»). М.: РИФ «Стройматериалы», 2012. 300 с.

2. Ломакин А.Д. Защита древесины и древесных материалов. М.: Лесная промышленность. 1990. 253 с.

Г; научно-технический и производственный журнал

М ® апрель 2013 ТТ5