Конструкции из дерева и пластмасс. Волик А.Р. 2005

Годичные (концентрические) слои, окружающие сердцевину, пред-

ставляют ежегодный прирост древесины. Ширина годичных слоев колеблется в зависимости от возраста, породы, условий произрастания и положения в стволе. Каждый годичный слой состоит из двух частей:

•внутренний более широкий и светлый слой (состоит из мягкой ранней древесины, образующейся весной, когда дерево растет быстро). Клетки ранней древесины имеют более тонкие стенки и широкие полости;

•наружный узкий и темный слой (состоит из более твердой поздней древесины, образующейся летом). Клетки поздней древесины имеют более толстые стенки и узкие полости.

Плотность и прочность древесины зависят от относительного содержания в ней поздней древесины, которая у сосны колеблется от 10 до 30 %.

Древесина имеет трубчатое слоисто-волокнистое строение. Основную массу древесины составляют древесные волокна, расположенные вдоль ствола. Они состоят из удлиненных пустотелых оболочек отмерших клеток – трахеидов. Это полые клетки из органических веществ (целлюлозы и мегнина), почти прямоугольной формы, сильно вытянутые в длину с

заостренными концами средней шириной 50 мкм и длиной 3 мм. Трахеиды занимают 90 % общего объема древесины. В 1 см3 древесины приблизительно размещается 420000 трахеид.

Еще есть паренхимные клетки. В хвойной породе они входят в состав сердцевинных лучей. В растущем дереве по сердцевинным лучам происходит движение питательных веществ и воды в горизонтальном направлении, а в период покоя в них хранятся запасные питательные вещества.

2.4.Качество лесоматериалов: пороки и сорт древесины

Качество лесоматериалов определяется в основном степенью одно-

родности строения древесины, от которой зависит прочность. Неоднородность строения возникает:

•в процессе роста;

•во время хранения лесоматериалов на складах;

•во время сушки;

•в период обработки;

•в процессе эксплуатации.

Степень однородности древесины определяется размерами и количеством участков (пороков), где однородность нарушена и прочность снижена.

31

Пороки

По качеству древесины и обработки доски и бруски разделяют на 5 сортов (отборный, 1, 2, 3, 4-й), а брусья – на 4 сорта (1, 2, 3, 4-й). Отборный сорт применяется в судостроении, сельхозмашиностроении, вагоностроении; древесина 4-го сорта применяется для изготовления тары и упаковки. В строительстве используют пиломатериалы 1, 2, 3-го сортов. Основными факторами, определяющими сорт, являются величины и расположение пороков, главным образом сучков и трещин в элементе. Кроме того, учитываются и другие пороки древесины: крень, кармашки, сердцевины и др. Требования к древесине каждого сорта содержатся в ГОСТ.

2.5. Влажность древесины Влажность – это процентное содержание свободной и связанной

воды в порах древесины. Наибольшую влажность имеет сплавная древесина (W = 200 %). Свежесрубленная древесина имеет влажность до 100 %.

Влага в древесине

Предел гигроскопичности (30 %) – максимальное количество связанной влаги. Дальнейшее увеличение влажности может происходить только за счет свободной влаги, т.е. заполнением пустот в древесине.

При изменении влажности от 0 до 30 % объем древесины увеличивается, происходит разбухание, снижение влажности в этих пределах уменьшает ее размеры, происходит усушка.

При увеличении влажности более 30 %, когда влага занимает все полости клеток древесины, дальнейшего разбухания не происходит.

Для сравнения показателей прочности и жесткости древесины независимо от ее влажности установлено значение стандартной влажности – 12 %, т.е. при испытании образцов древесины, имеющих нестандартную влажность, предел прочности (или другой показатель) должен быть приведен к его значению при стандартной влажности с учетом поправочного коэффициента α (α = 0,05 – при сжатии вдоль волокон, α = 0,04 – при изгибе, α = 0,03 – при скалывании вдоль волокон):

В12 = ВW [1 + α(W-12)].

2.6. Меры борьбы с увлажнением, биологическими повреждениями и пожарной опасностью

Гниение – это разрушение древесины простейшими растительными организмами (древоразрушающими грибами), для которых она является питательной средой.

33

Гниение как результат жизнедеятельности растительных организмов невозможно без определенных благоприятных условий:

•температура должна быть не выше 50 0С. При отрицательной

температуре жизнь грибов замирает, но может возобновиться при потеплении. При температуре больше 80 0С грибница и споры грибов погибают.

•наименьшая влажность, при которой могут расти грибы, – 20 %.

Вболее сухой древесине жизнь грибов прекращается.

•присутствие воздуха необходимо для роста гриба. Древесина, полностью насыщенная водой или находящаяся в воде без доступа воздуха, гниению не подвергается.

Защита от гниения – это исключение одного из необходимых условий жизнедеятельности грибов. Изолировать древесину от попадания в нее спор, от окружающего воздуха и положительной температуры в большинстве случаев практически невозможно. Можно лишь только уничтожить грибы и их споры высокой температурой, не допустить повышения влажности древесины до опасного уровня.

Это достигается путем стерилизации, которая происходит в процессе искусственной сушки, когда все споры погибают (при t > 80 0С).

Конструктивная защита обеспечивает такой режим эксплуатации конструкции, при которой ее влажность не превышает благоприятного для загнивания уровня. Она предусматривает:

а) защиту от увлажнения атмосферными осадками, которая обеспечивается:

–полной водонепроницаемостью кровли;

–соблюдением требования к уклонам кровли;

б) защиту от капиллярной влаги, которая достигается:

–отделением деревянных конструкций от бетонных и каменных конструкций слоями битумной гидроизоляции;

–опиранием деревянных конструкций на фундаменты выше уровней пола и грунта.

Химическая защита используется, когда увлажнение древесины неизбежно, и представляет собой пропитку или покрытие деревянных элементов антисептиками:

–водорастворимыми (фтористый и кремнефтористый натрий);

–маслянистыми: каменноугольное масло, антраценовое масло, сланцевое масло и древесный креозот.

34

Защита от возгорания

Древесина, как органический материал, сгораема. Однако благодаря малой теплопроводности горение крупных элементов долго ограничивается наружными слоями, поэтому деревянные конструкции имеют достаточный предел огнестойкости.

Цель защиты от возгорания – повышение предела огнестойкости. Это достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты.

Конструктивные меры защиты:

•в производственных зданиях с горячими процессами применение древесины запрещено;

•деревянные конструкции должны быть отделены от печей и нагревательных приборов достаточными расстояниями или огнестойкими материалами;

•для предотвращения распространения огня деревянные строения должны быть разделены на части противопожарными преградами и зонами из огнестойких конструкций;

•деревянные ограждающие конструкции не должны иметь сообщающихся с тягой воздуха полостей, по которым может распространяться пламя, недоступное для тушения;

•элементы деревянных конструкций должны быть более массивными клееными или брусчатыми, имеющими большие пределы огнестойкости, чем дощатые;

•применение штукатурки.

Химическая защита от возгорания применяется, когда от ограж-

дающих деревянных конструкций требуется повышенная степень огнестойкости (например, в помещениях, где находится легковоспламеняющие предметы). Химическая защита включает в себя противопожарную про-

питку и окраску.

Для пропитки применяют антипирены – вещества, которые при нагреве плавятся или разлагаются, покрывая древесину огнезащитной пленкой или газовыми оболочками. Пропитка антипиренами производится одновременно с пропиткой антисептиками.

Для окрашивания применяют защитные краски на основе жидкого стекла, суперфосфаты и др. (во время пожара их пленки вздуваются и создают воздушную прослойку, временно препятствующую возгоранию).

35

Лекция 3 КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПЛАСТМАССЫ

3.1.История развития конструкций с применением пластмасс.

3.2.Основные компоненты пластмасс, применяемых в строительстве.

3.3.Основные виды пластмасс, их область применения.

3.4.Фанера.

3.1.История развития конструкций с применением пластмасс

В отличие от дерева – природного материала, столетиями используемого в строительных конструкциях, – пластмассы и другие синтетические материалы начали применяться в строительстве всего несколько десятилетий назад.

Пластмассовые конструкции начинают свою историю с 1872 г., когда был получен первый целлулоид – жесткий прозрачный материал.

Впервые пластмассы для строительных конструкций начали использовать за рубежом в 1956 – 57 гг., когда во Франции были созданы экспериментальные цельнопластмассовые жилые дома (из пенопласта, винипласта, стеклопластика). Первое здание в России с применением в покрытии светопрозрачного полиэфирного стеклопластика было построено под Москвой над бассейном санатория «Пушкино» в 1963 г.

Пластмассы как конструктивный строительный материал имеют существенные достоинства и недостатки.

Пластмассы

3.2. Основные компоненты пластмасс, применяемых в строительстве

Основа пластмасс – полимеры – это высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из многих звеньев одинаковой структуры.

Получают полимеры от исходных органических веществ (мономеров), отдельные молекулы которых благодаря двойным или тройным связям способны соединяться с образованием веществ с многократно повторяющейся структурой.

Восноветехнологииполученияполимеровлежатдваосновныхметода:

В состав конструкционных пластмасс входит ряд компонентов:

Неоднородные

Синтетические смолы образуют основную массу материалов, служат связующими аналогично цементному раствору в бетоне и делятся на два основных класса:

1. Термопластичные смолы (поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен и др.); при нагревании размягчаются и становятся пластичными, а при охлаждении снова твердеют.

Применяются для изготовления листовых материалов (органическое стекло, винипласт), клеев для склеивания, пенопластов, пленок.

37

2. Термореактивные (фенолформальдегидные, полиэфирные, эпоксидные) смолы; переходят из вязкотекучего в твердое состояние только один раз – в процессе отверждения. Этот процесс происходит под воздействием отвердителя или при нагреве.

Применяются для изготовления стеклопластиков, пенопластов, клеев, древесных пластиков.

Нашей промышленностью вырабатываются разнообразные виды смол, но в строительстве применяют только некоторые из них:

• полиэфирные смолы;

• фенолформальдегидные смолы – продукт конденсации фенола и формальдегида в присутствии катализаторов;

• эпоксидные смолы: получают при взаимодействии многоатомных фенолов с веществами, содержащими эпоксидную группу;

• мочевиноформальдегидные смолы: получают конденсацией моче-

вины с формальдегидом. Отверждение этих смол происходит при действии органических кислот, кислых солей;

38

Наполнители уменьшают расход связующего, что снижает стоимость готового изделия, и применяют для улучшения механических и технических свойств.

Могут быть неорганического и органического происхождения. Их вводят в виде порошков, волокон, листов (древесная мука, стеклянные и асбестовые волокна, бумага, хлопчатобумажные и стеклянные ткани).

Пластификаторы – вещества, уменьшающие хрупкость готового материала, увеличивающие его гибкость и эластичность, улучшающие условия переработки пластмасс.

Стабилизаторы помогают сохранить механические свойства пластмасс во времени и снижают скорость разрушения под воздействием атмосферных условий, повышенной температуры, света и т.д.

Ускорители – вещества, ускоряющие отверждение. Катализаторы – вещества, которые не участвуют в отверждении, но

присутствие которых необходимо для протекания процесса отверждения. Антистатики предотвращают накопления на материале статическо-

го электрического заряда.

Ингибиторы – вещества, замедляющие процесс отверждения. Красители вводят в массу материала для придания цвета. Порообразователи – добавки для получения газонаполненных мате-

риалов (пенопластов).

3.3. Основные виды пластмасс, их область применения

Конструкционные пластмассы в строительстве применяют в составе элементов несущих и ограждающих конструкций сравнительно недавно. К ним относятся:

•стеклопластики;

•пенопласты;

39

•оргстекло;

•винипласт;

•воздухо- и водонепроницаемые ткани и пленки;

•древесные пластики.

Стеклопластики – это листовой материал из стеклянных волокон или тканей, связанных синтетической смолой.

Стеклянные волокна (наполнитель) служат армирующими элементами: они воспринимают основные нагрузки при работе материалов конструкций. Смола не только связывает стеклянные волокна, но и распределяет усилия между ними, защищает материал от внешних воздействий.

В зависимости от вида и расположения наполнителя стеклопластики различают:

• стеклопластики на основе ориентированных волокон

Волокна (в виде отдельных волокон, стеклонитей, стекложгутов непрерывной длины) расположены слоями по толщине материала. Стекловолокна располагаются в одном или двух взаимно перпендикулярных направлениях в количестве до 70 % от массы.

Применяют для изготовления небольших болтов, фасонок, профильных и других деталей конструкций, эксплуатируемых в химически агрессивной среде. Из них могут изготавливаться и несущие конструкции.

• стеклопластики на основе рубленых волокон

Выпускаются в виде светопрозрачных волнистых или плоских листов. Количество рубленого стекловолокна – около 25 % по массе. Толщина листов – от 1,5 до 2,5 мм, ширина – до 1,5 м, длина – до 6 м. Волны имеют шаг 60 ÷ 200 мм, высоту – от 14 до 54 мм, могут располагаться вдоль и поперек листа.

Применяют в основном для кровли, также в светопрозрачных панелях в качестве ограждений лестниц, балконов и барьеров, для прозрачных навесов и перегородок, при устройстве верхнего света, в заполнениях оконных переплетов и дверных проемов.

• стеклопластики на основе ткани (стеклотекстолиты)

26 ÷ 45 % в таких стеклопластиках составляет связующее: фенолформальдегидные, полиэфирные смолы. Наполнителем служат стеклоткани, сетки.

Применяют для изготовления трехслойных панелей, оболочек и др. конструкций. Прочные, тонкие воздухо- и водонепроницаемые ткани используют в пневматических и тентовых покрытиях. Из полимерных пленок осуществляют временные покрытия закрытого грунта.

40