Строительные материалы из клееной древесины
Клееная древесина включает материалы, полученные прессованием с применением синтетических клеев. Она относится к наиболее эффективным строительным материалам. Клееная древесина может быть слоистой или полученной из шпона (например, фанера, древесно-слоистые пластики), массивной - из кусковых отходов лесопиления и деревообработки (панели, щиты, брусья, доски) и комбинированной (столярные плиты). Клееные изделия из кусковых отходов древесины классифицируют по виду применяемого клея, характеру обработки поверхности и конструктивным особенностям. Прочность склеивания древесины зависит от пористости, соотношения ранней и поздней древесины в годовых слоях, ее влажности (рис. 12.19), химического состава, угла наклона волокон. Установлено, что прочность склеивания линейно связана с пористостью, она растет также по мере увеличения содержания целлюлозы. Для склеивания по длине коротких досок и обрезков со стороны их склейки обрезают торцы, вырезают зубчатые шипы (рис. 12.19), затем торцы пропитывают клеем и стыкованные доски укладывают в пресс, где выдерживают до полного отверждения клея, в течение 6-18 ч. До механической обработки их выдерживают при нормальной температуре еще 6-12 ч. Кусковые отходы по толщине (ширине) склеивают в течение нескольких минут на полуавтоматических установках с прогревом клеевых соединений токами высокой частоты. Преимуществами клееной древесины являются ее низкая средняя плотность, водостойкость, возможность получения из маломерного материала изделий сложной формы или крупных конструктивных элементов. В клееных конструкциях ослабляется влияние анизотропии древесины, они характеризуются повышенной гнилостойкостью и низкой возгораемостью, не подвержены усушке и короблению. Клееные деревянные конструкции (рис. 12.20) по срокам и трудозатратам при возведении зданий, а также стойкости при воздействии агрессивной воздушной среды часто успешно конкурируют со стальными и железобетонными конструкциями. Их применение эффективно при возведении сельскохозяйственных и промышленных предприятий, выставочных и торговых павильонов, спортивных комплексов, зданий и сооружений сборно-разборного типа. Клееные деревянные конструкции, как и железобетонные, можно выпускать предварительно напряженными, армируя их стальными стержнями. У армированных конструкций в виде сплошных или пустотелых балок несущая способность почти в 2 раза выше, чем у цельнодеревянных. Номенклатура изделий из клееной древесины обширна. Так, из отрезков досок склеивают панели (рис. 12.21), имеющие предел прочности на скалывание вдоль волокон по клеевому шву не менее 6 МПа. Прочность на статический изгиб зубчато-шипового соединения составляет не менее 35 % прочности бездефектной древесины. Такие панели применяют для устройства перегородок, обшивки домов, настилов полов. Из кусковых отходов лесопиления изготавливают клееные щиты, применяемые в основном для настила полов. Для их производства применяют кусковые отходы длиной 375 мм и больше. Их раскраивают на бруски, которые сушат до влажности 10-12 %, а затем склеивают при прессовании. Щиты строгают с двух сторон на рейсмусовом станке, обрезают по периметру до заданных размеров с одновременной выборкой на боковых кромках паза и гребня. Из короткомерных и низкосортных пиломатериалов и отходов изготавливают плиты длиной 2500-5000 мм, шириной 1200 мм и толщиной 19 или 22 мм. Сырье раскраивают на заготовки длиной 2-2,5 м, которые обрезают по ширине, сортируют по длине и высушивают в сушильных камерах. Высушенные заготовки строгают, вырезают вскрывшиеся пороки древесины. Затем с помощью специальных шипорезных станков на них выбирают зубчатые шипы, на которые наносят клей. Заготовки собирают на сборочных станках и раскраивают на отрезки заданной длины. На одну из кромок заготовок наносят клей и набирают на цепном конвейере ковер плиты, который подается в высокочастотный пресс. Применение клееных плит позволяет на 20 % снизить себестоимость полов по сравнению с дощатыми за счет снижения стоимости материалов и трудозатрат. Прессованием отходов лесопиления (тонких реек и брусков) с последующей обвязкой их оцинкованной проволокой получают реечные плиты, применяемые в каркасных зданиях, для перекрытий и устройства временных производственных зданий. При использовании клееных изделий в строительстве экономия деловой древесины составляет до 20 %, а стоимость конструкций уменьшается в 3-4 раза по сравнению со стоимостью конструкций из цельной древесины. Конструкции из клееной древесины позволяют уменьшить массу зданий в 2,5-3 раза, снизить трудозатраты на 25-30%, сократить сроки строительства в 1,5-2 раза и уменьшить стоимость на 7-10%. Фанера. Фанера - это листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущеного шпона. Шпон - облицовочный материал в виде тонких листов древесины, получаемый строганием брусьев (строганный) или лущением коротких пропаренных бревен из березы, ольхи, сосны и др. Лущеный шпон используется, кроме производства фанеры, также в производстве древеснослоистых пластиков и других видов слоистой клееной древесины, для фанерования деталей и узлов столярных изделий. Строганный шпон применяют, в основном, в качестве облицовочного материала для изделий из древесины. Внешние слои шпона в фанере называются "рубашками", внутренние - "серединками". Фанеру изготовляют из древесины березы, ольхи, ясеня, дуба, липы, осины, тополя, клена, ели, сосны, пихты, кедра и лиственницы. Фанера широко используется в строительстве как долговечный и легкий материал с высокими техническими свойствами. Ее применяют как материал опалубки, при изготовлении клееных деревянных конструкций - балок, рам, арок и др., устройства полов, как облицовочный материал. Для отделки помещений применяют фанеру общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород, декоративную фанеру, фанеру бакелизированную и фанерные плиты. Фанеру общего назначения по ГОСТ 3916.1-96 подразделяют в зависимости от внешнего вида поверхности на сорта, по степени водостойкости клеевого соединения на марки, по степени обработки поверхности на шлифованную и нешлифованную. В зависимости от количества пороков древесины и дефектов обработки наружных слоев фанеру подразделяют на пять сортов: E (элита), I, II, III, IV. Максимальное количество допускаемых пороков древесины и дефектов обработки на поверхности фанеры устанавливается в зависимости от сорта шпона наружных слоев. Шпон E не должен иметь видимых пороков и дефектов обработки. По степени водостойкости клеевого соединения фанеру подразделяют на марки: ФСФ - повышенной водостойкости, ФК - водостойкая. Фанера ФСФ изготавливается с применением фенольных смол и предназначена для внутреннего использования, ФК - карба-мидных и может быть использована как внутри помещений, так и снаружи. По степени механической обработки поверхности фанеру подразделяют на: - нешлифованную - НШ; - шлифованную с одной стороны - Ш1; - шлифованную с двух сторон - Ш2. Размеры листов фанеры: длина (ширина) 1200-3660мм, толщина 3-30 мм. Для фанеры нормируются влажность (5-10%), предел прочности при скалывании по клеевому слою после кипячения или вымачивания в воде (0,6-1,5МПа), при статическом изгибе вдоль волокон наружных слоев - 2,5-5,5МПа - для фанеры ФК и 3,0-6,0 МПа - для фанеры ФСФ. Предел прочности при растяжении вдоль волокон для фанеры ФК должен быть не менее 30, ФСФ - не менее 40 МПа. Декоративную фанеру (ДФ) - изготавливают из березового, ольхового и липового шпона из трех и более листов и облицовывают пленочным покрытием в сочетании с декоративной бумагой или без нее. Применяют декоративную фанеру для внутренней отделки стен, перегородок, дверных полотен и т.д. Бакелизированная фанера (ФБ) изготавливается из березового лущеного шпона, пропитанного фенолформальдегидными полимерами. Для этого вида фанеры характерны повышенные плотность и прочность, гладкие поверхности. Фанерные плиты - многослойные изделия, изготовленные из нескольких слоев шпона, склеенных синтетическими клеями на основе фенолформальдегидных и карбамидоформальдегидных смол. Плиты изготавливают толщиной 12-78 мм с плотностью 550-850 кг/м3 и пределом прочности при статическом изгибе вдоль волокон наружного слоя в зависимости от толщины и породы шпона от 5 до 10 МПа. Столярные плиты - изделия, состоящие из реечных щитов, оклеенных с обеих сторон шпоном. Изготавливают нешлифованными и шлифованными, необлицованными и облицованными с одной или двух сторон. Плиты производят длиной 1525-2500 мм, шириной 1220-1525 мм, толщиной 16-30 мм и более. Предел прочности плит при статическом изгибе поперек реек в зависимости от толщины плит может изменяться от 10 до 25 МПа. Древесные пластики. Древесно-слоистые пластики (ДСП) -материалы из листов шпона, измельченной древесины или опилок, пропитанных полимерами резольного типа и склеенных в процессе термической обработки под давлением. Древесно-слоистые пластики используют как конструкционный материал, а также для облицовки внутренних помещений общественных и административных зданий, для которых проектом предусмотрена улучшенная или высококачественная отделка. ДСП выпускают в виде листов и плит прямоугольной формы, марок ДСП-A, ДСП-Б, ДСП-В, ДСП-Г. Буквы А, Б, В, Г указывают порядок укладки шпона в пластине: ДСП-А - волокна древесины во всех слоях имеют параллельное направление или каждые четыре слоя с параллельными направлениями чередуются одним слоем, имеющим направление волокон под углом 20-25° к смежным слоям; ДСП-Б - каждые 5-20 слоев с параллельными направлениями волокон перпендикулярно направлению их в смежных слоях; ДСП-В - направление волокон во всех смежных слоях взаимно перпендикулярно; ДСП-Г - направление волокон смежных слоев последовательно смещено на 30-45°. Древесно-слоистые пластики изготовляют в виде листов толщиной менее 15 мм и плит толщиной от 15 до 60 мм двух типов: цельные, склеенные из цельных по длине листов шпона; составные, склеенные из нескольких листов шпона по длине, уложенные внахлестку или встык. К древесным пластикам относятся также лигноуглеводные и пьезотермопластики. Эти материалы изготавливаются из древесных опилок или другого растительного сырья высокотемпературной обработкой пресс-массы без ввода специальных связующих. Технологический процесс производства лигноуглеводных древесных пластиков состоит из следующих операций: подготовки, сушки и дозирования древесных частиц; формирования ковра, холодной его подпрессовки, горячего прессования и охлаждения без снятия давления. При подготовке пресс-массы древесные частицы сортируют, затем фракция крупностью более 0,5 мм дополнительно измельчается, кондиционные опилки поступают в сушилку, а затем в расстилочную машину. Ковер формируется на поддонах, покрытых слоем талька или антиадгезионной жидкости. Сначала готовый ковер подается в пресс для холодной подпрессовки, которая длится в течение 1,5 мин при давлении 1-1,5 МПа, после чего направляется на горячее прессование при давлении 1,5-5 МПа и температуре 160...180°С. Прессование плит толщиной 10 мм продолжается 40 мин. Под воздействием температуры происходят частичный гидролиз полисахаридов древесины и образование органических кислот, которые являются катализаторами, способствующими деструкции лигноуглеводного комплекса. Образовавшиеся химически активные продукты (лигнин и углеводы) взаимодействуют между собой при прессовании. В результате образуется более плотный и прочный материал, чем древесина. Заключительной технологической операцией является обрезка кромок плит на форматно-обрезном станке. Физико-механические показатели лигноуглеводных пластиков приведены в табл. 12.2. Сырье для лигноуглеводного древесного пластика получают при обработке древесины хвойных и лиственных пород. Наряду с опилками, станочной стружкой, дробленкой, для получения пластика могут быть использованы кора в смеси с древесиной, дробленые лесосечные отходы и некоторые одревесневшие сельскохозяйственные отходы. Лигноуглеводные пластики можно получать плоским или объемным прессованием в виде плит и изделий различной конфигурации в зависимости от применяемого прессового оборудования и назначения изделия. По сравнению с древесностружечными плитами, лигноуглеводные пластики обладают рядом преимуществ: они не подвержены старению из-за деструкции органического вяжущего и их прочностные показатели не снижаются со временем; при эксплуатации нет токсичных выделений в окружающую среду. Существенными недостатками производства лигноуглеводных пластиков являются необходимость мощного прессового оборудования и длительность цикла прессования. Пьезотермопластики могут изготавливаться из опилок двумя способами: без предварительной обработки исходного сырья или его гидротермальной обработкой. При первом способе производства пьезотермопластиков технология близка к получению лигноуглеводных пластиков (рис. 12.22). Высушенные опилки поступают на подпрессовку, где выдерживаются в течение 20-30 с при удельном давлении 2-2,5 МПа, а потом в многоэтажном гидравлическом прессе в течение 4-7 мин подвергаются горячему прессованию при давлении 20-30 МПа и температуре плит пресса 140-225°С. По второму способу кондиционные опилки размером менее 4 мм обрабатываются в автоклавах паром в течение 2 ч при температуре 170-180°С и давлении 0,8-1 МПа. Гидролизованная пресс-масса частично высушивается и при определенной влажности последовательно подвергается холодному и горячему прессованию. Удельное давление холодного и горячего прессования - 15 МПа, температура последнего - 160°С. Исходным сырьем, наряду с опилками, могут служить измельченная древесина хвойных и лиственных пород, льняная и конопляная костра, камыш, гидролизный лигнин, одубина. Пьезотермопластики подразделяют на изоляционные, полутвердые, твердые и сверхтвердые. При средней плотности 700-1100 кг/м3 пьезотермические пластики, изготовленные из березовых опилок, имеют предел прочности при статическом изгибе 8-11 МПа. При повышении средней плотности до 1350-1430 кг/м3 предел прочности при статическом изгибе достигает 25-40 МПа. Высокие физико-механические свойства пьезотермопластиков позволяют применять их для полов, дверей, а также в качестве отделочного материала. |