официальный сайт

Научно-технического совета  и секции «Деревянные конструкции»

Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН) и

Российского научно-технического общества строителей (РосНТО Строителей)

 

Главная Конструкции Производство Контроль качества Защита конструкций Исследования Экспл. надежность Документы Экономика и право Работа НТС и секции Люди и их дела Контакты

 

 

Раздел 3. Контроль качества.

 

Контроль

клеевых соединений деревянных конструкций.

Л.М. Ковальчук, Н.А. Успенская (ЦНИИ Строительных Конструкций им. В.А.Кучеренко - ЦНИИСК)

 

Многолетний опыт производства и применения в нашей стране деревянных клееных конструкций позволил сформировать довольно стройную систему контроля клеевых соединений.

Условно методы испытаний клеевых соединений могут быть разделены на две группы: первая касается заводских контрольных испытаний, производимых в процессе изготовления конструкций, вторая - в большей степени относится к лабораторным испытаниям, необходимым при разработке новых клеев, отработке технологических режимов склеивания и т.п. Кроме испытаний образцов, вырезаемых из конструкций или специально склеиваемых, в отдельных случаях испытываются конструкции или их элементы.

Для оценки прочности клеевых соединений не всегда есть возможность использовать схемы испытаний, которые полностью моделируют напряженное состояние в натурных конструкциях, например, сжатие, отрыв. Поэтому при оценке клеевых соединений большее внимание уделяется испытаниям на скалывание вдоль волокон древесины, так как это один из основных видов напряженного состояния, возникающих в клееной древесине при приложении внешней нагрузки. Исходя из этого, стандартный малый образец по ГОСТ 15613.1-84 принят не только для контроля начальной прочности при скалывании вдоль волокон древесины, но и определения стойкости клеевых соединений. Подвергая такие образцы различным температурно-влажностным воздействиям, можно оценивать водостойкость клеевых соединений по ГОСТ 17005-82, стойкость при цикличных воздействиях переменных температур и влажности по ГОСТ 17580-82, атмосферостойкость по ГОСТ 19100-73, тепло- и морозостойкость по ГОСТ 18446-73.

В данной статье рассматриваются только испытания клеевых соединений при заводском контроле.

Следует отметить, что действующая сейчас система испытаний клеевых соединений была разработана в 1955-80-х годах, когда происходило становление новой отрасли строительного производства – серийного изготовления деревянных клееных конструкций. При организации производства, особенно на начальной стадии, требовались эффективные методы заводского контроля, позволяющие оперативно получать информацию о качестве склеивания. С этой целью были разработаны и стандартизованы оправдавшие себя на производстве методы испытаний. В месте с тем за прошедшие десятилетия был значительно усовершенствован технологический процесс, стали использоваться новые клеи и оборудование. Поэтому с целью совершенствования системы контроля возникла необходимость проведения анализа эффективности в современном производстве разработанных почти пол века тому назад методов контроля. Этот вопрос и рассматривается в данной статье.

Для анализа использовано большое количество результатов испытаний, проведенных в последние 3-5 лет на многих предприятиях страны. Подробный анализ этих результатов позволяет оценить эффективность принятых методик и системы испытаний и наметить пути их совершенствования и использования в производстве.

При заводском контроле наиболее часто используется метод послойного скалывания образцов, вырезанных из торцевых частей конструкций при доведении их до проектных размеров (рис.1).

Согласно ГОСТ 25884-83 заготовки (рис1 а, б) распиливают на образцы в виде прямоугольной призмы сечением ((50х50) ±0,5) мм и высотой h, равной высоте сечения элементов или конструкций. Плоскости образцов должны быть параллельны между собой, а клеевые швы перпендикулярны к плоскости пропила.

При испытаниях образец устанавливают в приспособление для испытания (рис.1 в) так, что бы задняя грань ножа пуансона и передняя грань передвижной опорной площадки находились от него на расстоянии 0,5–1,0 мм. Перемещением прижимной опоры закрепляют образец в приспособлении. Нагрузку на образец передают через пуансон.

Образец испытывают до разрушения с постоянной скоростью перемещения пуансона и фиксируют разрушающую нагрузку.

Предел прочности клеевого соединения при скалывании вычисляют в МПа с точностью до 0,1 МПа по формуле:

где Р–разрушающая нагрузка, Н;

F-площадь поперечного сечения образца, м2

 

Аналогичная методика испытаний клееной многослойной древесины при скалывании по клеевым слоям содержится в Европейском стандарте EN 392.

Были проанализированы результаты испытаний на послойное скалывание, проводившихся в течение 3 лет на 4-х заводах страны. В общей сложности получены данные скалывания около 3-х тыс. клеевых швов. Из них около 96% разрушились по древесине. Из оставшихся 4% ниже минимально допустимого по ГОСТ 20850-84 значения, т.е. 6МПа имели менее 1%.

Из этого следует, что достигнутое в настоящее время на этих предприятиях качество склеивания, характеризующееся данным видом испытаний, является весьма удовлетворительным. В качестве примера на рис. 2 показан разброс прочностных показателей на одном из предприятий (около 300 испытаний клеевых швов). Необходимо подчеркнуть, что эти показатели фактически характеризуют не прочность клеевого соединения, а прочность склеиваемой древесины.

Также следует отметить сложность определения характера разрушения при этом виде испытаний. Если при использовании феноло-резорциновых клеев, имеющих темный цвет, еще имеется возможность хотя бы примерно оценивать характер разрушения, то в клеевых соединениях на карбамидно-меламиновых клеях (т.н. светлых) такая возможность вообще отсутствует. Поэтому остается одна характеристика соединения – предел прочности. Он и свидетельствует о малой эффективности этого вида испытаний., как это следует из  вышеприведенных результатов.

Другой вид заводских испытаний предназначен для оценки качества зубчатых клеевых соединений, используемых для склеивания по длине отдельных заготовок.

Испытания проводят по методике ГОСТ 15613.4-78*. Длина образцов должна быть не менее 15 толщин. За толщину образца h принимают размер по направлению приложения нагрузки. Средняя (рабочая, с зубчатым соединением) часть длины образца размером не менее 6h должна быть свободной от видимых дефектов.

Образцы должны иметь сечение, равное по толщине и ширине полному сечению испытываемой клееной заготовки. Если оборудование не позволяет испытывать образцы полного сечения, допускается испытание образцов уменьшенного сечения. Для этого при испытании клееную заготовку распиливают на несколько образцов равной ширины, каждый из которых испытывают.

Испытания образцов осуществляют в приспособлении, состоящем из основания с опорами и двух нагружающих ножей (рис.3). Опоры и нагружающие ножи должны быть высотой не менее двух толщин h образца.

Предел прочности вычисляют по формуле:

где Pmax – максимальная разрушающая нагрузка, H;

l – расстояние между центрами опор, мм;

b – ширина образца, мм;

h – толщина образца, мм.

 

Как и при испытаниях методом послойного скалывания, анализировались результаты по 4-м предприятиям за 3 года т.е. было испытано около 3-х тысяч образцов. Т.к. четко определить характер разрушения образцов затруднительно, можно только отметить, исходя из записей в заводских журналах, обычно отмечалось 72-100% разрушения по древесине.

Из выборки объемом 300 испытаний (рис.4) в 29 случаях (9,6%) прочность соединения была ниже нормируемой. Анализ характера разрушения показал, что причиной разрушения обычно было не плохое склеивание, а наличие в зоне клеевого соединения дефектов (сучков, трещин) или малая прочность материала, т.к. разрушение происходило полностью по древесине.

К заводским относят также испытания на расслаивание, хотя ГОСТ 20850-84, ввиду условности получаемых показателей, результаты испытаний не нормирует.

Хотя этот вид испытаний вновь введен в проект ГОСТа 20850 от

Метод по ГОСТ 27812-88 основан на определении суммарной длины расслоившихся участков клеевых швов на торцевых поверхностях образца после искусственного создания в нем напряжений разбухания и усушки и вычислении показателей расслоения.

Образцы для испытаний выпиливают из торцевых частей клееных элементов при доведении их до проектных размеров в виде прямоугольной пластины перпендикулярно клеевым швам на расстоянии не менее 50мм от торца клееного элемента.

Длина образца вдоль волокон древесины - 75±3мм. Высота и ширина образца должны соответствовать поперечному сечению клееного элемента. Допускается деление образцов по высоте сечения на меньшие части (пропил должен проходить по слою древесины на равном расстоянии от клеевых швов). Испытанию подлежат все части образца.

Образцы помещают в автоклав с водой так, чтобы обеспечивался свободный доступ воды к торцам образцов. В автоклаве образцы должны быть полностью покрыты водой. Температура воды должна быть от 10 до 20оС. Образцы выдерживают под вакуумом 0,08±0,01 МПа в течение 1ч, затем под давлением 0,5±0,3 МПа в течение 3ч, после чего помещают в сушильную установку, предварительно осушив их поверхность. Образцы высушивают до начальной массы при температуре 60±5оС и скорости движения воздуха 2,5±0,5 м/с. Сушку образцов считают законченной, если разница между массой образца до и после сушки не превышает 5%.

После испытания в каждом образце определяют показатели расслоений клеевых швов. За результат испытания принимают наибольший показатель общего расслоения клеевых швов из числа испытанных образцов и показатель максимального расслоения отдельного клеевого шва. Обычно удовлетворительным считается результат, если общее расслоение после одного цикла обработки не превышает 5%, а после двух циклов – 10%.

Аналогично ГОСТ 27812-88 испытания на расслаивание проводятся по Европейскому стандарту EN 391. Размеры образцов, их подготовка и оценка – практически по аналогии с отечественным стандартом.

Если при испытаниях на изгиб зубчатых соединений и послойное скалывание объективным показателем является численное значение предела прочности, то при испытании на расслаивание показатель - % расслаивания зависит от напряжений, возникающих в слоях древесины с разным расположением волокон древесины (тангентальным, радиальным) при увлажнении и высушивании древесины. А т.к. в одном клееном пакете слои могут располагаться по-разному (рис. 5). Клеевые прослойки даже в одном пакете будут нагружены по-разному. Хотя все смежные слои в образце склеены в одних и тех же условиях.

При заводском контроле практически невозможно выполнить требования СТО 09317031-02-2006 (п. 3.2.3) к древесине образцов. Поэтому нормировать столь условные показатели нецелесообразно. Такой вид испытаний относится, как отмечалось, не к количественной, а к качественной оценке клеевых соединений и поэтому может выявлять только явно некачественные соединения, о чем свидетельствует данные 2-х годичных испытаний образцов на 4-х предприятиях страны. Всего было проанализировано около тысячи показателей (рис 6).

Приведенный выше анализ позволяет сделать некоторые выводы по повышению эффективности заводского контроля клеевых соединений деревянных конструкций.

Вне всякого сомнения, используемые в настоящее время в производстве деревянных клееных конструкций методы испытаний, в определенной степени позволяют оценить качество склеивания. Даже в тех случаях, когда при испытаниях разрушение происходит по древесине, имеется подтверждение о достаточной в этом случае адгезионно-когезионной прочности соединения.

Вместе с тем, при достаточно хорошо налаженном производстве существующая система контроля клеевых соединений не всегда оказывается эффективной. Она может совершенствоваться в следующих направлениях.

1.  Существующие методы и систему контроля можно сохранить на первых стадиях освоения производства, замене оборудования и инструмента, использования новых клеев и других подобных случаях. Получаемые результаты испытаний позволяют устранять имеющиеся недостатки, для чего и предназначены результаты испытаний.

2. Периодичность проведения заводских испытаний клеевых соединений целесообразно увязать с ответственностью изготавливаемых конструкций  (табл.1). В качестве примера в таблице 2 приведена одна из возможных схем проведения контрольных испытаний на производстве.

3. Целесообразно в качестве дополнительной характеристики ввести оценку полноты отверждения наносимого на склеиваемые поверхности клея.

4. Для обеспечения долговечности конструкций при малой эффективности испытаний необходим жесткий пооперационный контроль.

 

Таблица 1

Класс конструкции

Назначение объекта, где применяются конструкции

Общая характеристика

I

Спортивно-зрелищные, торговые  и тому подобные здания и сооружения

Большепролетные несущие конструкции зданий

II

Производственные, складские и тому подобные здания и сооружения

Несущие конструкции любого пролета

III

Малоэтажные жилые здания и вспомогательные постройки и т.п.

Ненесущие конструкции (брусья стен, каркасы ограждающих панелей и т.п.)

 Таблица 2

 

Класс конструкции

Виды испытаний клеевых соединений

изгиб зубчатых соединений

послойное скалывание

расслаивание

I

Не менее  5 стыковых соединений в смену

Не менее 5 клеевых швов от каждого пакета

Не менее 5 клеевых швов от каждого пакета

II

Не менее 5 стыковых соединений  в неделю

Не менее 5 клеевых швов от двух запрессовок

Не менее 5 клеевых швов за рабочую неделю

III

Не менее 5 стыковых соединений в месяц

Не менее 5  клеевых  швов в неделю

-

 

.

 

Журналы «Клеи, герметики, технологии» №8 и 9 за 2007г. и «Polymer Science, Series D/ Glues and Sealing Materials», 2008, Vol. 1, No 1

 

 

Цитировать изложенный на сайте материал допускается только с разрешения авторов и при наличии ссылки на первоисточник.
Отправить сообщение для: lmk3@rambler.ru c вопросами и замечаниями об этом веб-узле.
Дата изменения: 13.01.2009.