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 4. Защита конструкций.

 

Защита несущих деревянных клееных конструкций

 

Ломакин А.Д. канд. тех. наук

ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко

 

     Длительные наблюдения за поведением несущих деревянных клееных конструкций (ДКК) в зданиях  с различным микроклиматом показали, что клееные элементы массивного сечения в меньшей степени подвержены увлажнению, чем элементы из цельной древесины (брусья, бревна). Было установлено, что это связано с наличием в сечении клеевых швов, препятствующих прониканию влаги в древесину, с пониженной гигроскопичностью древесины, подвергшейся  воздействию повышенных температур в процессе камерной сушки, а также с влиянием гистерезиса сорбции [1].

     При экспонировании незащищенных клееных брусьев шириной 120 мм с различной толщиной слоев (20; 30; 35 и 45 мм) в зданиях, отличающихся сезонным повышением относительной влажности воздуха до 85% и более, было установлено, что при отсутствии конденсационного увлажнения влажность центральной зоны брусьев не превышала 13-15% с сезонными колебаниями около 1-2%.В то же время влажность элементов из цельной древесины в тех же условиях достигала 24% с сезонными колебаниями 5-6%.

     На влажностное состояние клееных элементов оказывает влияние толщина слоев. Так, минимальная влажность наблюдалась в элементах со слоями толщиной 20 мм, а максимальная – со слоями толщиной 45 мм. При экспонировании в помещении со среднегодовой относительной влажностью воздуха около 85% влажность клееных элементов со слоями толщиной 20 и 45 мм держалась на уровне 10-11 и 14-15% соответственно.

     Многолетний опыт применения ДКК в зданиях и сооружениях различного назначения убедительно показал, что их эксплуатационная влажность находится на уровне, при котором опасность биоразрушения древесины практически отсутствует.

    Обследования ДКК, эксплуатируемых в отапливаемых и неотапливаемых зданиях, показывают, что выход их из строя в результате биоразрушения – явление исключительно редкое. В подавляющем большинстве случаев причиной биоразрушения древесины является – местное переувлажнение ее капельно-жидкой влагой (атмосферными осадками, попадающими на конструкции  через поврежденную кровлю, или конденсатом, когда нет условий для последующей просушки древесины). Поэтому при соблюдении требований конструкционной противогнилостной профилактики подвергать ДКК биозащитной обработке, как правило, не требуется. Исключение могут составлять здания с влажным режимом, например, бассейны, аквапарки и др.

     При использовании ДКК на открытом воздухе вероятность такой опасности возрастает, поэтому защита их от биоразрушения является такой же необходимой мерой, как и защита от увлажнения.

     Значительно большую опасность для ДКК представляют циклические колебания влажности, которые вызывают появление в клееных элементах внутренних влажностных напряжений, периодически меняющих свою величину и знак. При знакопеременных напряжениях с течением времени может произойти ослабление клеевых соединений и, как следствие, снижение несущей способности ДКК.

     Однако нарушение целостности клееной конструкции или ее элементов в результате появления трещин и расслоений может произойти не только в результате переменных температурно-влажностных воздействий, но и в результате снижения влажности древесины после ввода ДКК в эксплуатацию, что и наблюдается на ряде ответственных  сооружений.

     Причин тому несколько.

Во-первых, это связано с затягиванием сроков строительства, в результате чего ДКК зачастую без защитной обработки  длительное время находятся под влиянием атмосферных воздействий. В результате ДКК сначала увлажняются, а затем просыхают, что приводит к появлению трещин и расслоений. Это может происходить уже на стадии строительства, но чаще всего это наблюдается в первый год эксплуатации здания или сооружения, когда конструкции попадают в условия с низкой относительной влажностью и повышенной температурой воздуха.

     Во-вторых, причиной появления в ДКК трещин и расслоений может быть не соответствие производственной (начальной) влажности  древесины той, которая ожидается в процессе эксплуатации. Следует заметить, что выполнить это условие на практике удается далеко не всегда, в основном из-за того, что период с момента выхода ДКК с завода до ввода объекта в эксплуатацию достаточно велик и даже при выполнении всех условий по предохранению их от атмосферных осадков и солнечных лучей, полностью исключить гигроскопическое увлажнение древесины не удается. Поэтому в эксплуатацию ДКК вводятся иногда с влажностью выше эксплуатационной. Такое наблюдается обычно при строительстве  крупных сооружений, сроки, возведения которых  достаточно продолжительны.

     В третьих, это связано либо с нарушением условий эксплуатации ДКК, либо с тем, что особенности условий эксплуатации  не были учтены при изготовлении ДКК и не отражены в технической документации. Типичное нарушение условий эксплуатации ДКК в крытых сооружениях – подача в зону размещения ДКК теплого сухого воздуха, в результате чего относительная влажность воздуха снижается до 25-30 %, что приводит к снижению влажности древесины до 6-7 %.

     Особую опасность для клееной древесины представляет пересушивание наружных зон, в которых развиваются  большие внутренние  растягивающие  напряжения, вызывающие либо появление усушечных трещин, либо раскрытие клеевых швов.

     В 70-х годах, когда в стране ДКК стали широко применяться при строительстве различных сельскохозяйственных зданий, было немало случаев выхода конструкций из строя по этим причинам. Наиболее показателен в этом отношении негативный опыт применения треугольных металлодеревянных арок в птицеводческих зданиях в Белоруссии. В результате того, что не были учтены особенности температурно-влажностного режима отдельных категорий птичников (температура воздуха в зоне размещения арок достигала 400С, а относительная влажность – 35-40%), через 1-2 года эксплуатации стали отмечаться сначала отдельные, а затем и массовые расслоения верхних клееных деревянных поясов арок. К таким последствиям привело использование для склеивания толстых (до 50 мм) досок и несоответствие производственной влажности древесины (в ряде случаев 20% и более) эксплутационной (5,5 -7 %).

     К таким же результатам может привести размещение вблизи ДКК различного рода нагревательных устройств и осветительных приборов или подача в зону размещения ДКК теплого сухого воздуха. Такие примеры были в 80-годах [2], есть они и сейчас. Так, в крытом конькобежном центре (ККЦ) в Крылатском, построенном в 2003г., и в Центральном выставочном зале «Манеж», сданном после восстановления в эксплуатацию в 2005г., в результате подачи теплого воздуха в верхнюю зону, где установлены несущие ДКК, отмечалась пониженная влажность воздуха, что привело к снижению влажности древесины и появлению в некоторых элементах ДКК локального раскрытия клеевых швов.

     Для ДКК, эксплуатируемых в условиях переменной влажности например, в крытых катках, наибольшую опасность представляют возникающие при этом циклические деформации усушки и разбухания. Создание на поверхности клееного элемента барьера, препятствующего прониканию в древесину гигроскопической или капельно-жидкой влаги, приводит к резкому снижению внутренних напряжений и благоприятно сказывается на долговечности клееной древесины.

     Для того чтобы правильно выбрать те или иные меры защиты ДКК, необходимо иметь четкое представление об условиях, в которых они будут эксплуатироваться, а также о влажностном состоянии древесины в условиях службы, т.к. именно влажность и ее изменение являются основной причиной, влияющей на сохранность ДКК (табл. 1).

     При выборе защитных средств, должно быть четкое позиционирование по областям применения.

     Несущие ДКК, используемые  в настоящее время в зданиях и сооружениях, можно условно разделить на две группы.

      К первой группе относятся ДКК, к которым предъявляются повышенные требования по пожарной безопасности. Основная область их применения – большепролетные здания и сооружения (стадионы, спортивные залы, бассейны, легкоатлетические и конноспортивные манежи, крытые конькобежные центры, теннисные корты, выставочные залы, крытые рынки и др.). Защита их от пожара производится в основном вспучивающимися прозрачными огнезащитными составами.

      Ко второй группе относятся ДКК, к которым требования по огнезащитной обработке не предъявляются (автодорожные и пешеходные мосты, а также  неответственные здания и сооружения, например, складские помещения, навесы, перголы и др.).

     Выбор защитных средств для ДКК второй группы затруднений не вызывает, поскольку номенклатура их достаточно обширна. По функциональному назначению их можно на 3 основных вида: декоративные, влагозащитные и биозащитные. Так как некоторые влагозащитные составы (в основном, лакокрасочные) обладают большой цветовой гаммой, они могут использоваться в качестве защитно-декоративных. Кроме указанных видов защитных средств при обработке ДКК используют лессирующие пропиточные составы и составы комплексного действия - защитно - декоративные антисептирующие. Основные виды декоративных и защитных средств для ДКК и рекомендуемая область их применения приведены в табл.2.

      Учитывая, что в последнее время ДКК получили популярность при строительстве зданий и сооружений зрелищного, спортивного и культурно-бытового назначения, где они выходят в интерьер помещения, к ним предъявляются и повышенные  декоративные качества. При обработке таких ДКК предпочтение отдается составам, не скрывающим текстуру древесины. К ним относятся лаки, лессирующие пропитки и защитно-декоративные антисептирующие составы.

     Наиболее простое и достаточно эффективное средство защиты ДКК от растрескивания и расслоения – нанесение на боковые поверхности лакокрасочных покрытий, которые предотвращают быстрые и резкие изменения влажности древесины в периферийной зоне клееного элемента.

     С защитой ДКК первой группы  вопрос несколько сложнее из-за определенных ограничений, связанных с тем, что защитная обработка ДКК, которая производится на заводе, не должна снижать адгезию огнезащитного лака, наносимого на объекте, а также не влиять отрицательно на его огнезащитные свойства.

     Эти условия значительно ограничивают номенклатуру средств, которые могли бы одновременно предохранить ДКК от  колебаний влажности на стадии строительно-монтажных работ и в процессе эксплуатации, а также удовлетворять упомянутым выше требованиям.

     Таким образом, возможны два варианта.

Вариант 1. На заводе-изготовителе на ДКК наносят Пк с высокими влагозащитными свойствами (низкие водо – и паропроницаемость). Кроме того, эти Пк могут одновременно обладать фунгицидными (при необходимости) и декоративными свойствами. Для этих целей наиболее пригодны ЛКП на алкидной и уретано-алкидной основе. При толщине пленки не менее 100 мкм они надежно защищают ДКК не только от колебаний влажности в процессе эксплуатации, но и предохраняют их от неблагоприятных атмосферных воздействий в период транспортирования, хранения и монтажа.

     В настоящее время огнезащитные Пк наносят только на объекте и только после устройства кровли.

Вариант 2. На заводе – изготовителе на ДКК наносят поверхностно-пропиточные составы комплексного действия на органической или водной основе. Они обладают фунгицидными и декоративными свойствами, но не образуют на поверхности древесины пленочного покрытия. Поскольку эти средства имеют малый сухой остаток, они, обладая водоотталкивающими свойствами, не  препятствуют гигроскопическому увлажнению древесины.

     Основная функция такой защитной обработки – предохранение ДКК от  переувлажнения и появления на древесине плесневых и окрашивающих грибов не только в период строительства, но и в период эксплуатации. Кроме того, поверхностно-пропиточные составы могут выполнять и декоративную функцию.

     Если ДКК, защищенные по варианту 2, будут эксплуатироваться в помещении с нестабильным температурно-влажностным режимом, то защитный (покрывной) лак, который наносят на огнезащитный, должен обладать достаточной водо- и паронепроницаемостью, чтобы в максимальной степени способствовать стабилизации влажностного состояния ДКК.

     Таким образом, мы имеем дело с системной защитой ДКК. Здесь важно обеспечить адгезию огнезащитного лака  к древесине, на которую в заводских условиях нанесено влаго – или влагобиозащитное Пк или защитно- декоративный пропиточный состав. От этого во многом зависит долговечность, а, следовательно, и эффективность огнезащитного Пк. Если вопрос адгезии  покрывного лака к огнезащитному не стоит, поскольку это подразумевается и гарантируется производителем, то адгезия огнезащитного лака к древесине   с заводской влагозащитной обработкой должна оцениваться в каждом конкретном случае.

     Выбор того или иного защитного средства определяется также с учетом возможностей производства – наличие необходимого оборудования для нанесения и сушки Пк и т.д. Немаловажным фактором является и степень экологичности состава и время его сушки. Большая продолжительность межслойной и окончательной сушки составов  на органических растворителях и их вредность в некоторых случаях являются препятствием к их применению, несмотря на высокие защитные и адгезионные свойства.

 

.

 

Литература

1. Ломакин А.Д. Защита древесины и древесных материалов. М. «Лесная промышленность», 1990г. с .28-31

2. Турковский С.Б., Варфоломеев Ю.А. Результаты натурных обследований деревянных  клееных конструкций. Ж. «Промышленное  строительство», 1984г.,- №6. – 19-20.

3. Устрехов А.И., Гаращенко Н.А. Показатели конструктивной пожарной опасности деревоклеенных конструкций, защищенных вспучивающимися покрытиями, и перспективы их использования. – «Монтажные и специальные работы в строительстве», 2006г. - №6, - с. 12-16

 

По материалам журнала «Деревообрабатывающая промышленность»

№ 3 (2007г.)

 

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.