Склеивание древесины

 

С помощью склеивания можно изготавливать несущие строительные конструкции из дерева, например, балки и колонны, различных видов и форм с большими сечениями и длиной. Слоис­тая дощатая древесина из-за ее многосторонней применимости играет особую роль. Кроме того, клееными делаются конструкции стропильных ног и фахверковые фермы, а так­же стеновые элементы и плоские элементы покрытий для строительства сборных домов.

 

Клеящие материалы

 

Клеящие материалы — это материалы, с помощью которых можно соединять другие твердые мате­риалы без изменения их структуры. Склейка ба­зируется на силах адгезии, которые возни­кают между поверхностями склеиваемых матери­алов и поверхностями пленки клеящего материа­ла. Кроме того, внутри пленки клеящего материала при твердении действуют силы когезии (рис. «Когезия и адгезия при склеивании»). За счет механического заанкеривания клеящего материала, например, в порах дре­весины, прочность шва может быть повышена. Для того чтобы клеящий материал мог смачивать склеиваемые поверхности материалов, клеящий материал при склеивании дол­жен быть жидким. Набор прочности клеящим материалом называется связыванием или твердением. Для этого по большей части необходимо высокое давление и часто высокая температура.

Клеящие материалы различаются по различным признакам, например, по хи­мическому составу, способу переработки или твердения. В основном клеящие ма­териалы подразделяются на клеи и склеивающие материалы. Клеями называют водорастворимые или диспергированные клеящие материалы. Склеивающие материалы содержат в большинстве случаев органические растворители.

Клеи из природных сырьевых материалов, например, глютиновые и ка­зеиновые клеи, в строительстве не имеют значения. Вместо них применя­ются искусственно приготовленные клеящие материалы. Эти синтетичес­кие клеящие материалы в основном подразделяют на термопластичные клеи и дуропластичные клеи, а также на склеивающие материалы.

 

Термопластичные клеи

 

Термопластичные клеи изготавливаются диспергированием в воде (дисперси­онное средство) в мельчайшей форме термопластичных синтети­ческих материалов, например, поливинилацетата. Поливинилацетатные клеи называют поэтому дисперсными клеями. Из-за того, что они выглядят как молоко, их называют также белыми клеями. Твердение дисперсионных клеев — это физический процесс, при котором вода воспринимается склеиваемыми материалами. Температура, при которой про­исходит склеивание, не должна быть ниже 8 °С, так как в противном случае шов будет белым и клей потеряет свою склеивающую силу (точка белизны). Для того чтобы дерево могло воспринять содержащуюся в клее воду, влажность склеивае­мой древесины не должна быть выше 12—15%. Тепло ускоряет испарение влаги и тем самым склеивание. Клей остается термопластичным, при нагревании он снова становится мягким, но уже никогда не станет жидким. При воздействии воды дисперсионные клеи больше не растворяются, но они могут разбухать. Поэтому эти поставляемые готовыми к применению клеи преимущественно ис­пользуются при внутренних отделочных работах в качестве монтажных клеев (рис. «Свойства поливинилацетатных клеев (клеи ПВА)».

 

Дуропластичные клеи

 

Дуропластичные клеи изготавливаются из таких сырьевых материалов, как фе­нол, мочевина, меламин или резорцин, которые всегда вступают в химическую связь с формальдегидом. Клей тогда на­зывают, например, фенолформальдегидным клеем. При изготовле­нии дуропластичных синтетических смол химический процесс конденсации пре­рывается. С помощью добавления отвердителя или с помощь подачи тепла эта химическая реакция снова возоб­новляется и продолжается до полного застывания. Дуропластичные клеящие материалы называются также конденсационными клеями.

Отвердители — это кислоты или соли, которые или уже содержатся в клеящем материале, или подмешива­ются к клеящему материалу в виде по­рошка или раствора перед нанесением (процесс промежуточного смешивания). Однако они могут наноситься перед склейкой на одну из склеиваемых по­верхностей, тогда как на другую нано­сится клеящий материал (метод предва­рительной обмазки).

Так как конденсация этих клея­щих материалов происходит при нормальной температуре и медленно про­должается без отвердителя, то эти клеи могут храниться только в течение ограниченного времени. Они частично пригодны для погодоустойчивой склейки и применяются в основном для изготовления деревянных матери­алов и в строительстве из клееных деревянных конструкций (табл. «Применение конденсационных клеев и склеивающих веществ»).

 

Клей для склеивания древесины

 

Склеивающие материалы могут приготавливаться из дуропластичных синте­тических смол, таких, как эпоксидные клеи и полиуретановые клеи (изоцианатные склеивающие материалы), или из термопластичных син­тетических смол, такие, как, например, полихлоропреновые клеи.

Склеивающие материалы из дуропластичных синтетических смол твердеют за счет химических реакций (полисложение) и образуют высокопрочные соединения.

Термопластичные клеи, как правило, являются контактными клеями. При склейке их наносят на обе склеиваемые поверхности. После этого клей должен быть выдержан на воздухе, т.е. очень легкие фрак­ции растворителя должны улетучиться. Только когда нанесенные слои клея на ощупь будут казаться сухими, склеиваемые поверхности соединяются и сильно прижимаются друг к другу. При этом происходит склеивание. Поэто­му с помощью контактных клеев можно склеивать также и не всасывающие материалы, такие, как металлы или пластмассы.

Клеи, которые применяются без отвердителя, называются однокомпонентными клеями, а те, которые имеют добавку отвердителя, называются двухкомпонентными клеями. С помощью отвердителя склеивающий шов приобретает повышенную начальную проч­ность и теплоустойчивость, кроме того, он более устойчив к воздействию влаги.

Склеивающие материалы применяются не только в строительстве из дерева, но так­же и для укрепления керамической плит­ки, отделки пола, а также в строительстве из легких металлических конструкций.

При применении клеящих материалов не­обходимо точно следовать указаниям фир­мы-изготовителя, так как многие клеи со­держат опасные для здоровья или легко вос­пламеняющиеся составные части. Кроме того, необходимо обеспечить квали­фицированное удаление остатков клеящих материалов.

 

Слоистая древесина

 

Слоистая древесина состоит минимум из трех досок хвойных пород, в большинстве пихтового дерева, широкие плоскости которых так склеены между собой, что каждый раз соприкаса­ются правая и левая боковые плоскости.

Доска, у которой левая сторона при чере­довании досок должна лежать снаружи, тем не менее должна быть перевернута, так как снаружи должны лежать доски только пра­вой стороной (рис. «Правые и левые стороны досок в дощатой слоистой древесине»).

Чтобы уменьшить работу дощатой слои­стой древесины, в основном ее усадку, скле­иваемые доски должны иметь влажность, со­ответствующую относительной влажности воздуха места строительства. Кро­ме того, древесные клеи лучше твердеют, когда перед склейкой древесина имеет малую влаж­ность. Поэтому для конструктивных клее­ных соединений можно применять древеси­ну только с влажностью не более 15%. Для достижения такого влагосодержания приходится обязательно применять искусственную суш­ку древесины. При транспортировке, складиро­вании и монтаже необходимо обеспечить, чтобы влажность клееных деревянных конструкций из- за длительно действующих влияний влажности грунта, осадков, а также вследствие высыхания не была изменена до неприемлемых величин.

Толщина отдельных строганных досок, ко­торые называются пластинами, составля­ет, как правило, 33 мм и не более 42 мм. Для изготовления этих пластин применяются рав­номерно росшие отрезки досок, сплачиваемые вместе с помощью клееного клинчатого соеди­нения (рис. «Клиновидное соединение древесины»).

 

Дощатая слоеная древесина изготавливается шириной до 30 см при высоте сечения до 2 м. Длины строительных конструкций могут достигать 60 м, причем наряду с техническими проблемами большую роль играет проблема транспортировки. Пролеты более 100 м воз­можны при устройстве монтажных швов. По­этому дощатая слоистая древесина применяется для многих большепролетных сооружений, таких, как, например, промышленные здания, крытые бассейны, спортивные залы, церкви и мосты. Так как отдельные дощатые пластины под давлением могут изгибаться, то из дощатой слоистой древесины можно изго­тавливать криволинейные конструкции, так называемые дуговые балки (или пологие арки) (рис. «Дуговая балка (пологая арка) из дощатой слоистой древесины).

Дощатая слоистая древесина имеет хорошую устойчивость формы, большие значения прочности, чем полнотелая древесина, а также более высокие художе­ственные качества поверхностей и отсутствие усадочных трещин (табл. «Допустимые напряжения для дощатой слоистой древесины согласно DIN 1052»). Так, как и в случае пожара на ней образуется меньше трещин, чем на полнотелой древесине, то защитный обугленный слой на ней лучше сохраняется. Поэтому согласно DIN 4102 возможно применение клееных конструкций для элементов классов огнестойкости F30 и F60 с небольшими сечениями без дополнительных ог­незащитных мероприятий.

Так как плохая склейка может иметь тяже­лые последствия, то несущие клееные деревян­ные конструкции могут изготавливаться толь­ко при условии наличия особого разрешения. Получение его зависит от наличия специальных цехов и машинного оснащения на предприятии-изготовителе, а также от наличия спе­циально обученного персонала. Кроме того, в производстве клееных деревян­ных конструкций могут использоваться только специальные испытанные и признанные клеи. Подходят для этого исключительно дуропластовые клеи из синтетических смол (конденсационные клеи), а также полиуретановые клеи. Для клееных конструкций, подверженных воздействию микроклимата нор­мальных помещений, оправдали себя клеи из мочевинных смол, которые об­разуют светлый шов. Для всех других областей применения допускаются только клеи на резорциновых и меламиновых смолах, а также полиуретановые клеи.

Также и при применении средств защиты древесины необходимы особая тщательность и профессиональные знания. Могут применяться только такие средства защиты, у которых доказана совместимость с соответствующими кле­ящими материалами. К ним относятся почти исключительно масляные сред­ства защиты древесины. К ним иногда добавляются красящие пигменты, по­зволяющие придавать древесине те или иные оттенки, не закрывая при этом поры в древесине. Чтобы избежать дополнительного нагревания и связанного с ним повышенного коробления, стоящие сна­ружи конструкции из дощатой слоистой дре­весины не должны обрабатываться окрашива­ющими в черный цвет средствами защиты.

Внутри помещений строительная дощатая слоистая древесина не требует, как правило, никакой химической защиты.

 

Конструкции из брусьев

 

Для изготовления видимых конструкций, у ко­торых требуется равномерная картина поверх­ностей и хорошие показатели долговечности, применяются высушенные брусья из хвойной древесины, которые склеиваются в стабильные по форме и размерам элементы. Для этого при­меняются, например, два разделенных по ядру или свободных от ядра полубревна, чьи правые стороны повернуты наружу. Они склеиваются полиуретановым клеем в пластинчатую древесину (дуобалки) (рис. «Пластинчатая древесина»). Такие же клееные деревянные конструкции из трех бру­сьев называют триобалками. Аналогичным об­разом получаются из четырех повернутых на­ружу четвертей бревен крестовые балки (рис. «Крестовые балки»). Типичное сечение крестовой балки с ромбовидной продольной пустотой получается, когда шплинтовые стороны косострогаются. Поэтому для таких конструкций может применяться также древесина с неровны­ми краями без каких-либо ограничений.

 

 

За счет клиновидного соединения можно из­готавливать конструкции любой длины. Плас­тинчатая клееная древесина поставляется дли­ной до 18 м, крестовые балки допускаются дли­ной до 12 м.

Клееные брусья согласно допускам строи­тельного надзора применяются для несущих конструкций. Пластинчатая клееная древесина поставляется в большинстве случаев сортового класса S 10. Крестовые балки сортируются как дощатая слоистая древесина и подразделяются на сортовые классы КВ 11 и КВ 14.

 

Стропильные балки и фермы

 

Из статических соображений целесообразно из­готавливать I-образные клееные балки. 1-образные балки из дощатой слоистой древесины и из склеенных брусьев из полнотелой древеси­ны в настоящее время еще имеют небольшое значение. Однако отдельные до­пущенные к применению строительным надзором специальные конструкции часто применяются в виде стропильных балок, прогонов и балок для плоских крыш пролетами около 12 м и иногда до 20 м. Сюда относятся двутавровые балки и фахверковые фермы. Кроме того, для опалубки перекрытий и стен изготавливаются специальные фахверковые фермы и балки.

Двутавровые балки имеют стенку из продольно-полосчатой фанеры (плиты OSB), из плоско прессованных плит для строительства или из твердых древесно-стружечных плит, которые вклеены в пазы в поясах (рис. «Балки со стенкой и фахверковая ферма»). Пояса состоят из слоистой фанеры или из дерева хвойных пород сортового класса S 10.

Фермы с треугольной решеткой (DSB) — это фахверковые фермы, которые изготавливаются с параллельными поясами или в форме треугольной или односкатной крыши (см. рис. «Балки со стенкой и фахверковая ферма»). Раскосы фермы с треу­гольными раскосами вставляются на цапфах в пазы в поясах и приклеиваются.