Склеивание строительной 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 (рис. 1). Кроме того, клееными делаются конструкции стропильных ног и фахверковые фермы, а также стеновые элементы и плоские элементы покрытий для строительства сборных домов.

Рис. 1. Несущая конструкция крыши из деревянных слоистых досчатых ферм

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. 2). 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 дисперсионными 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. 2. Когезия и адгезия при склеивании

Дуропластичные клеи

Дуропластичные клеи изготавливаются из таких сырьевых материалов, как фенол, мочевина, меламин или резорцин, которые всегда вступают в химиескую связь с формальдегидом. Клей тогда называют, например, фенолформальдегидным клеем. При изготовлении дуропластичных синтетических смол химический процесс конденсации прерывается. С помощью добавления от-вердителя 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. 1).

Склеивающие материалы

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.

Термопластические 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 отвер-дителя, 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 (рис. 3). Кроме того, необходимо обеспечить квалифицированное удаление остатков клеящих материалов.

Рис. 3. Символы опасности на упаковках клеящих материалов

Дощатая слоистая древесина

Дощатая 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. 4).

Рис. 4. 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. 5).

Рис. 5. Клиновидное соединение

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, крьггые 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. 6).

Рис. 6. 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. 2). 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 разрешительного документа. 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.

Склеенные 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 пластинчастую древесину (дуобалки) (рис. 7). Такие же клееные деревянные конструкции из трех брусьев называют триобалками. Аналогичным образом получаются из четырех повернутых наружу четвертей бревен крестовые балки (рис. 8). Типичное сечение крестовой балки с ромбовидной продольной пустотой получается, когда шплинтовые стороны косо строгаются. Поэтому для таких конструкций может применяться также древесина с неровными краями без каких-либо ограничений.

Рис. 7. Пластинчатая древесина

Рис. 8. Крестовые балки

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 фахверковые фермы

Из статических соображений целесообразно изготавливать I-образные клееные балки. I-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. 9). Пояса состоят из слоистой фанеры или из дерева хвойных пород сортового класса S 10.

Рис. 9. Балка со стенкой и фахверковая ферма

Фермы с трехугольной решеткой (DSB) - это фахверковые фермы, которые изготавливаются с параллельными поясами или в форме треугольной или односкатной крыши (см. рис. 9). Раскосы фермы с треугольными раскосами вставляются на цапфах в пазы в поясах и приклеиваются.