Клеи, применяемые в клееных конструкциях

Клеи, применяемые в клееных конструкциях

Реферат

Клеи, применяемые в клеёных конструкциях

Введение

Клееная деревянная конструкция - это целостная совокупность деревянных деталей с определенным взаиморасположением. Клееная конструкция состоит из деталей определенных параметров, соединенных между собой клеевой прослойкой.

КДК способны принимать большие эксплуатационные нагрузки и обеспечивать безопасность и устойчивость различных строительных объектов. В строительных сооружениях такие конструкции предназначаются для выполнения несущих, ограждающих или декоративных функций. Иногда КДК выполняют одновременно несколько функций, например, клееные брусья стен малоэтажных зданий.

В последнее время клееные деревянные конструкции находят широкое применение в строительстве зданий и сооружений, таких как: спортивные и торговые помещения, аквапарки, конюшни, в т.ч. помещения манежа, мосты, мансарды, складские помещения, в том числе для хранения химических реагентов для дорожных служб и калийных удобрений для сельского хозяйства и т.д. Также применение клееных деревянных конструкций стало широко использоваться в области малоэтажного домостроения в виде клееного стенового бруса, балок перекрытия и стропильной системы.

Долговечность и безопасность деревянных конструкций из клееного бруса зависит не только от материала, но и от типа и марки применяемого клея, а также его технологических и эксплуатационных свойств. К основным эксплуатационным свойствам клеев относят: прочность клеевого соединения, его эластичность, водостойкость, биостойкость, морозостойкость, температуро- и пожаростойкость.

1. Виды клеев и методы склейки

Наиболее надежным средством соединения в деревянных конструкциях является клей. Благодаря большой исследовательской работе, проведенной в Советском Союзе и за границей, были получены составы водостойких клеев, которые позволяют изготовлять из маломерного лесоматериала клееные конструкции больших размеров.

Наличие значительных сил сцепления, возникающих в клеевом шве, позволяет путем надлежащего подбора пиломатериалов создать наилучшую конструкцию индустриального изготовления. Прочность клеевого шва после завершения процесса схватывания и твердения клея, при условии соблюдения установленных правил склейки, значительно превосходит прочность самой древесины.

Поэтому при хорошем качестве склейки разрушение клееного элемента при скалывании будет происходить по древесине. Благодаря этому имеется возможность получать клееный элемент требуемых размеров и формы. Применение клея даст возможность преодолеть естественную ограниченность сортамента лесоматериалов.

Типы сечении клееных элементов конструкций: 1, 2, 3 - двутавровые балки; 4-коробчатые балки: 5, 6, 7, 8-прогоны, колонны и сваи; 9-сваи; 10, 11-шпунтованные сваи

В настоящее время для изготовления клееных конструкций, согласно Инструкции по проектированию и изготовлению клееных деревянных конструкций (ИСП-101-51 и НиТУ-122-55), применяются водостойкие и грибоустойчивые фенолформальдегидные клеи марки КБ-3 и с некоторыми ограничениями средневодостойкие казеиноцементные клеи.

Клей марки КБ-3 состоит из двух компонентов: фенол формальдегидной смолы Б и отвердителя в виде керосинового контакта I сорта (ГОСТ-463-43). Казеиноцементный клей приготовляется из казеинового клеевого порошка сорта «Экстра» (В-107) или сорта (ОБ) и портландцемента марки 400 и выше. В качестве антисептика для казеиноцементного клея рекомендуется динитрофенол или эксидифенол.

Согласно указанной Инструкции, жизнеспособность готового клея КБ-3 при температуре 20° определена не менее 2 час, а казеиноцементных клеев-не менее 3 час.

Предел прочности клеевого шва при испытании на скалывание для сосновых образцов в сухом виде должен быть равным 60 кг/см², а для дубовых -80 кг/см²; после вымачивания их в продолжение 24 час, соответствен но, 40 кг/см² и 55 кг/см².

Для клееных конструкций применяется древесина хвойных и в отдельных случаях - лиственных пород. При этом влажность древесины должна быть не свыше 15% и в крайнем случае не превышать 18%. Пиломатериалы для склеивания следует применять толщиной от 19 до 50 мм, при условии острожки.

С целью уменьшения внутренних напряжений в клеевом шве при усушке и разбухании элементов клееной древесины, рекомендуется применять при пакетной склейке досок согласованное направление годовых слоев всех склеиваемых элементов.

деревянный клей казеиновый фенолформальдегидный

Запрессовка склеиваемых элементов производится при помощи прессов или монтажных гвоздей. При склейке дощатых многослойных прямолинейных или криволинейных элементов необходимо применять пневматические или гидравлические прессы. Струбцины, ваймы и другие ручные винтовые прессы допускаются при условии применения механических ключей (пневматических или электрических - электрогайковертов), которые могут обеспечить быстрое завертывание гаек зажимных болтов и давление от 3 до 5 кг/см².

Температура в помещении, где изготовляются клееные конструкции, при фенолформальдегидных клеях должна быть не ниже 16°, а при казеиноцементных - не ниже 10°. Древесина необходимого качества, предназначенная для склейки элементов, может быть получена из пиломатериалов пониженного качества путем вырезки мест с недопустимыми пороками и последующим стыкованием оставшихся частей по длине и ширине. Из тех же соображений может быть допущено применение и маломерного пиломатериала, но длиной не менее 2 м. При этом растянутые стыки досок осуществляются «на ус», длина которого должна составлять не менее 10-кратной толщины доски, а сжатые «впритык» (лобовым упором) - плотно приторцовываться и насаживаться на клей (рис. 78, в).

При изготовлении клееных конструкций широко применяется водостойкая строительная фанера, склеенная из шпонов, толщиной до 3 мм и шириной от 1.5 до 2 м.

Инструкция (ИСП-101-51) и п. 127 НнТУ-122-55 предусматривают применение двух видов фанеры: водостойкой (В) и средней водостойкости (ВВ).

Водостойкая фанера (на фенолформальдегидном клее) применяется для несущих конструкций - балок, арок, рам и т.д. - в открытых сооружениях с окраской их поверхностей и в помещениях с влажностью не свыше 70%; для кровельных щитов с гидроизоляцией и для стен и других наружных частей здания - с окраской поверхностей.

Фанера средней водостойкости (на карбамидных, альбуминоказеиновых и других клеях с антисептиком) используется для несущих конструкций в помещениях с влажностью

воздуха не свыше нормальной - с окраской и для инвентарной опалубки.

Для наиболее напряженных частей конструкции рекомендуется применение фанеры НВ с рубашкой из шпона сорта не ниже Вис серединками шпона сорта не ниже ВВ.

Основные размеры листов строительной фанеры - трехслойной - 1525Х1525 и 1525X1220 мм, с толщинами =3, 4, 6, 8 мм и пятислойной = 8, 10, 15 мм.

Благодаря совместным усилиям сотрудников Научно-исследовательского института пластмасс и экспериментального завода пластмасс имени М.В. Фрунзе удалось изобрести новый водостойкий и грибоустойчивый клей для склейки древесины со сталью. С появлением такого клея стало возможным предложить новый вид сборно-разборного соединения элементов деревянных конструкций при помощи клеестальных шайб. С помощью таких шайб можно соединять элементы при действии силы вдоль волокон (в растянутых стыках) и под углом к волокнам (в узлах ферм). Применение клеестальных шайб наиболее целесообразно в сборно-разборных конструкциях.

Приклеивание шайб к древесине производится на заводе в специальных прессах при температуре 140-145° и давлении 10-15 кг/см². [1]

Узел фермы на клеестальных шайбах

2. Приготовление казеинового клея

Приготовление казеинового клея к работе. Казеиновый клей поступает на производство в виде порошка. После вскрытия тары клей в порошке нужно хорошо перемешать, так как при транспортировании его более тяжелые составные части (едкий катр, медный купорос) вследствие тряски обычно оседают на дно тары. Не следует просеивать клеевой порошок и выбрасывать оставшиеся на сите крупные частицы: от этого изменяется состав клея.

Казеиновый клей приготовляют к работе следующим образом. Порошок в требуемом количестве постепенно высыпают в воду комнатной температуры (14-20°) при постоянном перемешивании. Воды (по весу) берут в два раза больше, чем порошка.

Перемешивание производят с небольшими перерывами один-полтора часа, пока не получится однородная сметанообразная тягучая масса без комков. В случае сильного загустения смеси прекращают размешивание; смесь постепенно разжижится сама. Воды добавлять нельзя.

Казеиновый клей приготовляют без подогрева: уже при температуре около 40° казеин свертывается и не образует клея. Температура воздуха в помещении, где приготовляется клей, должна быть не ниже, 12° и не выше 30°.

Казеиновый клей нужно готовить на 4-5 час. работы. При более длительном хранении клеевая масса затвердевает и к работе становится непригодной.

Режим склеивания. При склеивании шипов, торцев и усов казеиновый клей наносят на обе склеиваемые поверхности, в других случаях клеем намазывают только одну поверхность. Выдержка перед запрессовкой: открытая - до 6 мин., закрытая - до 20 мин. Температура клея: цеховая - 20-25°. Величина давления - от 5 до 12 кг/см2. Выдержка под прессом - от 2 до 6 час., выдержка деталей после распрессовки - от 12 до 48 час. в зависимости от величины деталей.

К качеству подготовки и к влажности древесины предъявляются такие же требования, как при склеивании желатиновыми клеями. При необходимости можно склеивать казеиновым клеем древесину повышенной влажности. Расход казеинового клея: при одностороннем нанесении - от 150 до 200 г./м2 порошка или 250-400 г./м2 клеевой массы; при двустороннем - от 200 до 300 г./м2 порошка или 400-600 г./м2 клеевой массы.

Применение казеинового клея. Казеиновый клей пригоден для всех столярных работ, необходимо только правильно его применять. При неаккуратной или неумелой работе щелочи, которые содержатся, в этом клее, могут вызвать изменение цвета древесины некоторых пород, богатых дубильными веществами (дуб, каштан, красное дерево). Опыт показывает, что в производствах, где работа с казеиновым клеем надлежащим образом организована, никаких осложнений не возникает. Один из крупных краснодеревных цехов Москвы производит вполне полноценное фанерование дубом на казеиновом клее.

Иногда указывают на такой «недостаток» казеинового клея, как чрезмерная его твердость после высыхания, вызывающая сильное затупление режущего инструмента при последующей обработке склеенных деталей. Этот «недостаток» только обязывает к аккуратности при работе казеиновым клеем: не допускать чрезмерно жирного нанесения клеевой массы, вызывающего потеки, и излишнее выжимание клея при запрессовке, избегать разбрасывания клея кистью или лопаточкой при его нанесении.

Казеиновый клей превосходит мездровый водостойкостью, прочностью склеивания, простотой приготовления, кроме того, он мало требователен к температурным условиям и режиму склеивания. Казеиновый клей дешев, и его сырьевая база в Советском Союзе достаточно обширна.

Эти преимущества делают казеиновый клей весьма ценным для столярных работ. [2]

. Приготовление фенолформальдегидного клея

Фенольноформальдегидные клеи. К ним относятся клеи Б-3 и КБ-3. Клей Б-3 состоит из 10 весовых частей фенольнобаритовой смолы Б, 1 части ацетона и 2 частей керосинового контакта Петрова. Все эти составные части до приготовления клея хранятся отдельно.

Смола Б представляет собой густую и вязкую жидкость темножелтого цвета, получаемую из фенола, формалина и едкого бария.

Приготовляют клей так. Берут луженый или эмалированный бачок с двойными стенками и в него вливают точно отвешенное количество смолы; тотчас же между стенками бачка пропускают холодную воду. После этого вливают ацетон и тщательно размешивают его со смолой, затем вливают отвердитель и смесь снова перемешивают в течение 5-10 мин. до получения однородной клеевой массы.

Готовый клей выдается на рабочие места в клеянках с двойными стенками, между которыми налита холодная вода. Если вода недостаточно холодна, в нее кладут кусочки льда.

Температура клеевой массы как в баке, где она приготовляется, так и в клеянках должна быть не выше 20°. При повышенной температуре клей быстро затвердевает в нерастворимый ком. Жизнеспособность клея 2-3 часа.

Клей КБ-3 менее вреден, чем клей Б-3, в связи с чем в столярном производстве его применяют чаще клея Б-3. По прочности склеивания и жизнеспособности он не уступает клею Б-3.

Клей КБ-3 состоит из фенольноформальдегидной смолы Б и керосинового контакта Петрова. На 100 весовых частей смолы берут от 18 до 26 частей контакта. Способ приготовления такой же, как и для клея Б-3. Смола Б - красновато-коричневая жидкость, в которую входят фенол, формалин, едкий натр и ацетон.

Клей ЦНИИПС-2 по внешнему виду представляет собой жидкость коричневого цвета. В состав его входят (по весу): смола ЦНИИПС-2 (100 частей), керосиновый контакт (20 частей), глицерин (10 частей) серная кислота (1 часть) и трикрезил-фосфат (5 частей), представляющий собой маслянистую прозрачную жидкость.

При приготовлении клея сначала смешивают серную кислоту с глицерином, причем глицерин предварительно охлаждают до 0°. Смесь глицерина с кислотой при тщательном размешивании вливают в охлажденную смолу. После этого добавляют керосиновый контакт и трикрезилфосфат и все хорошо перемешивают до получения однородной клеевой массы.

Склеивание клеем ЦНИИПС-2 производят без подогрева. [3]

Заключение

Применение водостойкого и грибоустойчивого клея позволяет изготовлять из маломерной нестандартной и различного качества древесины долговечные и надежные в эксплуатации клееные конструкции - деревянные балки таких размеров, которые трудно получить при обычном способе изготовления из стандартной древесины с применением стальных связей.

Прочность клеевого шва значительно превосходит прочность самой древесины и поэтому создает жесткость и монолитность конструкции.

1. С. Мюллер, «Строительство из клееной древесины», Birkhauser, Базель, 2000

2.      Райнпрехт Л., Йозеф Штефко, «Современное деревянное строительство. Коттеджи. Беседки. Перголы», Ниола-Пресс, 2006

.        А.В. Калугин, «Деревянные конструкции», Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008