11. ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕРЕВ'ЯНИХ КОНСТРУКЦІЙ

Виготовлення дерев'яних конструкцій у даний час орієнтовано в основному на індустріальні конструкції заводського виготовлення. Переважно це клеєні дерев'яні конструкції. Саме вони забезпечують високу якість і довговічність конструкцій, а збірність елементів дозволяє істотно скоротити терміни будівництва.

Технологічний процес виготовлення дерев'яних конструкцій як клеєних, так і з суцільної деревини складається з таких операцій: підготовка пиломатеріалів, що включає їхнє сушіння до визначеної вологості залежно від умов експлуатації і сортування за природними вадами і дефектами, отриманими при сушінні деревини; готування і нанесення клеїв; запресовування і склеювання; механічна обробка; нанесення захисних покриттів; збирання конструкцій.

Підготовка матеріалів. Основними матеріалами несучих дерев'яних клеєних конструкцій є пиломатеріали хвойних порід, що поставляються переважно в розсортованому вигляді. Розміри пиломатеріалів вибирають виходячи з необхідних проектних розмірів конструкцій з урахуванням запасів на механічну обробку і сушіння.

Сушіння матеріалів є однією з основних операцій технологічного процесу виготовлення дерев'яних клеєних конструкцій і значною мірою визначає їхню експлуатаційну міцність. Сушіння повинне довести пиломатеріали до заданої вологості. Сушити їх доцільно на місці розпилювання. При цьому слід пам'ятати, що вологість W = 18% називається транспортною. Транспортування деревини вагонами при такій вологості дозволяє знизити приблизно на 40-50% її масу, в результаті чого ємкість вагона збільшується на 5%, що під час перевезення за рік 20 млн. м3 пиломатеріалів вивільнює понад 10 тисяч вагонів.

Залежно від призначення пиломатеріалів, що висушуються, встановлено п'ять категорій якості сушіння: 0, I, II, III і IV. Для досягнення необхідної якості піломатеріалів потрібно дотримувати режим сушіння, тобто розклад температури і ступеня насичення сушильного агента (повітря). Якщо режим сушіння забезпечує задану якість і швидкість сушіння, то він називається раціональним.

Чим вище температура, нижче ступінь насичення і вище швидкість руху сушильного агента (повітря), тим інтенсивніше протікає процес сушіння.

Залежно від вимог до якості деревини встановлені такі категорії режимів сушіння: м'який (М), нормальний (Н), форсований (Ф) і високотемпературний.

Волога в деревині знаходиться у двох станах - волога вільна, тобто така, що заповнює порожнини кліток і міжклітинних просторів, і волога зв'язана (гігроскопічна), що просочує стінки (оболонки) кліток.

Деревина має властивість гігроскопічності, тобто вона здатна поглинати пари води з повітря або віддавати їх, змінюючи свою вологість залежно від зміни температури і ступеня насичення повітря. Стан деревини, при якому в ній відсутня вільна волога, але міститься максимально можлива кількість зв'язаної вологи, називається межею гігроскопічності W,^ Практично для всіх порід деревини при температурі t = 200С межа

гігроскопічності WMT = 30%. При підвищенні температури межа гігроскопічності знижується, наприклад, при t = 600С WMT = 26%.

При сушінні деревини відбувається її усушка, коли зменшуються її лінійні розміри та об'єм. Усушка деревини відбувається тільки при видаленні з неї зв'язаної вологи, тобто від межі гігроскопічності до абсолютного сухого стану. Розбухання деревини відбувається при поглинанні нею зв'язаної вологи.

Зменшення або збільшення в деревині кількості вільної вологи не викликає зміни її розмірів, змінюється тільки маса деревини.

Усушка деревини при видаленні з неї зв'язаної вологи різна в різних напрямках, наприклад, зміна розмірів уздовж волокон може досягати 0,1­0,2%, у тангенціальному напрямку - 8-12%, у радіальному напрямку - 4-8%. Останні два фактори є причиною поперечного короблення дощок.

Обов'язковою умовою переміщення вологи всередині деревини є перепад вологості між її шарами. У перший же період сушіння, коли висушуються зовнішні шари, утворюється перепад вологості, що викликає переміщення вологи зсередини масиву деревини до поверхні. При сушінні виникає також перепад температур по перерізу матеріалу, що є другою причиною руху вологи в деревині: волога переміщується від більш нагрітих місць до більш холодних, тобто від поверхні всередину, тому що поверхневі шари як більш сухі матимуть більшу температуру, ніж внутрішні. Ця друга причина, природно, сповільнює процес сушіння.

Під час сушіння пиломатеріалів треба постійно стежити за режимом сушіння, тому що може виникати не тільки поперечне, але й поздовжнє короблення (дугоподібне і гвинтове) через наявність у дошці заболоні, ядра і косошару і, що не менш небезпечно, можуть з'являтися внутрішні залишкові напруження. Якщо напруження розтягу в зовнішніх шарах перевищують межу міцності деревини поперек волокон, то при значному перепаді вологості вже в перший період сушіння в матеріалі можуть виникнути зовнішні тріщини.

Пиломатеріали, призначені для виготовлення несучих конструкцій, рекомендується сушити комбінованим способом, що включає попереднє сушіння до вологості близько 20% і камерне сушіння до вологості 8-12%. Особливу увагу слід приділяти правильному формуванню штабелів перед сушінням. Укладання пиломатеріалів у штабель повинно забезпечувати рівномірне омивання сушильним агентом (повітрям) всього матеріалу, збереження пиломатеріалом первісної форми й охороняти його від короблення, для чого використовують, наприклад, гвинтові притискачі. Внутрішні напруження і зменшення міцності деревини після сушіння не допускаються.

Сортування пиломатеріалів проводять для відбору деревини необхідної якості відповідно до категорій елементів дерев'яних конструкцій. При постачанні пиломатеріалів замість візуального використовують силове сортування. При цьому вихід вищих сортів пиломатеріалів збільшується, за рахунок чого досягається економія деревини до 20%.

Пиломатеріали зберігають у штабелях під навісами або на складах у закритих приміщеннях. Штабель повинен бути правильної геометричної форми, зі строго вертикальними бічними і торцевими поверхнями. Звичайно штабелі виконують шириною 1,8-2,4, висотою 2,6-5, довжиною 6,5-6,8 м.

Штабелі формують з однакових за породами і товщинами пиломатеріалів на прокладках з антисептованих рейок 25х40 мм. Прокладки ставлять строго вертикально одна під одною. Крайні прокладки повинні бути урівень з торцями штабеля. Щоб уникнути поздовжнього короблення за спеціальними таблицями вустановлюють кількість прокладок по довжині штабеля залежно від породи деревини, товщини і довжини пиломатеріалів.

Механічна обробка включає поперечно-поздовжній розкрій дощок і фрезеруванння поверхонь перед склеюванням. На сучасних заводах ці операції проводять на автоматичних або напівавтоматичних лініях, що складаються із спеціалізованих верстатів. Механічну обробку заготовок

виконують в межах припусків на обробку, регламентованих держстандартами. Після механічної обробки дощок до склеювання їх поверхні повинні захищатися від забруднення і зволоження.

У результаті механічної обробки на поверхні деревини можуть бути різні нерівності-борозни, риски від різця, хвилястість від обертового інструмента, виколи і вириви шматків деревини при пилянні, ворсистість і моховитість при шліфуванні. Залежно від призначення виробів до поверхні деревини ставлять різні вимоги. Чистоту поверхні оцінюють ступенем шорсткості, що визначається середнім значенням максимальних висот нерівностей (від вершини до дна западин).

Залежно від розмірів нерівностей держстандартом установлено 12 класів шорсткості:

 

Клас шорсткості

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Параметри

1600

1200

800

500

320

200

100

60

32

16

8

4

шорсткості,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мкм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ці класи шорсткостей на будівельних кресленнях указують так:

склеювання зубчастих стиків: УД8 (8 клас);

склеювання пластей і ребер: УД7 (7 клас).

Для забезпечення точної зборки дерев'яних конструкцій необхідно, щоб розміри деталей, що з'єднуються, знаходилися у визначених межах. Це досягається дотриманням системи допусків при обробці елементів. Дійсний розмір обробленої деталі може відрізнятися від номінального розміру, заданого кресленням. Для забезпечення взаємозамінності деталей на кресленні ставлять два розміри, що вказує межі дійсного розміру. Різниця між найбільшим і найменшими граничними розмірами називається допуском на неточність виготовлення. Чим більші допуски, тим менші вимоги, які ставлять до точності виготовлення деталей.

Сукупність допусків, що відповідають однаковому ступеню точності для всіх номінальних розмірів, називається квалітетом.

Крім дотримання системи допусків, при обробці елементів дерев'яних конструкцій необхідно також враховувати припуски на механічну обробку. Припуском називається перевищення розмірів заготовки над номінальними розмірами деталі, тобто це шар матеріалу, що підлягає видаленню при механічній обробці. Треба прагнути до мінімальних припусків, тому що це дозволяє більш раціонально використовувати деревину. Припуски залежать від виду механічної обробки і технічного стану устаткування.

При розрахунку кількості лісоматеріалів, необхідних для виготовлення виробів заданих розмірів і якості, слід враховувати:

кількість відходів при розкрої (торцовка, вирізка дефектних місць та

ін.);

розміри необхідних припусків на чистову обробку (стругання, фрезерування та ін.);

величину очікуваних втрат у виробництві.

Виходом чорнових заготовок називається відношення (у %) об'єму за­готовок, отриманих в результаті розкрою, до об'єму розкроєних дощок, фа­нери, плит та ін. Остаточним виходом називається відношення об'єму об­роблених деталей і виробів до об'єму розкроєних дощок, фанери, плит та ін.

Розмір виходу залежить від виду продукції, породи і сортності сировини, методів розкрою та обробки. Вихідними даними у визначенні виходу служать креслення, держстандарти і технічні умови на ці вироби.

Готування і нанесення клеїв. Для готування клеїв повинні застосовуватися дозовані зважуванням компоненти, що задовольняють вимогам відповідних держстандартів. Перед готуванням компоненти клеїв ретельно перемішують.

Нанесення клею - важлива операція в технології виготовлення конструкцій. Вона визначає витрату клею і якість склеювання. Найбільш висока якість досягається при двосторонньому нанесенні клею. Максимальна

міцність забезпечується визначеною товщиною клейового прошарку (0,1-0,2 мм), що контролюється витратою клею (0,25-0,35 кг/м2).

Клей наносять вальцьовими клеєнаносювачами способами контактного (для високов'язких клеїв) і безконтактного (при виготовленні крупногабаритних елементів) наливу, а також повітряним розпиленням (для малов' язких клеїв).

Запресовування і склеювання. Після нанесення на заготовки клею виконують зборку елементів (або конструкцій), транспортування їх і витримку під тиском до необхідної міцності клейових з' єднань.

З огляду на обмежену життєздатність клею тривалість складальних операцій повинна бути мінімальною і складати за часом 40-50% життєздатності клею. Тривалість складальних операцій залежить від відкритої витримки (час з моменту нанесення клею до контакту поверхонь) і закритої витримки (час з моменту контактування поверхонь до запресовування). Найбільш оптимальним є процес, при якому заготовки одразу після нанесення клею контактують і запресовують.

У процесі запресовування конструкції склеюються під тиском, що забезпечує повний рівномірний контакт поверхонь по всій площі склеювання.

При масовому виготовленні однотипних конструкцій з невеликою шириною клейових прошарків (до 120 мм) запресовування здійснюють у пресових установках безперервної дії із застосуванням високочастотного нагрівання.

При виготовленні великопрольотних конструкцій криволінійного обрису збирання доцільно виконувати безпосередньо у ваймових пресах або застосовувати цвяхове пошарове запресовування.

Діючими нормативними документами передбачається запресовування при тиску від 0,03 до 0,1 МПа залежно від виду клею, його в'язкості та інших властивостей.

Режим склеювання має на увазі необхідні температуру і час витримки до досягнення клейовим з'єднанням необхідної міцності. Для прискорення технологічного процесу виготовлення встановлена розбірна міцність, що дорівнює не менше 50% розрахункової для прямолінійних і не менше 70% -для криволінійних елементів (конструкцій).

При склеюванні в нормальних умовах (t = 16-200С) час твердіння визначається властивостями клеїв і складає до 10 годин для прямолінійних і до 20 годин для криволінійних елементів. Склеювання прискорюється застосуванням контактного і високочастотного нагрівання.

Захист дерев'яних клеєних конструкцій від зволоження, біопошкоджень і загоряння в обов'язковому порядку необхідний для несучих конструкцій. Найбільш ефективними є покриття, що забезпечують комплексний захист деревини. Однак арсенал таких покриттів поки невеликий, тому використовують систему захисних речовин. Спочатку деревину просочують водорозчинними складами, що захищають її від гниття (паста на латексі ПАЛМ-Ф, водний розчин фтористого натрію, кремнефтористий амоній) і загоряння (склад ППЛ, перхлорвінілова емаль ПХВО). Після підсушування поверхні деревини її обробляють захищаючими засобами від зволоження (пентафталева емаль ПФ-115, алкідно-карбамідна емаль МЧ-181, лаки та ін.). Вид і технологія обробки приводяться на робочих кресленнях з посиланням на нормативні документи і технічні умови.

Контроль якості дерев'яних клеєних конструкцій виконують на всіх основних технологічних етапах їхнього виготовлення. Готові конструкції повинні строго відповідати вимогам держстандарту або технічним умовам на конкретні види конструкцій.

Поетапний контроль і контроль готової продукції включає ряд операцій. При підготовці пиломатеріалів і заготовок перевіряють вологість деревини, внутрішні напруження, чистоту обробки поверхні, виявляють і усувають неприпустимі для елементів конструкцій відповідної категорії пороки, встановлюють механічні характеристики деревини і відповідність

геометричних розмірів пиломатеріалів і заготовок проектним, а також правильність вибору геометрії зубчастих шипів.

При підготовці клеїв треба правильно витримати склад, визначити умовну в'язкість, життєздатність, час витримки до запресовування деталей і час твердіння клею.

У процесі склеювання звертають увагу на температуру і вологість повітря цеху, на витрату клею і якість його нанесення на поверхні заготовок, на вибір способу запресовування і забезпечення необхідного тиску запресовування, на вибір способу нагрівання і підтримування потрібної температури склеювання, на витримку під тиском і після розпресовування до механічної обробки готового дощатоклеєного блоку.

Контроль клейових з'єднань після виготовлення елемента полягає в перевірці товщини клейового прошарку, визначенні міцності при сколюванні уздовж волокон і при вигині і розтяганні зубчастих з'єднань, встановленні однорідності клейового прошарку і непроклеїв.

Після виготовлення конструктивного елемента з дощатоклеєного блоку перевіряється якість механічної обробки, фіксується можливе відхилення від проектної геометричної форми і розмірів, виявляється наявність видимих дефектів і перевіряється якість захисної обробки.

Останнім етапом контролю якості є перевірка несучої здатності конструкцій. Партія конструкцій, що пройшли зовнішній огляд і обмірювання, вважається прийнятою, якщо при випробуваннях довільно відібраних екземплярів відношення руйнівного навантаження Рруйн до

контрольного навантаження Рконтр буде для усіх відібраних екземплярів

більше одиниці, тобто

Рруи^ > 1, (11.1) Р контр

де Рконтр = Рп ' k - контрольне навантаження; Рп - проектна несуча здатність; k - коефіцієнт безпеки для даного типу конструкції.

Умова (11.1) гарантує довговічність і надійність експлуатації дерев'яних конструкцій.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я