Заводской контроль прочности клеевых соединений деревянных конструкций и его эффективность

Ковальчук Л. Диева Т. Паук С. Заводской контроль прочности клеевых соединений деревянных конструкций и его эффективность // Строительные материалы. 2004 . №5. C. 8-9

В заводской практике в настоящее время используется система контроля прочности клеевых соединений [1], основанная на проведенных 1975-90 гг. в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко лабораторных и заводских испытаниях. Ниже рассмотрена эффективность производимых испытаний в условиях современного производства.

Для оценки прочности пластевых соединений двух- и трехслойных клееных конструкций, используемых в основном в оконных и дверных блоках, в России применяется методика ГОСТ 15613.1-84, в которой малый образец применяется при испытании клеевых соединений на скалывание как в заводской, так и в лабораторной практике. Для оценки клеев в странах Европейского союза стандартизован другой образец ? ?нахлестка?, испытываемый при растяжении (EN 302 и EN 205).

Для оценки качества многослойных конструкций (более трех слоев) предназначена методика испытаний на послойное скалывание по ГОСТ 25884-83. Аналогичная методика стандартизирована за рубежом (EN 392).

Определение прочности соединения металлических стержней, вклеиваемых в клееную древесину, производится по методике ЦНИИСК, предусматривающей сдвиг (скалывание) соединений при приложении нагрузки на стержень образца.

Стойкость пластевых соединений многослойных конструкций оценивается по методике ГОСТ 27812-88, которая основана на измерении степени расслоения клеевых швов при переменном увлажнении под вакуумом и давлением и последующем высушивании. Несколько измененная методика стандартизирована за рубежом (EN 391). Используются также упрощенные методики [1], в которых вымачивание образцов производится без вакуума и давления.

Прочность продольных зубчатых клеевых соединений определяют путем испытания образцов при поперечном изгибе по ГОСТ 15613.4-78. Аналогичная методика принята и за рубежом (EN 408 или 384).

Многолетний опыт (1975?90 гг.) становления и развития массового производства клееных конструкций в нашей стране подтвердил эффективность принятых методов и системы оценки прочности клеевых соединений.

В настоящее время изучены и решены основные вопросы формирования начальной и эксплуатационной прочности клеевых соединений. Отработана технология изготовления конструкций, используется необходимое оборудование, конкретизированы требования к древесине, применяются высококачественные клеи и т. п. Это относится к стабильно работающим предприятиям, где выполняются принятые в нормативных документах требования.

Исходя из изложенного необходимо было определить эффективность системы контроля качества в условиях современного налаженного производства.

В нормативных документах установлены показатели прочности клеевых соединений, которые должны обеспечиваться при контрольных производственных испытаниях соединений. В зависимости от типа конструкций это: при скалывании малых стандартных образцов - 5-6,6 МПа, послойном скалывании ? 6?8 МПа, изгибе зубчатых соединений - 25-37,5 МПа, расслаивании - 3-5%, сдвиге соединений металлических стержней с древесиной - 6 МПа.

Эти цифры выведены из предположения, что начальная прочность, оцениваемая по завершении процесса изготовления конструкций, должна характеризовать преимущественное разрушение соединений по древесине, то есть прочность склеиваемой древесины должна быть не ниже прочности клеевого соединения. Напряженное состояние испытываемых образцов, как правило, не полностью соответствует реально возникающему в конструкциях при их нагруже-нии, эти несколько условные показатели довольно хорошо характеризуют качество склеивания.

В случае, когда качество (прочность клеевых соединений) может быть недостаточным, разрушение при испытаниях происходит не по древесине, а по клеевой прослойке (клеевому шву). Такое положение возможно при использовании несоответствующих клеев, плохой обработке склеиваемых поверхностей, неправильных режимах склеивания и т. п., то есть в условиях не полностью отлаженного производства. Здесь целесообразность и эффективность использования существующих методов и средств контроля не вызывают сомнения.

Следует отметить, что основной целью заводских контрольных испытаний является выявление некачественного склеивания, которое характеризуется недостаточной по сравнению с нормируемой прочностью клеевого соединения. При неудовлетворительных результатах испытаний должны приниматься незамедлительные меры по исправлению положения. Иначе говоря, должна обеспечиваться обратная связь. В тех же случаях, когда результаты контрольных испытаний всегда положительны, возникает вопрос о целесообразности таких испытаний.

Для оценки эффективности испытаний были проанализированы трехлетние результаты контрольных заводских испытаний клеевых соединений на трех предприятиях, где на наш взгляд налажено и стабильно работает производство и осуществляется постоянный контроль клеевых соединений. Условно они обозначены №№ 1, 2, 3.

Остановимся вначале на результатах выборочных испытаний на послойное скалывание как наиболее массовом виде испытаний. На рисунке представлены результаты испытаний клеев на основе карба-мидно-меламиновых смол. Аналогичные результаты были получены при испытании клеев на основе резорциновых смол. Видно, что прочность большей части испытанных образцов выше нормируемой. В тех же случаях, когда прочность соединений ниже, разрушение происходило по древесине, что характеризовало малую прочность склеиваемой древесины. Следовательно, испытания и их результаты не влияют на процесс производства.




Следует отметить еще одну особенность испытаний на послойное скалывание. Когда эта методика была разработана и стандартизирована, в промышленности использовались в основном так называемые цветные клеи, например фенолорезорцино-вые. Во время испытаний при установке образцов можно было обеспечить приложение скалывающего усилия именно на зону клеевого шва. Сейчас же, когда в основном в производстве используются так называемые белые клеи на основе меламина и др., выделить зону клеевого шва весьма трудно. Поэтому нельзя утверждать, что испытывается клеевое соединение, а не древесина.

Аналогичны результаты контрольных испытаний зубчатых соединений. Здесь они носят еще более условный характер, так как в реальных многослойных конструкциях зубчатые соединения переклеены примыкающими слоями, а само соединение больше воспринимает усилия растяжения, а не изгиба.

Часто отмечается, что наиболее объективную информацию дают испытания на расслаивание, так как соединения подвергаются переменному увлажнению и высушиванию. Но и здесь показатели выше нормируемых. Если учесть, что такие испытания проводятся не на предприятиях, а в сторонних организациях, и результаты испытаний поступают с большим опозданием, результативность их мала.

Результаты контроля прочности вклеивания металлических стержней в клееную древесину, определяемые путем испытания образцов на сдвиг при сжатии, аналогичны.

Следует еще раз подчеркнуть, что стабильно получаемые положительные результаты контрольных заводских испытаний характеризуют начальную прочность соединений, которая в процессе эксплуатации конструкций может изменяться.

Немаловажна условность контрольных испытаний, носящих сугубо выборочный характер. Из этого следует, что существующая система заводских контрольных испытаний дает важную, но не достаточную информацию об эксплуатационной надежности клееных конструкций.

Требуется дальнейшее совершенствование общей системы контроля качества, в том числе прочности и стойкости клеевых соединений. До решения этого вопроса принятые сейчас методы испытаний должны быть сохранены. Однако в условиях налаженного, стабильно работающего производства объемы таких испытаний должны быть сокращены и увязаны с классами назначения конструкций [2].

Необходимо совершенствование самих методик испытаний, например использование вместо послойного скалывания испытаний аналогичных образцов на изгиб, когда в зоне максимального момента будет гарантировано разрушение по наиболее слабому месту.

Это же относится и к испытаниям на расслаивание. При применяемых методах испытаний увлажнение и высушивание происходит равномерно с торцевых поверхностей образцов. Конечно, некоторые усилия клеевые прослойки воспринимают при таких воздействиях от неравномерного строения древесины и направления годовых слоев в смежных слоях. В реальных же конструкциях, относящихся к третьей категории эксплуатации, торцы обычно изолируются, а переменному неравномерному увлажнению и высушиванию подвергаются боковые поверхности. В результате этого образуется неравномерное поле напряжений по сечению конструкций, которое и вызывает расслоение клеевых соединений. Причем при каждом последующем воздействии увеличивается глубина проникновения влаги в зону клеевых швов.

Исходя из изложенного в качестве заводского контроля целесообразно ввести цикличное увлажнение-высушивание боковых поверхностей более крупных образцов при изоляции торцевых поверхностей. Конечно, такие испытания не могут быть ежедневными для контроля всей продукции, но периодический контроль, например ежемесячный, может дать более объективную информацию об эксплуатационной надежности изготовляемых конструкций.

В заключение еще раз следует подчеркнуть, что испытания клеевых соединений не дают полной информации о качестве изготавливаемых конструкций, особенно в условиях стабильного налаженного производства. Только сочетание хорошо отработанного и тщательно выполняемого операционного контроля и выборочных испытаний клеевых соединений по усовершенствованной методике могут обеспечить выпуск надежных в эксплуатации конструкций.

Выводы

1. Разработанная ЦНИИСК им. Кучеренко в 1975?90 гг. и стандартизированная система контроля прочности клеевых соединений эффективнаприорганизации производства и изменении параметров технологического процесса. В условиях предприятий, стабильно работающих по отлаженной технологии, эффективность ее резко снижается.

2. Контрольные заводские испытания клеевых соединений характеризуюттольконачальную прочность и стойкость соединений и не являются гарантией эксплутационной надежности клееных конструкций.

3. Следует начать дальнейшую разработкуусовершенствованной комплексной системы контроля качества изготовляемых клееных конструкций, начиная от методов испытания клея до правильного его выбора в конструкциях с разными условиями эксплуатации, и заканчивая методами испытаний самих конструкций.

4. Наряду с совершенствованием заводских методов контроля клеевых соединений следует разработать усовершенствованную систему внутризаводского и внешнего контроля качества изготавливаемых клееных конструкций.

5. Без систематического решения отмеченных выше задач нельзя гарантировать требуемую экс-плутационную надежность конструкций.

Список литературы

1. Рекомендации по испытаниям клеевых соединений деревянных строительных конструкций. М., 2003. ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя России.

2. Инструкция по изготовлению и контролю качества деревянных клееныхконструкций для производственных сельскохозяйственных зданий. М., 2003. ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя России, ЦНИИЭПсель-строй Минсельхоза России.