Склеивание арматуры с древесиной в конструкциях

От клеевых соединений, используемых для склеивания древесины с арматурой, зависит прочность, надежность и долговечность армированных деревянных конструкций [21].

Эффективным является так называемое рациональное армирование, при котором стрежни растянутой арматурой размещаются по траекториям главных растягивающих деформаций. Данный вид армирования позволит повысить надежность конструкций и улучшить технологию изготовления (рис. 1.16, в, г).

При склеивании арматуры с древесиной клей переходит от жидкого в твердое состояние и со временем по мере отверждения увеличиваются механическая прочность клеевого слоя и сцеплением его со склеиваемыми материалами.

Клеевой шов принято рассматривать как единую композицию из клеевого слоя и двух прилегающих материалов. При этом прочность соединения зависит от механических свойств клея и древесины.

Необходимо, чтобы при склеивании древесины с арматурой прочность соединения превышала прочность основного материала конструкции – древесины. Тогда разрушение такого соединения будет происходить от скалывания древесины вдоль волокон.

Клеевые соединения арматуры с древесиной должны отвечать следующим требованиям: иметь высокую механическую прочность и достаточную жесткость; стойкость к циклическим температурно-влажностным воздействиям; долговечность; малую ползучесть при длительном действии нагрузки; технологичность. Из большого списка всевозможных клеев, выпускаемых промышленностью, таким требованиям удовлетворяют только эпоксидные, феноло-формальдегидные и полиуретановые. Однако феноло-формальдегидные клеи, содержащие кислотные отвердители, обладающие низкой стоимостью и доступностью, вызывают коррозию стальной арматуры. После чего необходимы специальные мероприятия по защите арматуры, тем самым технологический процесс становится сложнее и повышается стоимость изделия. Полиуретановые клеи пока недостаточно изучены и дефицитны.

В полной мере отвечают предъявляемым требованиям клеи на основе эпоксидных смол, которые в большинстве случаев используются в виде многокомпонентных клеевых композиций. Применяя для наполнения и отверждения эпоксидных клеев различные наполнители и отвердители, удается получить клеевые соединения, удовлетворяющие не только перечисленным выше требованиям, но и обладающие высокой теплостойкостью и относительно низкой стоимостью [5,22]. Низкая стоимость достигается за счет введения в композицию на 100 массовых частей смолы 200 – 400 массовых частей наполнителей, что приводит к снижению содержания смолы (наиболее дорогого компонента) в клее до 15 – 25 %. Пример: стоимость 1 кг смолы ЭД-20 составляет 4,0 усл.ед, а стоимость 1кг клеевой композиции составит 0,68 – 1,0 усл. ед.

Для клеевых соединений арматуры с древесиной наиболее технологичными являются композиции, которые приготовлены на основе эпоксидных смол (марок ЭД-20, ЭИС-1 и др.). От вида и количества отвердителя зависит актуальность использования композиции и после введения отвердителя набор прочности начинается после 45 – 120 мин. Основные составы клеевых композиций, рекомендуемых для применения в армированных деревянных конструкциях, приведены в табл. 1. Расход клеевой композиции в зависимости от профиля и диаметра арматуры определяется по рис.1.18.

Рис. 1.18 Расход клеевой композиции в зависимости от профиля и диаметра арматуры

При выборе клеевой композиции для соединений в армированных конструкциях следует учитывать, что некоторые традиционные компоненты в названных составах далеко не оптимальные, поэтому взамен их приведены новые, свойства которых повышают технологичность и качества клеевых соединений. Например, полиэтиленполиамин – наиболее распространенный аминный отвердитель, который является: весьма гигроскопичен, чувствителен к температурному режиму отверждения и к рецептурному составу, токсичен. Поэтому разработаны оксиэтилированные аминные отвердители, которые отличаются меньшей токсичностью и летучестью, более низкой стоимостью и доступностью.

Таблица 1.1 Эпоксидные клеевые композиции для склеивания арматуры с древесиной

Взамен дибутилфталата, который испаряется из эпоксидных композиций, растворяется в воде, тем самым снижая качество и стойкость клеевых соединений, целесообразно применять сланцевый модификатор (сламор). Сламор – поверхностно активное вещество, которое повышает смачивающие свойства эпоксидных композиций, снижает расход отвердителя на 15 – 20 %, упрощает составление композиций с высоким содержанием наполнителя и служит катализатором при отверждении. Являясь продуктом недорогим и доступным, сламор снижает не только начальную вязкость клеевой композиции, но и существенно ее стоимость.

В качестве наполнителя наиболее эффективен песок (доступен и имеет низкую стоимость), тогда как цемент отрицательно взаимодействует с аминными отвердителями, а его частицы будучи гигроскопичными могут, присоединяя воду, увеличиваться в объеме (набухать), вследствие этого в клеевом шве в процессе эксплуатации возникают внутренние раскалывающие напряжения, которые снижают долговечность и надежность соединения.