КЛЕЕНЫЙ БРУС С УТЕПЛИТЕЛЕМ

Полезная модель относится к области строительства, в частности к длинномерным строительным конструкциям из древесины, предназначенным для осуществления строительства объектов различного назначения, жилых домов, хозяйственных построек, объектов промышленного и сельскохозяйственного назначения.
В настоящем описании используются следующие термины.
Брус - пиленый, тесаный пиломатериал или клееный пакет из пиломатериалов, длина которого значительно превосходит два остальных измерения.
Балка - конструктивный элемент, обычно в виде бруса, работающий в основном на изгиб.
Термин «пласть» означает широкую плоскую сторону доски, а термин «кромка» означает узкую (по толщине) сторону доски.
Пластина - доска прямоугольного поперечного сечения, подвергнутая дополнительной обработке (в данном описании - фрезерованию) перед склеиванием.
Ламель - деталь конструкции деревянного бруса, балки или панели, прямоугольного или фигурного сечения, имеющая значительную длину по отношению к другим измерениям (ширина и высота).
Мостики холода - конструктивные участки здания, на которых из-за нарушения непрерывности теплоизоляционной оболочки происходит повышенная теплоотдача.
В технике клееных деревянных брусьев, представляющих собой пластины или доски, склеенные между собой, одна из проблем состоит в том, что неоднородность свойств древесины по разным направлениям, неравномерная усадка, усугубляемая разбросом свойств от пластины к пластине, порождают в брусьях значительные механические напряжения, приводящие к расстройству соединения и деформации брусьев. Известен ряд технических решений этой проблемы. Существует также проблема при массовом производстве бруса, когда появляются затруднения в обеспечении высокосортными пиломатериалами, употребляемыми для клееных брусьев. В пластинах, используемых для изготовления известных клееных брусьев, не допускаются сучки или трещины. Но главная проблема, решаемая заявляемым техническим решением, это повышение теплозащитных свойств строительных объектов из клееного бруса за счет конструкции бруса, включающего в себя утеплитель как элемент конструкции.
Из уровня техники известны деревянные профилированные брусья (Строительство и архитектура. Экспресс-информация, серия: строительные конструкции и материалы, ВНИИНТПИ, 1997, выпуск 4, Москва, С.12-15). Такие брусья выполняются путем склеивания двух-трех досок, однако доски требуются из древесины высокого качества, что делает себестоимость такого бруса слишком высокой.
Известен клееный деревянный элемент, включающий в себя пластины, волокна которых ориентированы вдоль продольной оси элемента, соединенные между собой по плоским струганым пластям клеевыми прослойками. Наружные пластины выполнены из твердых пород древесины (лиственница, дуб, ясень), а внутренние - из мягких (ель, сосна, пихта) (Патент RU №2168594, по кл. Е04С 3/14, заявл. 29.12.99). Недостаток известного клееного элемента состоит в высокой стоимости, обусловленной применением дорогих труднообрабатываемых пород древесины для наружных пластин. Как следствие первого недостатка, себестоимость данного изделия слишком высока, и такой элемент не может изготавливаться в количестве, удовлетворяющем потребности массового строительства.
Известна композиционная клееная деревянная балка, включающая пластины, собранные в пакет, между которыми размещены клеевые прослойки, в которой для повышения несущей способности пластины смещены в пакете одна относительно другой в поперечном направлении, образуя пазы на боковых гранях балки. Пазы на боковых гранях, образованные смещением пластин, заполнены композитным материалом (А.С. СССР 956715, по кл. Е04С 3/292, заявл. 16.12.80). В качестве композитного материала использована конструкционная пластмасса с наполнителем из древесной стружки и опилок. Недостатки известной балки состоят в неточности ее размеров и низкой декоративности. После отверждения композитного материала балку нельзя подвергать чистовой обработке по боковым кантам с целью отделки и придания ей точных размеров из-за сильного износа режущего инструмента. Износ вызван как свойствами пластмассы, так и неизбежным присутствием песка в наполнителе из отходов. Еще один недостаток известной балки состоит в том, что для ее изготовления требуются пластины из древесины высокого качества с точно проструганными пластями.
Известен композиционный клееный деревянный брус, предназначенный для использования в качестве балки, включающий пластины, между которыми размещены клеевые прослойки, причем в приопорных зонах балки внутри клеевых прослоек размещены армирующие прокладки из тканой сетки, имеющие переменную длину вдоль балки. (А.с. СССР №989009, по кл. Е04В 5/12, заявл. 08.06.81). Применение армирующих прокладок в клеевых прослойках повышает прочность бруса или позволяет при той же прочности изготавливать его из низкосортного материала. Недостатком известного бруса является отсутствие универсальности, обусловленное тем, что элементы усиления размещаются в приопорных зонах балки. Местоположение этих зон зависит от того, в какой конструкции эта балка применяется, и для каждой конструкции требуется свой типоразмер балки. Кроме того, усиление балки только в приопорных зонах не решает вышеупомянутой проблемы клееных деревянных балок и брусьев. Точная обработка склеенной балки по сторонам, на которые выходят клеевые прослойки с сеткой, вызывает быстрый износ режущего инструмента. Укладка сеток в клеевой слой требует повышенного внимания и точности, что удорожает изготовление.
Известно техническое решение по патенту RU 2357054 С2 от 26.12.2006 г. «Композиционный деревянный брус», по которому конструкция бруса состоит из пластин, соединенных в паз и гребень. Паз и гребень выполнены на широких сторонах пластин, клеевые прослойки между пластинами расположены между вершинами гребней и дном пазов, высота гребней превышает глубину пазов, а ширина гребней меньше ширины соответствующих им пазов. Паз и гребень на части пластин имеют разную ширину, изменяющуюся от пластины к пластине в соответствии с требуемым профилем поперечного сечения бруса. Ширина пазов равна ширине пластин, уменьшенной на величину припуска на чистовую обработку. На одном боковом канте бруса может быть выполнен дополнительный паз или гребень для соединения с конструктивным или усиливающим элементом. В клеевых прослойках непрерывно по всей длине бруса размещены армирующие прокладки из сетки. Известный композиционный деревянный брус решает задачу удешевления изделия за счет снижения требований к качеству исходных пиломатериалов и точности их обработки перед склеиванием, но есть недостатки: в местах соединения пластин возможно появление конденсата, конструкция бруса никак не решает задачу повышения теплоизолирующих свойств.
Общим недостатком всех вышеприведенных аналогов является также то, что решая часть задач (повышение качества изделий за счет улучшения геометрии с помощью противоположного направления тангенсов радиального и полурадиального распила, экономичность изготовления и сборки), стены из таких брусьев по своим теплозащитным свойствам не отвечают нормативным требованиям, установленным для холодных климатических условий и требуют дополнительных технологических операций по монтажу теплоизоляционного материала и его облицовки.
Известно техническое решение по патенту RU 81219 от 24.10.2008 10.03.2009 г «Профилированный конструкционный брус», по которому брус выполнен клееным из древесины. Конструкция бруса предусматривает центральную планку с прилегающими боковыми планками, которые образуют пазы. Особенность конструкции заключается в том, что боковые планки выполнены составными из состыкованных угловых брусков, образующих продольные пазы. Недостатком вышеуказанной конструкции является определенная сложность в изготовлении, т.к. брус необходимо производить, используя склеивание центральной планки и угловых брусков. Кроме того, хотя в конструкции бруса предусмотрены пазы для укладки утеплителя, в местах соединения бруса и теплоизоляционного материала возможно появление конденсата, неконструкционный теплоизоляционный материал в дальнейшем даст усадку, утеплитель в объеме стены не является непрерывным, поэтому дерево образует мостики холода.
Известно техническое решение по патенту RU 91928 U2 от 03.11.2009 г. «Профилированный клееный брус», которое преследует упрощение конструкции бруса. Боковые планки бруса выполнены в виде цельных элементов, образующих две противоположные грани бруса, а в средних частях образованных граней, по длине бруса, выполнены дополнительные пазы. Однако, недостатки, связанные с использованием утеплителя те же, что и у предыдущего аналога.
Известно техническое решение по патенту RU №49053, МПК Е04С 3/292. публ. 10.11.2005., по которому брус выполнен из ламелей, склеенных между собой, и имеет сквозные продольные отверстия, которые заполнены утеплителем. Отверстия получаются путем склеивания ламелей, имеющих в себе продольные выемки, которые при склеивании образуют продольное отверстие, заполненное утеплителем. Несмотря на то, что такой утепленный брус обладает повышенными теплозащитными свойствами, его производство сопровождается неэкономным расходованием древесины и дополнительными трудозатратами, связанными с выборкой в ламелях продольной выемки и дальнейшей утилизацией получаемой при этом древесной стружки. Кроме того, к недостаткам относится то, что утеплитель не является непрерывным в составе стены, следовательно, присутствуют мостики холода, неконструкционный утеплитель даст усадку в процессе эксплуатации, в местах соединения бруса и теплоизоляционного материала возможно появление конденсата.
Известно техническое решение по патенту RU 57311 U2 от 22.05.2006 г., по которому клееный строительный элемент состоит из четырех ламелей различной высоты, склеенных между собой с помощью высокопрочного влагонепроницаемого клея с образованием продольного отверстия. Продольное отверстие заполнено утеплителем. В зависимости от климатической зоны строительства возможно использование его одного в качестве бруса или склеивание элементов между собой до необходимой толщины, обеспечивающей требуемый уровень теплозащиты. Данный клееный строительный элемент может быть изготовлен из профилированных ламелей или из четырех ламелей прямоугольного поперечного сечения. Внутренняя поверхность ламелей, соприкасающихся с утеплителем, может быть пропитана бактерицидным составом, например, раствором медного купороса. Технический результат известного элемента заключается в исключении из технологического процесса изготовления бруса операций, связанных с выборкой в ламелях продольной выемки для образования отверстия. Недостаток заключается в том, что соприкосновение утеплителя и дерева вызывает образование конденсата, неконструкционный утеплитель, например, эковата, неизбежно дает усадку, необходима прокладка межвенцового утеплителя, из-за наличия мостиков холода данное техническое решение лишь частично решает проблему повышения теплозащитных свойств стены при строительстве.
Известно техническое решение по патенту RU №2266376 С1 от 23.03.2004, по которому клееный деревянный брус состоит из пакета склеенных между собой досок и продольных вставок с образованием пустотных камер, расположенных между параллельными досками пакета, где внутренние доски пакета выполнены с продольным опорным выступом и продольным установочным пазом, расположенными на узких стонах этих досок, продольные вставки вклеены между досками по их краям. Предполагается, что воздушная прослойка создаст нужное утепление, либо пустотные камеры могут быть заполнены теплоизолирующим материалом. Недостатком данного технического решения является недостаточность воздушной прослойки как теплоизолирующего фактора и, следовательно, низкая теплозащитная способность стен из такого бруса для холодных климатических зон, сложность заполнения теплоизолирующим материалом пустотных камер, а также все недостатки относящиеся к предыдущему аналогу.
Известно техническое решение по заявке на изобретение RU №2004131891 от 01.11.2004 «Конструкция клееного бруса и способ возведения стен из него в деревянном домостроении», по которому клееный брус состоит из вертикальных элементов наружных длинных ламелей и внутренних коротких ламелей, имеющий в продольном направлении проемы между внутренними элементами и профильное поперечное сечение - гребни на верхней поверхности и пазы на нижней, выполнен цельной конструкцией и имеет проемы для заполнения утеплителем в процессе монтажа стены. При возведении стены деревянного дома и укладке стены из брусьев снизу вверх образуются вертикальные проемы - шахты, заполняемые затем утеплителем. Недостатки: утеплитель не образует непрерывную прослойку в составе стены, образуются мостики холода, конденсат в месте соединения контакта утеплителя и дерева, неизбежна усадка утеплителя, поскольку используется неконструкционный утеплитель.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является техническое решение по патенту RU №73894 U1 от 29.01.2008 г. «Утепленный брус», по которому конструкция бруса представляет собой жесткую пространственную пустотелую, многослойную и многогранную конструкцию. Внутренняя полость бруса разделена на изолированные друг от друга или сообщающиеся камеры посредством поперечных перегородок, при этом крайние перегородки, расположенные в торцах бруса, выполнены с поперечным сечением, достаточным для зарезки в них угловых соединений, с произвольным углом стыковки брусьев между собой, а внутренние полости бруса, разделенные на камеры, заполнены утеплителем. Недостатки: утеплитель не является непрерывным по периметру стены, в связи с чем образуются мостики холода, конденсат в месте соединения контакта утеплителя и дерева, усадка утеплителя - если используется неконструкционный утеплитель.
Недостатки, указанные в прототипе и аналогах решает заявляемая полезная модель.
Задачей полезной модели является снижение трудозатрат на строительно-монтажные работы, на производство клееных строительных элементов за счет упрощения технологии его изготовления с одновременным повышением качества бруса и повышением его теплоизоляционных свойств. Задачей полезной модели также является снижение трудозатрат на производство клееных строительных элементов за счет упрощения технологии его изготовления.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в исключении из технологического процесса изготовления бруса операций, связанных с выборкой в ламелях продольной выемки, при сборке стены утеплитель, содержащийся в конструкции бруса, образует непрерывный слой, при этом уменьшается вес конструкции. Сущность технического решения в том, что при склеивании бруса вместо внутренних ламелей вклеивается эффективный конструкционный утеплитель, например, экструдированный полистирол (полиспен).
Технический результат достигается тем, что заявляемый клееный брус, включающий ламели из древесины, склеенные в виде двух боковин, пространство между которыми заполнено утеплителем, в отличие от прототипа, склеен без образования перегородок. Ламели, из которых склеены боковины, могут быть прямоугольного поперечного сечения и профилированные. Для устранения неоднородности свойств древесины по разным направлениям, неравномерной усадки, усугубляемой разбросом свойств от пластины к пластине, порождающих в брусьях значительные механические напряжения, приводящие к расстройству соединения и деформации брусьев, направление древесных волокон в ламелях при склеивании в единый брус задается в противоположные друг от друга стороны, в результате чего получается композиционный материал из древесины радиального и полурадиального сечения. В верхней и нижней части бруса на крайних ламелях боковин выполнены профильные канавки и выступы с возможностью стыковки, таким образом, что при сборке стены утеплитель образует непрерывную прослойку в составе стены, кроме того, техническим результатом выполнения этих канавок является то, что благодаря их наличию не поступает влага из окружающей среды. Брус обрабатывается антисептиками, защищающими древесину от воздействия внешних факторов среды
Техническим результатом полезной модели является брус, имеющий высокие теплоизолирующие свойства, небольшой вес, а также обеспечивающий высокую скорость строительства объектов. Заявленный технический результат достигается за счет того, что клееный брус, представляющий собой жесткую пространственную, многослойную и многогранную конструкцию, отличается от прототипа тем, что конструкция бруса содержит две боковины, состоящие из нескольких ламелей из древесины каждая, между которыми находится деталь из конструкционного утеплителя, например, полиспена, при этом крайние ламели, расположенные в боковинах бруса, выполнены профилированными, что облегчает сборку стены, таким образом, что утеплитель образует непрерывную прослойку в составе стены.
Такое выполнение клееного бруса с утеплителем сообщает ему новое полезное потребительское качество - снижение трудозатрат на строительно-монтажные работы, поскольку исключает этап монтажа теплоизоляционного материала. При склеивании составных частей бруса: боковин, состоящих из нескольких ламелей и детали из конструкционного утеплителя между ними, образуется клееный брус с утеплителем, а стены из такого бруса обеспечивают максимальную теплоизоляцию, поскольку прослойка утеплителя является непрерывной, и у стены отсутствуют мостики холода.
Также заявляемое выполнение клееного бруса с утеплителем сообщает ему еще одно новое полезное потребительское качество - при сохранении требуемой жесткости облегчается вес конструкции, как следствие, сооружение из заявляемого клееного бруса с утеплителем не дает усадки, не требуется применение специальной техники (например, крана), снижаются трудозатраты на монтажно-сборочные работы.
3
3
3
Пример промышленного применения заявляемой полезной модели. Материалом для клееного бруса служит дерево хвойных пород (ель, сосна), соответствующие ГОСТ 8486-86 и ГОСТ 24454-80, которое распиливается на доски (ламели), каждая из которых проходит контроль на наличие дефектов. Далее материал обрабатывается при мягких режимах в сушильных камерах до относительной влажности 12 (+/-2)%. Сушку материала производят в четырех сушильных камерах (например, марки INСОМАС, производства Италия) по 120 м и двух камерах по 60 м. Общий объем разовой загрузки 600 м. Материал укладывают в пачки с межрядными прокладками шириной 25 см. Размер уложенных пакетов не должен превышать 6 м в длину, 110 см в ширину и 80 см. в высоту. Время сушки составляет 168 часов при температуре 60°С. Контроль сушки осуществляют при помощи электрического термометра, целлюлозной пластины и шести вбитых в материал датчиков, данные датчиков выводятся на экран компьютера. При выгрузке сухого материала влажность его измеряют влагомером. Высушенный материал простругивают с 4-х сторон для получения точной геометрии. Доска из сушилки поступает на линию оптимизации (убираются дефекты с доски); затем доска сращивается на шип, прострагивается, наносят клей с помощью клеенамазочной машины (КАСКО). Затем заготовку длиной 12 м склеивают на прессе вертикального сращивания (например, марки ПВС 1225); распиливают заготовку на ламели (радиал, полурадиал) на делительном станке (например, марки CARPENTER CHS120A), и прострагивают. В результате получают бруски в распиленных ламелях, которые затем снова прострагивают, вклеивают полистирол на стапельном прессе (Griggio ПФС80), получают заготовку, которую в дальнейшем профилируют и нарезают венцовые соединения на чашкозарезном станке.
Количество склеиваемых досок (ламелей) в брусе может быть от 2 до 10, что дает возможность делать стеновой брус для комплекта дома достаточно мощным - толщиной в 300 мм. Толщина может быть любой, в зависимости от требуемой толщины стены. Для склеивания ламелей между собой используется экологически чистый водостойкий клей, например, 1255(0467) с отвердителем 7555(0350) производства Швеции, обеспечивающий высокое качество склейки. Брус склеивается при помощи вертикального пресса. Максимальная длина бруса составляет 12 метров. Время склеивания составляет от 30 мин. до 1 часа, при температуре +16+18°С. При склеивании в единый брус направление древесных волокон в ламелях задается в противоположные друг от друга стороны. После склеивания готовый брус проходит профилирование на высокоточных четырехсторонних станках. После придания клееному брусу профиля он торцуется в размер. Далее брус, в соответствии с проектом, нарезается на элементы необходимого размера. Завершающим этапом изготовления клееного бруса является «нарезание» на нем венцовых чашек. Брус обрабатываются антисептиками, защищающими древесину от воздействия внешних факторов среды, затем вся продукция маркируется и упаковывается.
Основные технологические этапы, на каждом из которых проходит контроль качества:
- поступление круглого леса и пиломатериала;
- 4-х стороннее калибрование доски сухой;
- профилирование бруса и элементов стропильной системы на четырехсторонних станках;
- нарезание венцовых чашек;
- упаковка и маркировка (сдача на склад готовой продукции).
Преимущества клееного бруса с утеплителем:
1. Упрощается прокладка коммуникаций в доме;
2. Облегчается вес конструкции, что положительно сказывается на сроках и сложности монтажа, а также оказывает существенное влияние на экономию средств при возведении дома и транспортировке бруса от завода изготовителя до участка заказчика;
3. Высокий коэффициент теплоизоляции;
4. Дом из бруса с утеплителем не дает усадки.
5. Ламели склеены из брусков радиального, полурадиального распила (они являются несущим каркасом стены дома). За счет этого снимается напряжение древесины и возможно увеличение габаритов бруса (благодаря техническому решению заявляемого изобретения брус крупного габарита имеет малый вес и не требует дополнительных затрат при сборке);
6. Утеплитель (например, экструдированный полистирол) вклеивается внутрь ламелей из древесины, при этом не применяются дополнительные ребра жесткости (стена дома теплая, максимальное энергосбережение).
7. Отсутствуют мостики холода - конструктивные участки здания, на которых из-за нарушения непрерывности теплоизоляционной оболочки происходит повышенная теплоотдача.
Сущность заявляемой полезной модели поясняет изображение на фиг.1, представляющее конструкцию клееного бруса с утеплителем в разрезе, где
1 - деревянные ламели;
2 - деталь из конструкционного утеплителя;
3 - клеевой слой, обеспечивающий жесткое соединение.