Защита большепролетных несущих клееных деревянных конструкций

УДК 624.011.14

А.Д. ЛОМАКИН, канд. техн. наук

ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство»

Защита большепролетных несущих клееных деревянных конструкций

Рассмотрены вопросы сохранности большепролетных несущих клееных деревянных конструкций (КДК) в процессе хранения на строительной площадке и при проведении монтажных работ. Приведены результаты длительных наблюдений за изменением влажности клееных элементов массивного сечения при экспонировании на открытом воздухе. Показано, что стабилизировать влажностное состояние КДК в процессе эксплуатации можно путем использования лакокрасочных покрытий, обладающих низкой паро- и водопроницаемостью. Обоснованы меры по комплексной защите большепролетных КДК от увлажнения, биоповреждений и возгорания. Предложены меры по защите конструкций от появления трещин и расслоений на стадии строительства и эксплуатации. Отмечена важность использования для защиты конструкций от возгорания вспучивающихся огнезащитных составов, обеспечивающих снижение конструкционной пожарной безопасности КДК и совместимых с биовлагозащитными. Обращается внимание на необходимость строгого соблюдения технологии защитной обработки КДК на заводах-изготовителях.

Ключевые слова: клееная деревянная конструкция, усушечная трещина, расслоения, лакокрасочное покрытие.

A.D. LOMAKIN, Candidate of Technical Sciences,

TSNIISK named after V.A. Koucherenko AO RCC "Stroitel'stvo"

Protection of the large-span bearing glued wooden constructions

In article are considered the questions of safety of large-span bearing glued wooden constructions (GWC) during storage on a building site and when carrying out installation works. Presented the results of long observations for change of moisture conditions glued massive elements when exhibiting in the open air. It is shown that for stabilize the moisture condition of the GWC in exploitation process, it is necessary to use paint coatings with low vapor- and water permeability. Substantiated the measures of complex protection of large-span GWC from wetting, biologic damage and fire. Proposed measures to protect constructions from cracking and delamination during the building and exploitation. Noted the importance of using swelling-up flame retardants for the protection of constructions against fire, that reduce structural fire safety GWC, and compatible with bio- and waterproof. Paid attention to the necessity for adherence of technology of GWC's protective processing at manufacturing plants.

Keywords: glued construction, shrinkage crack, delamination, paint coating.

Большепролетные несущие клееные деревянные конструкции (КДК) и их элементы поступают на строительную площадку с комплексной биовлагозащитной обработкой, выполненной в заводских условиях. КДК, предназначенные для эксплуатации внутри помещений, к внешнему виду которых предъявляют высокие эстетические требования, требуют особо бережного обращения и надежной защиты от атмосферных осадков и солнечных лучей. Таким образом, заводская защитная обработка должна предохранить конструкции не только от эксплуатационных, но и от атмосферных воздействий, которым они могут подвергаться в период строительства (рис. 1).

В клееных деревянных элементах массивного сечения, слои которых имеют ярко выраженную анизотропию строения и жестко соединены между собой клеевыми прослойками, при переменном увлажнении и высыхании возникают внутренние напряжения, вызывающие появление таких дефектов, как усушечные трещины и раскрытие клеевых швов [1]. Поэтому воздействие на них атмосферных осадков и солнечных лучей во время хранения и монтажа крайне нежелательно.

Как показывает опыт, ввод в эксплуатацию крупных объектов с использованием большепролетных КДК связан, как правило, с затягиванием сроков строительства.

Строительство

Хранение на строительной площадке

I

Проведение монтажных работ

Атмосферные воздействия

Атмосферные осадки

УФ-излучение

Эксплуатация

Г Огневое

L воздействие J

Температурно-влажностные воздействия

Температура воздуха

Колебания температуры и влажности воздуха

Рис. 1. Основные факторы, влияющие на сохранность большепролетных КДК в процессе строительства и эксплуатации

fj научно-технический и производственный журнал

июль 2015

Рис. 2. Хранение КДК на строительной площадке: а - элементы КДК в заводской упаковке; б - полная потеря декоративного вида элементов в результате длительного хранения без защиты от атмосферных воздействий

Рис. 3. Хранение элементов КДК под стационарным навесом

В результате конструкции хранятся на стройплощадке длительное время, иногда более 1—2 лет.

На строительную площадку элементы КДК поступают с завода-изготовителя в виде транспортных пакетов, обернутых со всех сторон пароводонепроницаемой полимерной пленкой (рис. 2, а). Такая упаковка предназначена для обеспечения сохранности элементов на время транспортировки, т. е. на относительно короткий срок. Однако, как показывает практика, элементы конструкций в нераспакованном виде хранятся на стройплощадке до начала монтажа, который может затянуться на неопределенное время. Если герметичность упаковки не нарушена, то внутри ее создаются условия для возникновения парникового эффекта. При повреждении пленки по тем или иным причинам внутрь пакета проникает дождевая или талая вода, что приводит к намоканию древесины. В дальнейшем при вводе объекта в эксплуатацию, когда конструкции попадают в условия с низкой относительной влажностью и повышенной температурой воздуха, в них появляются усушеч-ные трещины и расслоения. Эти дефекты могут появиться и раньше, до монтажа КДК, если при длительном хранении заводская упаковка была значительно повреждена или ее не было вообще. При этом лакокра-

сочное покрытие может потерять не только защитные, но и декоративные свойства (рис. 2, б).

Сложившаяся ситуация на ряде объектов порой сводит на нет все усилия завода-изготовителя по обеспечению качества как самих КДК, так и их защитно-декоративной обработки. Это ведет к дополнительным расходам, связанным с привлечением специалистов для оценки состояния КДК на предмет возможности их дальнейшего использования и в ряде случаев с принятием мер по восстановлению защитных покрытий.

Опыт строительства убедительно показывает, что постоянное проветривание элементов КДК и защита их от атмосферных осадков и УФ-излучения в процессе хранения являются мерами крайне необходимыми. После доставки конструкций на строительную площадку заводскую упаковку следует открыть снизу, обеспечив таким образом проветривание конструкций и стекание воды, попавшей случайно через поврежденную пленку. При этом необходимо следить за сохранностью пленки и в случае повреждений принимать меры по их устранению.

Для длительного хранения элементов КДК на стройплощадке можно использовать стационарные навесы (рис. 3, а) или устраивать временные укрытия (рис. 3, б). При этом элементы КДК должны быть полностью освобождены от заводской упаковки и уложены на прокладки. Выполнение этих условий должно быть обеспечено.

Отсутствие должного внимания к сохранности конструкций в период хранения, которое, к сожалению, имеет место практически на всех крупных объектах, ведет в дальнейшем к дополнительным расходам по механической очистке поверхности и возобновлению защитных покрытий (рис. 4).

Конструкции большого пролета имеют, как правило, сечение, состоящее из двух и более элементов, сплоченных между собой с помощью вклеенных стержней [2]. При этом если конструкции не находятся во время хранения под навесом, не укрыты от атмосферных осадков гидроизоляционным материалом, то вода, попадая в зазоры между сплоченными элементами, увлажняет древесину. Это приводит к ее разбуханию, в

Рис. 4. Потеря внешнего вида КДК в результате неправильного хранения на стройплощадке

научно-технический и производственный журнал £J\±Jг\i>\'::

56 июль 2015 Ы

Рис. 5. Деформация сечений клееных элементов в результате прямого воздействия атмосферных осадков: а - отсутствие укрытия при хранении на стройплощадке; б - отсутствие кровли после монтажа КДК

б Вариант 1

Герметик Липс-ЛТ

гт

акриловыи

Вариант 2

Липс-ЛТ _.....

ч_/

Рис. 6. Провисание ленточного герметика в месте стыка спаренных балок

результате чего происходит деформация поперечного сечения элементов и одновременное увеличение ширины зазора между ними в верхней зоне (рис. 5, а). Такое же явление наблюдается при несвоевременном устройстве кровельного покрытия (рис. 5, б).

При монтаже конструкций также должны быть приняты меры по предохранению их от атмосферных воздействий. Время между установкой конструкций на место и устройством кровли должно быть по возможности минимальным.

Наиболее подвержены увлажнению верхние грани конструкций, особенно горизонтальные и имеющие небольшой уклон. В заводских условиях верхние грани несущих КДК защищают самоклеящейся герметизирующей лентой Герлен-Д или Липс-ЛТ. Эффективность этих материалов подтверждена опытом их применения на различных объектах.

Защиту верхних граней балок, сплачиваемых по ширине, рекомендуется выполнять по одному из вариантов, показанных на рис. 6, б. Вариант 1, при котором кромки балок в месте сплачивания закруглены, предусматривает перед приклеиванием герметизирующей ленты введение в устье зазора акрилового герметика. Такая мера позволяет выровнять поверхность верхних граней спаренных балок и исключить провисание ленточного герметика, что наблюдается на практике (рис. 6, а). Вариант 2 предусматривает отказ от закругления ребер балок в месте состыковки по ширине, что также снизит вероятность деформаций герметизирующей ленты при эксплуатации.

В процессе эксплуатации для массивных КДК без влагозащитных покрытий реальную опасность может представлять только смена длительных периодов увлажнения и сушки, что наблюдается обычно на открытом воздухе или в помещениях со специфическим режимом эксплуатации. Суточные и даже недельные колебания

температуры и относительной влажности воздуха не оказывают какого-либо заметного влияния на изменение влажности древесины даже в поверхностном слое толщиной 3—5 мм. Наличие же на поверхности клееных элементов покрытия с хорошими влагозащитными свойствами позволяет снизить амплитуду колебаний влажности древесины, а в некоторых случаях (при коротких периодах увлажнения-сушки) свести ее практически к нулю, стабилизируя тем самым влажностное состояние клееного элемента [3, 4].

Самый простой и достаточно эффективный способ защиты КДК от растрескивания и расслоения — нанесение на боковые поверхности лакокрасочного покрытия (ЛКП), которое позволяет предотвратить быстрые и резкие изменения влажности древесины в периферийной зоне клееного элемента [5].

Длительными наблюдениями за изменением влажности клееных элементов на открытом воздухе установлено, что сезонные колебания влажности древесины в наружных слоях элементов с ЛКП, обладающих низкими паро-и водопроницаемостью, примерно в два раза ниже, чем в элементах без ЛКП. При этом градиент влажности по сечению у элементов с ЛКП в 2—3 раза меньше, чем у элементов без ЛКП или обработанных только грунтовочным составом (рис. 7).

Следует отметить, что качество и долговечность защитных покрытий во многом зависят от соблюдения технологии их нанесения. Сегодня не все отечественные заводы, выпускающие несущие КДК, имеют специализированные цеха по нанесению и сушке защитных покрытий. Поэтому все технологические операции по подготовке поверхности к обработке защитными составами, по нанесению и сушке составов производят на тех же площадях, на которых конструкции изготавливают. Особую сложность вызывает обработка элементов большепролетных КДК, имеющих большую длину и сечение.

Всякие действия, связанные с перемещениями их по цеху и переворотами, необходимыми для нанесения защитных составов на все участки поверхности, причем в несколько слоев, в значительной степени осложняют технологический процесс. Поэтому производители иногда идут по пути сокращения некоторых операций технологического цикла (уменьшение количества наносимых слоев, расхода защитного состава, сокращение времени сушки), что ведет к снижению качества защитного покрытия и в конечном итоге к преждевременному выходу его из строя.

На рис. 8 и 9 показаны два объекта на санно-бобслейной трассе в г. Сочи, где в качестве несущих были применены клееные деревянные конструкции [6]. На одном из объектов ЛКП, нанесенные на конструкции, из-за недостаточной толщины уже через год получили значительные повреждения под влиянием атмосферных воздействий. В то же время на другом объекте, где толщина ЛКП была в пределах нормы, покрытия полностью сохранились без повреждений (рис. 9).

Учитывая специфику производства, на заводах КДК предпочтение отдается составам бесцветным, так как добиться качественного и равномерного окрашивания

fj научно-технический и производственный журнал

июль 2015 57"

Рис. 7. Изменение влажности древесины клееных элементов в процессе экспонирования на открытом воздухе: а - элемент с датчиками влажности; б - влажность элемента без ЛКП; в - влажность элемента с яхтным лаком Merit jahti. Даты измерения влажности: 2013 г. 1 - 24.01; 2 - 11.02; 3 - 14.03; 4 - 16.04 5 - 13.05; 6 - 27.06; 7 - 24.07; 8 - 03.09 9 - 12.11. 2014 г.: 10 - 10.01; 11 - 25.02 12 - 14.03; 13 - 01.07; 14 - 29.08

б 20 19 18 17

Ж 16

Глубина установки датчиков, см

Глубина установки датчиков, см

Рис. 8. Состояние лакокрасочного покрытия после года эксплуатации на открытом воздухе в результате нарушения технологии защитной обработки

Рис. 9. Лакокрасочное покрытие на несущих КДК

большой поверхности с использованием ручного инструмента, преимущественно валиков и кистей, тонированными составами весьма проблематично. Использовать же распылители для нанесения составов, особенно орга-норастворимых, по экологическим соображениям и требованиям пожарной безопасности нельзя из-за неприспособленности сборочных цехов для этих целей.

Важную роль для обеспечения пожарной безопасности объектов, где применяют большепролетные КДК, играет огнезащита последних. Она предназначена для снижения пожарной опасности объектов и обеспечения их требуемой огнестойкости. К числу объектов, для которых проблема оптимальной огнезащиты имеет особенно большое значение, относят конструкции с нормируемыми пределами огнестойкости. Это прежде всего несущие конструкции, которые в условиях пожара подвергаются совместному действию силовых нагрузок и высокотемпературного нагрева.

Применение большепролетных КДК в общественных зданиях, спортивных сооружениях, бассейнах, ак-вапарках, развлекательных и торговых центрах и др. связано с повышенными требованиями к их внешнему виду. Поэтому огнезащитные составы для них должны сохранять естественную текстуру древесины. Для этих целей наиболее пригодны высокоэффективные и долговечные вспучивающиеся составы, которые образуют прозрачные покрытия.

Обязательным условием при использовании огнезащитного состава должна быть совместимость его с теми составами, которые были нанесены на конструкции на заводе-изготовителе. При этом заводская обработка КДК не должна снижать эффективности огнезащитного покрытия.

В настоящее время для защиты КДК от возгорания применяют прозрачный терморасширяющийся состав на водной основе Феникс ДП и огнезащитную лаковую композицию Латик-КД. Помимо того что эти вспучивающиеся покрытия позволяют перевести древесину в группу слабогорючих и трудновоспламеняемых материалов, они снижают конструкционную пожарную опасность КДК [7, 8].

Согласно СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП П-25—80», нанесение огнезащитных покрытий должно выполняться, как правило, после устройства кровли. Это требование вызвано тем, что на строительной площадке не всегда удается сохранить огнезащитное покрытие, нанесенное в заводских условиях, в целости до момента сдачи объекта в эксплуатацию. Кроме того, покрытий, которые выдерживали бы атмосферные воздействия в период проведения монтажных работ, очень мало. В то же время следует заметить, что качество огнезащитной обработки, выполненной в заводских условиях, выше, чем непосредственно на строительной площадке.

научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" 58 июль 2015 Ы *

Список литературы

1. Ковальчук Л.М. Производство деревянных клееных конструкций. М.: РИФ «Стройматериалы», 2005. 334 с.

2. Турковский С.Б., Погорельцев А.А., Преображенская И.П. Клееные деревянные конструкции с узлами на вклеенных стержнях в современном строительстве (система ЦНИИСК). М.: РИФ «Стройматериалы». 2013. 300 с.

3. Ломакин А.Д. Мониторинг влажностного состояния клееных деревянных конструкций. Промышленное и гражданское строительство в современных условиях: Сб. научных трудов. Международная научно-техническая конференция. М.: МГСУ, 2011. С. 84—87.

4. Славик Ю.Ю., Ломакин А.Д. Мониторинг покрытий зданий с каркасом из большепролетных деревянных клееных конструкций. Сб. научнных трудов «Современные строительные конструкции из металла и древесины». Ч. 2. Одесса, 2008. С. 32—40.

5. Ломакин А.Д. Защита несущих клееных деревянных конструкций // Деревообрабатывающая промышленность. 2007. № 3. С. 15-18.

6. Суменко В.А, Ломакин А.Д., Погорельцев А.А. Проектирование каркасов из клееной древесины центра санного спорта «Санки» к Олимпиаде 2014 г. в г. Сочи // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 10. С. 47-49.

7. Устрехов А.И., Гаращенко Н.А. Показатели конструктивной пожарной опасности деревоклееных конструкций, защищенных вспучивающимися покрытиями, и перспективы их использования // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2006. № 6. С. 12-16.

8. Ломакин А.Д., Устрехов А.И. Огнезащита клееных деревянных конструкций для зданий и сооружений // Жилищное строительство. 2013. № 5. С. 36-40.

References

1. Koval'chuk L.M. Proizvodstvo derevyannykh kleenykh konstruktsii [Glued wooden structures production]. Moscow: RIF «Stroimaterialy». 2005. 334 p.

2. Turkovskii S.B., Pogorel'tsev A.A., Preobrazhenskaya I.P. Kleenye derevyannye konstruktsii s uzlami na vkleennykh sterzhnyakh v sovremennom stroitel'stve (sistema TsNIISK) [Glued wooden structures with nodes on the rods glued in modern construction (system CNIISK)]. Moscow: RIF «Stroimaterialy». 2013. 300 p.

3. Lomakin A.D. Monitoring humidity condition glued wooden structures. Industrial and civil construction in modern conditions. Collection of scientific works. International Scientific and Technical Conference. Moscow: MGSU. 2011, pp. 84-87. (In Russian).

4. Slavik Yu.Yu., Lomakin A.D. Monitoring of covering buildings with a framework of long-span glued wooden structures. Collection of scientific works «Modern constructions of metal and wood» Part 2. Odessa: 2008, pp. 32-40. (In Russian).

5. Lomakin A.D. Protection carrying glued wooden structures. Derevoobrabatyvayushchaya promyshlennost'. 2007. No. 3, pp. 15-18. (In Russian).

6. Sumenko V.A, Lomakin A.D., Pogorel'tsev A.A. Design skeletons of plywood center Luge «Sledge» for the 2014 Olympics in Sochi. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2013. No. 10, pp. 47-49. (In Russian).

7. Ustrekhov A.I., Garashchenko N.A. Indicators of structural fire danger derevokleenyh designs protected intumescent coatings, and the prospects for their use Montazhnye i spetsial'nye raboty v stroitel'stve. 2006. No. 6, pp. 12-16. (In Russian).

8. Lomakin A.D., Ustrekhov A.I. Fire-Protection of timber glued structures for building and facilities. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Building Construction]. 2013. No. 5, pp. 36-40. (In Russian).

Международная отраслевая конференция

«Белый камень» 2015

БЕЛЫЙ

КАМЕНЬ . индустрия развития

силикатных строительных матернзлпн

Сочи

29-30 сентября 2015г.

при сттрудн ичктве: гк-нгрлньныи спо»са|?

U10HCO|):

n|w подлеркк«-

Kïnriinirluivd

KALKSANDSTIN

IndMlrU .V

Ii] VOtif Wt[Hl.

EIBICH 0!

Организатор: Ассоциация производителей силикатных изделий 8(8313] 255-525 —7

bkraapsi-rf.ru, infofBapsi-rf.ni http://apft1-rf.nl

Реклама

fj научно-технический и производственный журнал

июль 2015 59"