УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРОПРОНИЦАЕМОСТИ И ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Полезная модель относится к области исследования физических свойств материалов и предназначено для измерения паропроницаемости и водопроницаемости защитных покрытий, нанесенных на древесину.
Известно устройство для определения паропроницаемости защитных покрытий «мокрым методом» /ГОСТ 28575-90. Защита от коррозии в строительстве. Конструкции бетонные и железобетонные. Испытание паропроницаемости защитных покрытий/. Устройство включает обойму, испытательный стакан с водой, образец с испытуемым покрытием, резиновый коврик и резиновое кольцо. Образец вставляют в расширенную часть обоймы и герметизирующей пастой заделывают зазоры между образцом и краями обоймы. Подготовленная обойма с образцом и испытательный стакан с водой устанавливают на резиновой подкладке в шкафу для кондиционирования при температуре (20±0,5)°С и относительной влажности воздуха 65±5%.
Испытательные стаканы с водой взвешивают с закрытой крышкой. Взвешивание повторяется каждые 24 ч до тех пор, пока масса не станет постоянной. Через 10 дней доливают воду в испытательные стаканы до нужного уровня.
Для определения сопротивления паропроницаемости используют данные взвешивания, полученные после установившегося постоянного диффузионного потока водяного пара.
Недостатки этого устройства - трудоемкость процесса измерения; вероятность внесения погрешности из-за прерывания процесса испытаний при изъятии стакана с водой для очередного взвешивания; невозможность определения водопроницаемости защитного покрытия на том же образце без снятия с сосуда.
Известно устройство для определения водопроницаемости лакокрасочных покрытий нанесенных на древесную подложку, включающее основание, на которое устанавливается испытуемый образец покрытием вверх, фиксируемый рамкой с винтовыми зажимами, образующей кювету для воды /Манулов А.И., В.Б.Шубин, В.Н.Смоляков. О выборе окрасочных составов для атмосферостойкой отделки элементов стандартных деревянных домов // Деревообрабатывающая промышленность. 1973. №5. С.8-10/.
К недостаткам этого устройства относится трудоемкость проведения испытаний и недостаточно высокая точность измерения, поскольку устройство не позволяет получить стационарных условий перемещения влаги через покрытие. Кроме того, это устройство не позволяет проводить определение паропроницаемости покрытия.
Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения паропроницаемости лакокрасочных покрытий «методом стаканчика» /ГОСТ 25898-83. Материалы и изделия строительные. Методы определения сопротивления паропроницанию/.
Устройство представляет собой стеклянный стакан с наружным диаметром 100 мм, частично заполненный дистиллированной водой, и образец, закрепленный на нем при помощи пластилина или герметизирующей мастики. Устройство используется для создания стационарного потока паров воды через исследуемый образец и определения величины этого потока. Испытания проводят на образцах в виде диска диаметром 100 мм или на образцах, имеющих в сечении форму квадрата со стороной 100 мм, при этом толщина образцов не должна превышать 10 мм.
Образцы с покрытием помещают на стакан покрытием вниз. Испытания проводят в шкафу, в котором поддерживается постоянно относительная влажность воздуха (54,5±1)% и температура (20±2)°С.
Стаканы с укрепленными на них образцами взвешивают и помещают на перфорированную полку шкафа. Через каждые 7 суток стаканы с образцами взвешивают.
Испытание считают законченным, если значения плотности потока водяного пара через образец, вычисленные по результатам трех последовательных взвешиваний, остаются без изменения или начинают увеличиваться. За плотность потока принимают наименьшее значение из результатов трех последовательных взвешиваний.
Недостатками этого устройства является неточность измерений, так как при испытании защитных покрытий на деревянных образцах достаточно большого размера, из-за неравномерного распределения влаги по толщине образца, происходит коробление образца и, как следствие, нарушение герметичности соединения со стаканом. Кроме того, это устройство не предназначено для определения водопроницаемости покрытий.
Технической задачей является разработка универсального устройства для определения паропроницаемости и водопроницаемости защитных покрытий, упрощение конструкции, снижение трудоемкости и повышение точности измерений.
Поставленная задача решается таким образом, что в устройстве для определения паропроницаемости и водопроницаемости защитных покрытий деревянных конструкций, включающем наполненный водой стакан с бортиком по периметру для крепления образца, согласно полезной модели, устройство выполнено с возможностью герметичного крепления образца к наполненному водой стакану и опрокидывания его на 180°, при этом стакан в сечении имеет прямоугольную форму с соотношением сторон 1:2, на уровне соответствующем половине высоты стакана в одной стенке вмонтирован компенсационный клапан, а в противоположной стенке выполнено с возможностью герметизации отверстие для заполнения стакана водой менее половины его объема.
Предлагаемая конструкция отличается от известной тем, что устройство выполнено с возможностью герметичного крепления образца к наполненному водой стакану и опрокидывания его на 180°, при этом стакан в сечении имеет прямоугольную форму с соотношением сторон 1:2, на уровне соответствующем половине высоты стакана в одной стенке вмонтирован компенсационный клапан, а в противоположной стенке выполнено с возможностью герметизации отверстие для заполнения стакана водой менее половины его объема.
Прямоугольная форма стакана с соотношением сторон 1:2 выбрана из-за особенностей макроскопического строения древесины, из которой изготавливаются образцы. Известно, что при градиенте влажности по толщине деревянного образца при определенном соотношении сторон, толщины и ширины, наблюдается его поперечное структурное коробление, которое во многом зависит от расположения годичных слоев на торце образца. Наибольшему короблению подвержены образцы тангенциальной распиловки, у которых годичные слои расположены перпендикулярно току влаги или под небольшим углом. В этом отношении более приемлемы образцы радиальной распиловки, у которых годичные слои ориентированы параллельно току влаги. Такие образцы практически не коробятся, что положительно сказывается на результатах испытаний. Исходя из этого, размеры образца выбрали такими, чтобы максимально снизить его влажностные деформации, при этом сохранив его рабочую площадь - 60×120 мм, а толщину образца приняли 10 мм.
2
Таким образом, соотношение толщины к ширине образца составило 1:6. Дальнейшее уменьшение ширины образца ведет к увеличению его длины и соответственно к увеличению периметра контакта с бортиками стакана. Например, при сохранении площади образца 72 см и ширине 30 мм периметр контакта увеличивается в 1,5 раза, а длина образца и, соответственно, стакана составляет 24 см, что крайне неудобно в работе, в частности, производить взвешивание на аналитических весах.
По мере проникновения воды через образец в полости стакана образуется частичный вакуум, что ведет к снижению скорости проникновения. При использовании стакана из пластика это вызывает его деформацию и нарушение герметичности соединения с испытуемым образцом. Использование воздушного компенсационного клапана позволяет избежать деформацию стакана и поддерживать постоянным атмосферное давление внутри его. Расположение компенсационного клапана и отверстия для введения в стакан воды по мере ее убыли посередине высоты стакана позволяет проводить последовательно сначала испытания паропроницания, а затем водопроницания защитного покрытия, при этом и клапан и отверстие для введения воды всегда находятся выше уровня воды.
На фиг.1 представлено устройство для определения паропроницаемости и водопроницаемости защитных покрытий деревянных конструкций (положение при определении паропроницаемости защитного покрытия); фиг.2 - то же, что и на фиг.1 - положение устройства при определении водопроницаемости; фиг.3 - график изменения водопроницаемости защитных покрытий образцов.
Устройство состоит из прозрачного стакана 1 с бортиками 2, на которых с помощью герметика 3 закреплен образец 4 с лакокрасочным покрытием 5. Кромки образца и бортики стакана гидроизолированы мастикой 6. Полость стакана частично меньше чем на половину, заполнена водой 7. Для поддержания постоянного уровня воды в стакане в процессе испытаний в стенке на уровне соответствующем половине высоты стакана выполнено отверстие 8 диаметром 1,5 мм, через которое по мере необходимости доливают воду с помощью шприца. Отверстие может быть герметизировано в процессе испытаний.
В боковой стенке стакана имеется компенсационный клапан 9, размещенный выше уровня воды, который срабатывает при образовании вакуума в полости стакана. Разрежение воздуха в стакане происходит в результате уменьшения объема воды в процессе испытаний. Из-за пониженного давления снижается скорость проникновения воды через образец, и процесс приобретает нестационарный характер. При падении давления воздуха в стакане клапан открывается и в полость стакана поступает воздух, в результате чего давление в нем выравнивается.
Для испытаний используют образцы прямоугольной формы, представляющие собой пластины из древесины шириной 60 мм и длиной вдоль волокон 120 мм (последний размер вдоль волокон) и толщиной 10 мм, на одну сторону которых нанесено защитное покрытие.
Испытание образцов на паропроницание производят следующим образом. Устройство взвешивают на весах с точностью 0,001 г и помещают в шкаф, в котором поддерживается постоянно относительная влажность воздуха (54,5±1)% и температура (20±2) град. С. Взвешивание устройства производят через каждые 7 суток после начала испытаний. По результатам взвешивания вычисляют величину плотности потока водяного пара через образец.
Испытания считают законченными, когда значения плотности потока водяного пара через образец, вычисленные по результатам трех последовательных взвешиваний, остаются без изменений или начинают увеличиваться. За плотность потока принимают наименьшее значение из результатов трех последовательных взвешиваний.
Определение водопроницаемости покрытия.
После окончания испытаний по определению паропроницаемости покрытия устройство переворачивают на 180°, при этом отверстие 8 и компенсационный клапан 9 оказываются над поверхностью воды.
Водопроницаемость защитного покрытия оценивают по скорости проникновения через него влаги путем периодического взвешивания стакана с образцом с точностью 0,01 г. Таким же образом испытывают образцы без защитного покрытия. Испытания продолжают до достижения постоянной скорости проникновения влаги через образец, о чем свидетельствует установившаяся скорость потери массы стакана с образцом. По мере уменьшения объема воды в стакане в процессе испытаний с помощью шприца доливают воду до прежнего уровня через отверстие 8, которое на время испытаний герметизируют.
Пример определения водопроницаемости защитных покрытий деревянных конструкций (см. фиг.3).
Для определения водопроницаемости акрилового покрытия «Сколтекс лак» использовали 3 образца радиальной распиловки толщиной 10 мм и размером 60×120 мм из древесины сосны. Образцы №1 и 2 испытывали на устройстве со стеклянными стаканами, при этом в стакане №2 имелись компенсационный клапан и отверстие для долива воды. Образец №3 испытывали на устройстве с пластиковым стаканом, в котором не были предусмотрены отверстия и клапаны.
На начальном этапе I скорость проникновения влаги в образцы №№1 и 2 примерно одинаковы. Этап II характеризуется увеличением скорости водопроницания у обоих образцов. На этапе III скорость водопроницания у образца №1 в устройстве с компенсационным клапаном приобретает стационарный характер, а у образца №2 носит затухающий характер. Скорость проникновения влаги через образец №3 характеризуется снижением, но значительно меньшим, чем через образец №1, хотя в обоих стаканах не было компенсационного клапана. Это объясняется деформацией пластикового стакана в результате образования внутри его частичного вакуума, что и снизило эффект снижения скорости проникновения влаги через образец.