1.1 Загальні відомості

Деревина - цінний конструкційний будівельний матеріал, запаси якого можуть поновлюватися після його раціональних заготівель. Заготовлений ліс у виді відрізків стовбурів стандартної довжини доставляється на деревообробні підприємства. Там з нього виготовляють пиломатеріали, фанеру, деревні плити, дерев'яні конструкції і будівельні деталі. Найбільш економічно доцільно постачати будівництво пиломатеріалами, готовими виробами і конструкціями, а не круглим лісом.

Хвойну деревину (сосна, ялина, модрина) використовують для виготовлення основних елементів дерев'яних конструкцій і будівельних деталей. Прямі високі стовбури хвойних дерев з невеликою кількістю сучків невеликої величини дозволяють одержувати прямошаруваті пиломатеріали з обмеженою кількістю вад. Також хвойна деревина містить смоли, завдяки чому вона більш стійка зволоженню і загниванню, ніж листяна.

Деревина твердих листяних порід (дуб, бук, граб, акація) має підвищену міцність і стійкість проти загнивання. Однак через більшу дефіцитність і вартість її використовують у будівельних конструкціях тільки для дрібнорозмірних елементів з'єднань. Березова деревина відноситься теж до твердих листяних порід. Її використовують головним чином для виготовлення будівельної фанери. Деревина м'яких листяних порід (осика, тополя, вільха, липа) має знижену міцність і стійкість проти загнивання і використовується для виготовлення малонавантажених елементів тимчасових будівель і споруд.

1.2 Будова деревини

Деревина має трубчасту шарувато-волокнисту будову. Основу деревини складають деревні волокна, розташовані уздовж стовбура. Вони складаються з подовжених пустотілих оболонок відмерлих клітин - трахеїд - майже прямокутної форми, середньою шириною 50 мкм і довжиною 3 мкм з органічних речовин (целюлози і лигніна). Деревні волокна розташовуються концентричними шарами навколо осі стовбура, які називаються річними шарами. Кожен річний шар складається з двох частин: м'якої ранньої (весняно-літньої) деревини з більш тонкими стінками і широкими порожнинами кліток та більш твердої пізньої (осіньої) деревини, клітки якої мають більш товсті стінки і вузькі порожнини. Щільність і міцність деревини залежать від відносного вмісту в ній пізньої деревини, що у сосни, наприклад, змінюється від 5 до 35 % (рис. 1.2).

Середня частина стовбурів сосни, кедра і модрини має більш темний колір, містить більше смоли і називається ядром. Навколо ядра розташована менш смолиста деревина - заболонь. Крім цих основних частин у деревині є горизонтальні серцевинні промені, м'яка серцевина, смоляні ходи, сучки і зовні вона покрита корою.

Рис. 1.1. Будова хвойної деревини: а - поперечний переріз стовбура; б - пластина дошки; в - мікроструктура; 1-волокна деревини; 2 - ядро; 3 - заболонь; 4 - серцевина; 5 - ранні річні шари; 6 - пізні річні шари; 7 - клітки - трахеїди

1.3 Сортамент лісоматеріалів

Лісоматеріали поділяються на круглі і пиляні (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Лісоматеріали: а - пиляні; б - круглі; 1 - пласть; 2 - торець; 3-кромка; 4 - брус;5 - товста дошка; 6 - тонка дошка; 7 - брусок; 8 - колода; 9 - пластина;10 - колода окантована

Круглі лісоматеріали - колоди - це частини стовбурів дерев з обпиляними кінцями - торцями, очищені від сучків та кори. Вони мають стандартні довжини 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0 і 6,5 м. Колоди мають конічну форму. Зменшення їхнього діаметру по довжині називається збігом і в середньому він рівний 0,8 см на 1 м довжини колоди. Сортамент колод визначається діаметром їх тонкого торця d. Малі колоди d=<13см називають також підтоварником і застосовують їх для тимчасових споруд. Середні колоди мають d від 14 до 24 см, а великі d => 26 см з градацією розмірів через 2 см. Круглі лісоматеріали використовують в основному при будівельному виготовленні дерев'яних конструкцій.

Пиляні лісоматеріали - пиломатеріали - одержують у результаті подовжнього розпилювання колод на лісопильних рамах чи круглопильних верстатах. Вони мають прямокутний чи квадратний переріз. Більш широкі сторони пиломатеріалів називають пластями, а вужчі - ребрами. Пиломатеріали з поверхнями, обпиляними по всій довжині, називають обрізними, якщо частина поверхні не обпиляна - обзольним, якщо не обпиляні дві поверхні - необрізним.

Пиломатеріали мають стандартні довжини від 1 до 6,5 м із градацією розмірів через кожні 0,25 м. Їх розділяють на дошки, бруски і бруси. Для несучих конструкцій дошки мають ширину від 60 до 250 мм, а товщину від 11 до 100 мм; бруски - ширину від 100 до 175 мм, а товщину від 50 до 100 мм, бруси - товщину і ширину від 125 до 250 мм.

1.4 Якість лісоматеріалів

Якість лісоматеріалів визначається в основному ступенем однорідності будови деревини, яка залежить від розмірів і кількісті ділянок, де однорідність її будови порушена і міцність знижена - вад деревини. Основними неприпустимими вадами деревини є гнилизна, червоточина і тріщини в зонах сколювання. Найбільш розповсюдженими і неминучими вадами деревини є: сучки - зарослі залишки колишніх гілок дерева; косошарість нахил волокон щодо осі елемента.

Рис. 1.3. Сорти пиломатеріалів по якості деревини: а, б, в - 1,2, і 3-й сорт; 1-сучки; 2-нахил волокон

До вад відносяться також м'яка серцевина, сучки й інші менш розповсюджені порушення однорідності будови деревини.

Якість конструкційних лісоматеріалів визначається сортами (1, 2 і 3). Вимоги до деревини кожного сорту містяться в ДСТУ.

Основними факторами, що визначають сорт і відповідно міцність деревини, є величина і розташування сучків і нахилу волокон в елементі. У найбільш міцній деревині 1-го сорту допускаються сучки загальним діаметром на довжині 20 см, не більш чверті ширини дошки - d < ¹/₄ b і нахил волокон не більш 7 %.

У деревині середньої міцності 2-го сорту допускається відносно більша загальна ширина сучків d<^l/з b і нахил волокон не більше 10 % до осі. У найменш міцній деревині 3-го сорту допускаються сучки ще більшої ширини-d<¹/₂b і нахил волокон не більш 12 % (рис. 1.3).

Крім того, у конструкційній деревині річні шари повинні бути не ширше 5 мм, і пізня, найбільш міцна деревина повинна складати не менше ¹/₅ їхньої ширини. У дошках, що працюють на згин не допускається м'яка серцевина. У зонах з'єднань не допускаються тріщини.

Деревину 1-го сорту, найбільш міцну, рекомендується застосовувати для виготовлення відповідальних елементів конструкцій, що працюють на розтяг і розтягнуті зони високих клеєдерев'янных балок, деревину середньої міцності 2-го сорту - для інших елементів несучих будівельних конструкцій, найменш міцну деревину 3-го сорту - у малонапружених настилах і обшивках.

1.5 Фізико-механічні властивості деревини

Густина деревини залежить від об'єму пор і наявності в них вологи. Стандартна густина деревини визначається при її вологості 12 %. Вона різна в межах однієї породи й одного стовбура.

Свіжозрублена деревина сосни і ялини має густину 850 кг/ м ³. Розрахункова густина цієї деревини в конструкціях, експлуатованих у приміщеннях з нормальною вологістю повітря - 500 кг/м ³, у приміщеннях з вологістю повітря більш 75 % і на відкритому повітрі - 600 кг/м ³.

Міцність деревини в значній мірі залежить від напрямку дії зусиль відносно напрямку волокон. Середня межа міцності деревини сосни без вад вздовж волокон складає: при розтягу 100 Мпа; при згині - 75 Мпа; при стиску - 40 МПа.

При дії зусиль поперек волокон міцність деревини при розтягу, стиску і сколюванні не перевищує 6,5 МПа. Неоднорідність будови, наявність вад значно (приблизно на 30 %) знижують міцність деревини при стиску і згині й особливо (приблизно на 70 %) при розтягу.

Тривалість дії навантаження істотно впливає на міцність деревини. При довготривалому навантаженню її міцність, характеризується межею тривалого опору і складає тільки 0,5 від межі міцності при стандартному короткочасному навантаженні. Найбільшу міцність, у 1,5 рази, яка перевищує короткочасну, деревина має при найкоротших ударних і вибухових навантаженнях..

Жорсткість деревини відносно невелика через її трубчато-волокнисту будову. Жорсткість - ступінь деформативності деревини під дією навантажень - суттєво залежить від напрямку дії цих навантажень відносно волокон, їх тривалості і вологості деревини. Деформації деревини бувають пружні (від короткочасних навантажень), еластичні і залишкові (від тривалих навантажень). Пружні деформації зникають незабаром після розвантаження, еластичні теж зникають через деякий період часу, а залишкові залишаються назавжди.

Жорсткість деревини визначається модулем пружності Е. Його величина в хвойних порід вздовж волокон досягає 15000 МПа. Модуль пружності реальної деревини будь-якої породи в 1,5 рази нижче і приймається для конструкцій, експлуатованих у нормальних температурно-вологісних умовах, рівним 10⁴ МПа. Жорсткість деревини при дії навантажень поперек і під кутом до волокон у 50 разів нижча.

Вологість деревини значно впливає на її властивості. Вологість деревини W - це процентний вміст вільної води в порожнинах і гігроскопічної води в порах деревини.

де G_{1 -} маса вологого зразка;

G₂ - маса зразка після висушування його до постійної маси.

Найбільшу вологість (до 200 %), має сплавна деревина. Вологість до 100 % має свіжозрублена деревина. У процесі збереження на складах, природного і штучного сушіння вологість деревини зменшується до 40, 25, 20 і 10 %.

З деревини високої вологості можна виготовляти тільки конструкції, що постійно звволожуються. З деревини вологістю до 40 % - конструкції на відкритому повітрі, що не залежать від усушки; вологістю до 25 % - конструкції, експлуатовані в приміщеннях з підвищеною вологістю; вологістю 20 % можна виготовляти неклеєні конструкції, експлуатовані в будь-яких умовах, а вологістю 8...12 %-будь-які конструкції, у тому числі клеєні.

У процесі зменшення чи збільшення вологості до 30 % за рахунок гігроскопічної вологи в оболонках кліток розміри дерев'яних елементів зменшуються чи збільшуються. Всихання дерев'яних елементів в радіальному напрямку (упоперек волокон перпендикулярно річним шарам) досягає 4 %; в тангенціальному напрямку (паралельно річним шарам) - 10 %; вздовж волокон не перевищує 0,3 %. Різниця величин всихання приводить до жолоблення і розтріскування деревини (рис. 1.4).

Зміна вологості в межах від 0 до 30 % істотно впливає на міцність і твердість деревини. Для порівняння показників міцності і твердості деревини незалежно від її вологості встановлене значення стандартної вологості 12 %.

Рис. 1.4. Деформації лісоматеріалів при висиханні: 1 - зменшення розмірів перерізів; 2 - розтріскування; 3 - жолоблення

При випробовуванні зразків деревини, що мають нестандартну вологість w = 8...23 %, межа їхньої міцності чи інший показник B_w, повинний бути зведений до значення його при стандартній вологості В ₁₂ з урахуванням коефіцієнта б, рівного для стиску і згину 0,04 за формулою:

B₁₂ = В_w [1 + б (w - 12)].

Вплив температури на деревину. При підвищенні температури межа міцності і модуль пружності деревини знижуються. Наприклад, межа міцності при стиску деревини сосни, нагрітої від 20 до 50°С, зменшується в середньому до 70 %, а при нагріванні до 100°С - до 30 % від початкової.

При заморожуванні деревини волога в ній перетворюється в лід і міцність її при стиску зростає, наприклад, до 25 %, але збільшується ламкість і небезпека її розколювання.

Температурні деформації деревини визначаються коефіцієнтом лінійного розширення б. Вздовж волокон деревини цей коефіцієнт дуже малий і не перевищує 5·10^-6, що дозволяє будувати дерев'яні будинки без температурних швів. Поперек волокон деревини цей коефіцієнт більший в 7...10 разів.

Теплопровідність деревини завдяки її трубчасто-пористої будови дуже мала, особливо поперек волокон. Коефіцієнт теплопровідності сухої деревини поперек волокон дорівнює в середньому л= 0,14 Вт/(м°С). Теплоємність деревини значна і для сухої деревини в середньому, її коефіцієнт С= 1,6 кДж/(кг°С).

Будівельна фанера є листовим деревинним будівельним конструкційним матеріалом. Вона складається з непарного числа тонких шарів - шпон - товщиною близько 1 мм із деревини берези чи модрини. Волокна сусідніх шпон розташовуються у взаємно перпендикулярних напрямках. Зовнішні шпони - сорочки - мають взаємно рівнобіжний напрямок волокон, уздовж якого вимірюють довжину аркушів. Середні шпони називаються серединками. У будівельних конструкціях застосовується фанера клеєна і бакелізована.

Клеєна фанера (рис. 1.5) складається із шарів деревини (шпон), що склеюються між собою водостійкими клеями, наприклад фенолформальдегідним. Виходить водостійка фанера марки ФСФ. При склеюванні шпон клеями типу карбамідних виходить средньоводостійка фанера марки ФК, застосування якої допускається тільки в приміщеннях без підвищеної вологості повітря. Водостійка фанера допускається до застосування в конструкціях завдань усіх груп вологості повітря. Листи клеєної фанери мають товщину 6...12 мм. Найбільше застосування в конструкціях знаходять Листи семишарової фанери товщиною 8, 9, 10 і 12 мм. Листи мають довжину 2440, 2135, 1525, 1220 і ширину 1525, 1220 і 725 мм. Листова форма є одним з головних переваг фанери в порівнянні з іншими лісоматеріалами. Завдяки цьому її з успіхом застосовують для виготовлення легких ефективних панелей покриття і стін, а також опалубки. Перехресне розташування волокон шарів придає фанері меншу анізотропію властивостей у площині аркушів, чим у деревини, мале висушування і розбухання при коливаннях вологості, як у деревини вздовж волокон.

Міцність клеєної фанери уздовж волокон зовнішніх шарів істотно вище, ніж поперек, тому що шарів з поздовжнім напрямком волокон на один більше, ніж поперечних, і зовнішні шари розташовуються в зоні максимальних напружень при згині.

Рис. 1.5. Будівельна фанера (деталь перерізу): 1,2 - подовжні і поперечні шари

Міцність клеєної фанери при зрізі по площинах перерізів у 2,5 рази перевищує міцність деревини при сколюванні уздовж волокон, що є її важливою перевагою. Міцність клейових з'єднань фанери при сколюванні мала і не перевищує ²/₃ міцності хвойної деревини при сколюванні поперек волокон. Вплив вад на міцність фанери відносно нижче, ніж у деревині, тому що збіг вад, розташованих в окремих шарах, мало ймовірний.

Вологість фанери підвищеної водостійкості не перевищує 12 %, а середньої-15 %. Жорсткість фанери, характеризується модулем пружності, визначається, головним чином, шарами, що працюють уздовж волокон, і складає для фанери товщиною 8 мм і більше близько 90 % від жорсткості деревини уздовж, і 70 % поперек волокон.

Бакелізована фанера має таку ж будову, як і клеєна, однак її зовнішні шари не тільки склеюють із середніми, але і просочують водостійкими синтетичними спирторозчинними смолами. Листи фанери мають товщину 5...18 мм, довжину 1500...7700 мм і ширину 1200...1500 мм. Вона відрізняється від клеєної фанери більш високою водостійкістю і міцністю і застосовується в конструкціях, що працюють в особливо несприятливих вологісних умовах. Міцність бакелізованої фанери при нормальних напругах уздовж листів більша у 2,5 рази, а поперек майже в 2 рази перевищує міцність хвойної деревини уздовж волокон. Її опір зрізу в 4,5 рази, а сколюванню в 1,5 рази вище опору сколюванню деревини уздовж волокон. Твердість бакелізованої фанери поперек волокон зовнішніх шарів близька до твердості деревини уздовж волокон, а уздовж волокон зовнішніх шарів у 1,5 рази вище.

1.6 Захист дерев'яних конструкцій від загнивання і гниття

Гниття - це руйнування деревини найпростішими рослинними організмами - дереворуйнівними грибами, для яких вона є живильним середовищем. Деякілісові гриби вражають дерева у лісі. Біржові руйнують лісоматеріали під час збереження їх на складах. Домові гриби особливо небезпечні, бо руйнують деревину будівельних конструкцій у процесі їхньої експлуатації.

Гриби розвиваються з зародкових мікроскопічних розмірів кліток - спор, що легко переносяться рухом повітря. Потрапляючи у сприятливі умови спори проростають у вигляді тонких ниток (діаметром до 0,005мм) - гіфів, що сплітаються в шнури і плівки - грибниці та утворюють плодове тіло гриба - джерело нових спор. Гіфи дереворуйнуючих грибів, проникаючи в деревину, утворюють отвори в клітинних оболонках і потім розчиняють їх виділеними ферментами - руйнівниками целюлози. При цьому деревина фарбується в бурий колір, покривається тріщинами і розпадається на призматичні шматочки, цілком втрачаючи свою міцність.

Гниття як результат життєдіяльності рослинних організмів неможливе без сприятливих умов. Температура повинна бути не вище 50 °С. При заморожуванні життя грибів завмирає, але може відновитися знову при потепленні. Припиняється ріст грибів при температурі більш високій, а при температурі понад 80 °С плодові тіла, грибниця і спори грибів гинуть, що не гарантує від нового зараження деревини. Найменша вологість деревини, на якій можуть рости гриби, складає 20 %. У більш сухій деревині життя грибів припиняється. Присутність повітря також необхідно для росту грибів. Деревина, цілком насичена водою чи повітрям, що знаходиться у воді без доступу, гниттю не піддається. Неможлива життєдіяльність грибів також у середовищі отруйних для них речовин.

Захист від гниття має важливе значення для забезпечення довговічної служби дерев'яних конструкцій. Він полягає в тому, що виключається одна з перерахованих вище умов, необхідних для життєдіяльності грибів. Ізолювати деревину від попадання в неї спор, від навколишнього повітря і додатньої температури в більшості випадків практично неможливо. Можна тільки знищити гриби і їхні спори високою температурою, не допустити підвищення її вологості до небезпечного рівня чи просочити її отруйними для грибів речовинами. Це і досягається шляхом стерилізації, конструктивного і хімічного захисту деревини від гниття.

Стерилізація деревини відбувається в процесі камерного, особливо високотемпературного сушіння. Прогрів деревини до температури вище 80 °С приводить до загибелі всіх наявних у ній спор будинкових грибів. Така деревина набагато більш стійка загниванню і повинна в першу чергу застосовуватися в конструкціях.

Рис. 1.6. Конструктивний захист від гниття: а - безгорищне утеплене покриття; б - горищне утеплене перекриття; в - захист від конденсаційної вологи; г - захист від атмосферних опадів; д-захист від капілярної вологи; 1-конструкції; 2-теплоізоляція; 3-покрівля; 4 - продухи; 5 - пароізоляція; 6 - гідроізоляція

Конструктивний захист деревини від гниття (рис. 1.6) забезпечує такий режим експлуатації конструкцій, при якому її вологість не перевищує сприятливого для загнивання рівня, тобто W<20 %.

Захист деревини закритих приміщень від зволоження атмосферними опадами досягається повною водонепроникністю покрівлі з необхідними ухилами без внутрішніх водостоків і розжолобків. Захист деревини від зволоження капілярною вологою здійснюється відділенням її від бетонних і кам'яних конструкцій шарами бітумної гідроізоляції. Захист деревини від зволоження в приміщеннях з вологістю більшою 75 % поверхня її ізолюється водостійкими лакофарбовими матеріалами, наприклад ПФ-115, УР-175 та ін.

Захист деревини від конденсаційної вологи має дуже важливе значення. Ця волога виникає в холодний час року в товщі теплоізоляційного шару конструкцій опалювальних приміщень у результаті конденсації водяних парів. Таке зволоження відбувається тривалий час і не завжди може бути виявлено. Для захисту від проникнення в конструкцію водяних пар з боку приміщення укладається шар пароізоляції. Основні несучі конструкції влаштовуються поза зоною перепаду температур: або цілком усередині приміщення нижче шару теплоізоляції; або поза ним, наприклад у холодному приміщенні горища вище утепленого горищного перекриття. Гарне провітрювання деревини сприяє природному її висиханню в процесі експлуатації. Для цього роблять осушуючі продухи в товщі конструкцій.

Хімічний захист деревини необхідний у тих випадках, коли її зволоження в процесі експлуатації неминуче. Конструкції, експлуатовані на відкритому повітрі, у землі, у товщі конструкцій будинків, наприклад конструкції мостів, щогл, паль, неминуче зволожуються атмосферною, ґрунтовою чи конденсаційною вологою. Хімічний захист таких конструкцій від загнивання полягає в просоченні чи покритті їх отруйними для грибів речовинами - антисептиками. Вони бувають водорозчинними і маслянистими.

Водорозчинні антисептики - це речовини, що не мають кольору і запаху, нешкідливі для людей, наприклад фтористий і кремнефтористий натрій. Їх використовують для захисту деревини в закритих приміщеннях, де можливе перебування людей і немає небезпеки вимивання антисептиків водою. Існують і інші види водорозчинних антисептиків, деякі з них отруйні і для людей.

Маслянисті антисептики являють собою деякі мінеральні олії - кам'яновугільне, антраценове, сланцеве, деревний креозот і ін. Вони не розчиняються у воді, дуже отрутні для грибів, однак мають сильний неприємний запах і шкідливі для здоров'я людей. Ці антисептики не вимиваються водою і застосовуються для захисту від гниття конструкцій, експлуатованих на відкритому повітрі, у землі і над водою. Захищені маслянистими антисептиками конструкції успішно експлуатуються десятки років в умовах, де незахищені конструкції руйнуються за два-три років. Внесення в деревину антисептиків роблять різними методами. Просочення деревини під тиском найбільш ефективні. При цьому деревина вологістю не більш 25 % витримується в розчині антисептика всередині сталевого автоклава під високим (до 14 Мпа) тиском, у результаті чого антисептик проникає в неї на достатню глибину. Просочення деревини в горяче-холодних ваннах теж дають достатній ефект при меншій вартості. При цьому деревина витримується спочаткув гарячій, а потім у холодній ванні з розчином антисептика без підвищеного тиску.. Поверхневе антисептування полягає в нанесенні на поверхню деревини експлуатованих конструкцій гарячого антисептичного чи розчину густої антисептичної пасти. Докладні вказівки по захисту деревини від загнивання містяться в спеціальній інструкції. Застосування деревини, не захищеної від гниття, у сприятливих для загнивання умовах повинне бути цілком виключене.

Зараження комахами може теж служити причиною руйнування деревини. Для дерев'яних конструкцій найбільш небезпечні жуки-точильники. Їхні личинки, харчуючись, головним чином, деревиною, прогризають у ній численні отвори, відповідно знижуючи її міцність. Для захисту від жуків-точильників ефективні тільки температурний і хімічний способи. Нагрівши деревину до температури вище 80 °С приводить до загибелі цих шкідників. Хімічний захист деревини від загнивання, особливо маслянистими антисептиками, одночасно надійно захищає її і від жуків-точильників. Для знищення жуків і їхніх личинок у деревині експлуатованих конструкцій застосовується окурювання її отрутними газами і сприскуванням у ходи жуків розчинів отруйних речовин, наприклад гексахлорану чи ДДТ.

1.7 Захист дерев'яних конструкцій від займання та горіння

Горіння деревини відбувається в результаті її нагрівання до певної температури, при якій починається її термічне розкладання з утворенням горючих газів, що містять вуглець. Однак завдяки малій теплопровідності деревини масивні елементи мають достатню межу вогнестійкості (0,5...0,75 год.) - дуже важливий показник для успішного гасіння пожежі. Він визначається часом, при якому навантажений елемент зберігає несучу здатність при температурі пожежі. Дерев'яні елементи великих перерізів мають більш високі межі вогнестійкості, чим інші. Наприклад, брущата балка розрізом 17 * 17 см, навантажена до напруги 10 Мпа, має межу вогнестійкості 40 хв, протягом яких можуть бути прийняті заходи для гасіння пожежі.

Дерев'яні конструкції в умовах постійного або періодичного тривалого нагріву допускається застосовувати, якщо температура навколишнього повітря не перевищує 50С для конструкцій з цільної деревини та 30С для конструкцій з клеєної деревини.

Займання деревини і поширення вогню неможливо без визначених сприятливих умов. Тривале нагрівання при температурі 150°С чи швидке при більш високій температурі може привести до займання деревини. Навколишнє повітря збагачує процес горіння киснем і сприяє поширенню полум'я. Елементи конструкцій, що складаються з окремих дошок із зазорами між ними, швидше нагріваються до небезпечної межі, чим монолітні, мають великі поверхні зіткнення з повітрям і суміжні поверхні, які взаємно нагріваються променистим нагріванням. У результаті їхня межа вогнестійкості значно нижче, ніж у монолітних елементів.

Метою захисту від займання є підвищення межі вогнестійкості дерев'яних конструкцій яке досягається конструктивними та хімічними заходами.

Конструктивний захист деревини від загоряння полягає в ліквідації умов, сприятливих для виникнення і поширення пожежі. У конструкціях виробничих будинків з гарячими процесами застосування деревини неприпустимо. Дерев'яні конструкції повинні бути відділені від печей і нагрівальних приладів достатніми відстанями чи вогнестійкими матеріалами. Для запобігання поширенню вогню дерев'яні будови повинні бути розділені на частини протипожежними стінами - брандмауерами, дверями і вікнами з вогнестійких конструкцій. Дерев'яні захисні конструкції не повинні мати сполучених порожнин з тягою повітря, по яких може поширюватися полум'я, не доступне для гасіння. Елементи дерев'яних конструкцій повинні бути масивними клеєними чи брущатими, які мають більші межі вогнестійкості, чим дощаті. Звичайна штукатурка значно підвищує стійкість дерев'яних стін і стель загорянню.

Хімічний захист від загоряння застосовується в тих випадках, коли від дерев'яних конструкцій необхідний підвищений ступінь вогнестійкості, наприклад у приміщеннях, де є легкозаймисті матеріали. Вона полягає в протипожежних просоченнях і фарбуванні. Для вогнезахисного просочення деревини застосовують речовини, які називаються антипіренами. Ці речовини, введені в деревину, при небезпечному нагріванні плавляться або розкладаються, покриваючи її вогнезахисними плівками чи газовими оболонками, які перешкоджають доступу кисню до деревини. При цьому деревина може тільки повільно розкладатися і жевріти, не створюючи відкритого полум'я і не поширюючи вогню. Просочення деревини проводиться з одночасним просоченням антисептиками. Захисні фарби на основі рідкого скла, суперфосфату й інших речовин наносяться на поверхню деревини. При нагріванні під час пожежі плівки їх здуваються від виділених газів і створюють прошарок, який тимчасово перешкоджає займанню.

1.8 Конструкційні пластмаси

Конструкційні пластмаси в будівництві застосовують для елементів несучих і захисних будівельних конструкцій. Основою цих матеріалів є синтетичні полімерні смоли - продукти промисловості хімічних органічних матеріалів. До них відносяться склопластики, пінопласт, оргскло, вініпласт, повітро- і водонепроникні тканини, плівки і деревні пластики, синтетичні клеї.

З найбільш міцних склопластиків, розрахунковий опір стиску і розтяганню яких досягає 100 Мпа, виконують основні елементи несучих будівельних конструкцій. Прозорі склопластики використовують для прозорих елементів захисних конструкцій будівель. З особливо прозорого оргскла і прозорого вініпласту виготовляють прозорі частини огороджень, що пропускають усі частини сонячного спектра. Надлегкі пінопласти застосовують у середніх шарах легких огороджень покриття і стін. Міцні, тонкі повітро- і водонепроникні тканини використовують у пневматичних і тентових покриттях. З полімерних плівок здійснюють тимчасові покриття закритого ґрунту. Деревні пластики можуть служити матеріалом для конструкцій, що працюють на відкритому повітрі.

До позитивних властивостей цих матеріалів відносяться: мала щільність, що не перевищує 1500 кг/м ³; хімічна стійкість у деяких агресивних середовищах; вони водостійкі і не піддаються гниттю. У процесі виготовлення їм можна додати ряд необхідних властивостей і зробити елементи конструкцій будь-якої необхідної форми.

Основними недоліками конструкційних пластмас є їхня мала твердість (модуль пружності не перевищує 10⁴ МПа) і, отже, підвищена деформативність, що не дозволяє цілком використовувати їхню міцність. Горіння цих матеріалів обмежує їхнє застосування в основних несучих конструкціях. Мала поверхнева твердість веде до легкої пошкоджуваності конструкцій. Повзучість і старіння в процесі експлуатації ведуть до підвищення прогинів і зменшенню прозорості огороджувальних конструкцій.

До складу конструкційних пластмас входить ряд компонентів.

Синтетичні смоли є основними компонентами пластмас. Вони утворюють основну масу матеріалів, служать зв'язуючим аналогічно цементному розчину в бетоні і поділяються на два основних класи - термопластичні і термореактивні.

Термопластичні смоли (поліметилметакрилат, полівініл-хлорид, полістирол, поліетилен і ін.) після завершення процесу синтезу і перетворення у тверду склоутворюючу масу здатні під дією нагрівання розм'якшуватися, переходячи у в'язко-текучий стан, а при охолодженні знову повертатися до твердого стану. Термопластичні смоли використовують для виготовлення листових матеріалів (органічне скло, вініпласт), клеїв для їхнього склеювання, пінопластів, плівок.

Термореактивні смоли переходять з вязкотекучого у твердий стан тільки один раз - у процесі твердіння. Після завершення процесу твердіння термореактивний матеріал не розм'якшується при наступному нагріванні, а лише незначно втрачає міцність і твердість. У конструкційних пластмасах будівельного призначення застосовують наступні термореактивні смоли: фенолфоррисьдегідні, поліефірні, эпоксидні, мочевино-форрисьдегідні. Термореактивні смоли широко застосовують для виготовлення фанери, склопластиків, пінопластів, клеїв, деревних пластиків, різних фасонних деталей.

При формуванні полімеру застосовують і такі матеріали, як прискорювачі (речовини, що прискорюють твердіння), каталізатори (речовини, що не беруть участь в твердінні, але присутність яких необхідно для протікання процесу твердіння), пластифікатори (речовини, що зменшують крихкість готового матеріалу), інгібітори (речовини, що сповільнюють процес твердіння) і ін. З метою поліпшення механічних і технологічних властивостей, підвищення теплостійкості, зниження вартості в пластмасові матеріали вводять наповнювачі неорганічного й органічного походження. Їх вводять у виді порошків, волокон, листів (деревне борошно, цемент, скляні й азбестові волокна, папір, бавовняні і скляні тканини і т. і.).Фарбування пластмасових матеріалів здійснюється шляхом введення барвників у масу матеріалу. Потрібний малюнок і колір можуть бути також отримані, якщо вони попередньо нанесені на зовнішній шар листового наповнювача (папір, тканину). Пороотворювачі служать добавками для одержання газонаповнювальних матеріалів - пінопластів.

Поряд із пластмасами в конструкціях широко використовують такі неорганічні матеріали, як алюміній, лаковану (захищену) сталь, азбестоцемент.

1. Склопластик - це матеріал, що складається з двох основних компонентів: синтетичного зв'язуючого і скляного волокна (наповнювача). Суть виготовлення склопластику полягає в тому, що в рідку смолу вводять скловолокно, а потім смолу піддають твердінню. Синтетичне зв'язуюче додає монолітність і забезпечує стабільність форми готового склопластику; забезпечує використання високої міцності скловолокна шляхом рівномірного розподілу зусиль між волокнами і забезпечення їхньої стійкості, захист волокон від атмосферних і інших зовнішніх впливів; сприймає частину зусиль, що виникають в експлуатаційних умовах.

У склопластиках найчастіше використовують термореактивні смоли (поліефірну, эпоксидну, фенолфоррисьдегідну) з різними добавками, що модифікують, поліпшуючі технологічні й експлуатаційні властивості склопластику.

Скляне волокно, чи скловолокно, - це армуючий елемент, що забезпечує склопластикам велику міцність і стійкість проти ударів. Скловолокно виходить з розплавленої скляної маси спеціального складу, протягненої через дрібні отвори - фільєри. Воно має мікроскопічний діаметр близько 10 мкм, дуже високу міцність, що досягає 2000 Мпа., і застосовується в рубаному чи суцільному вигляді.

Склопластики на основі рубаного скловолокна є ізотропними матеріалами, однаково міцними у всіх напрямках, завдяки хаотичному розташуванню коротких скловолокон у їхній масі. Вони мають щільність до 1500 кг/м ³, міцність при розтягненні 150 МПа. Така невисока міцність у порівнянні з високою міцністю скловолокна пояснюється тим, що паралельно до дій розтягуючого зусилля в ньому розміщується тільки незначна частина найбільш напружених коротких скловолокон, а інші спрямовані під різними кутами і напружені менше. Крім того, у роботі на розтяг бере участь менш міцна смола, через яку передається напруга від одних волокон до інших.

Рис. 1.7. Склопластики: а-плоский; в-хвилястий; 1 - суцільне скловолокно; 2 - рубане скловолокно; 3 - поперечні хвилі; 4 - повздовжні хвилі; 5 - розріз хвилі

Позитивними якостями склопластиків на основі рубаних волокон є простота їхнього виготовлення завдяки хаотичному розташуванню скловолокна і відносно низька вартість, прозорість.

Склопластик на основі суцільних скловолокон непрозорий. Він складається з термореактивних фенолфоррисьдегфідних і інших смол і скловолокон у виді окремих волокон або ниток скложгутів суцільної довжини. Скловолокна розташовуються в одному чи двох взаємно перпендикулярних напрямках у кількості до 70 % по масі. Найбільш високими механічними властивостями мають склопластики, армовані прямими суцільними волокнами, наприклад склоджгутами. Якщо всі скложгути розташовані тільки в одному напрямку, міцність склопластику при розтяганні в цьому напрямку уздовж волокон максимальна і може досягати 1000 Мпа, а модуль пружності - 40000 Мпа. Однак у напрямку, поперечному напрямку скложгутів, міцність склопластику невелика і наближається до міцності неармованого зв'язуючого. Якщо скложгути покладені по двох взаємно перпендикулярних напрямках, то міцність і твердість склопластику буде вище в тому напрямку, по якому покладена більша частина скложгутів.

2. Пінопласти - це надлегкі газонаповнені конструкційні пластмаси. Вони являють собою тверду піну, що.складається з маси замкнутих осередків, заповнених повітрям чи нешкідливим газом зі стінками з затверділої полімерної смоли. Синтетичним зв'язуючим у пінопластах служать термопластичні чи термореактивні смоли. З термопластичних полістирольних полівінілхлоридних смол виготовляють пінополіуретан ПУ-101 і пінополіфенолфоррисьдегід ФРП-1. Напвнювачами є гази, що утворяться в процесі піноутворення.

Рис. 1.8. Пінопласт: а - блок; б - епюра зміни міцності по товщині блоку

Пінопласти утворяться шляхом гарячого пінення термопластичних смол чи введенням до складу термореактивних смол затверджувачів і піноутворювачів в процесі їхнього твердіння. Пресові пінопласти виготовляються в установках високого тиску і мають підвищену міцність і вартість. Непресовані пінопласти виготовляються при звичайному атмосферному тиску, є менш міцними і більш дешевими. Особливо ефективне виготовлення термопластичних пінопластів безпосередньо в порожнинах захисних конструкцій, наприклад при формуванні середнього шару тришарових плит і панелей.

Пінопласти - дуже ефективний теплоізоляційний матеріал. Теплопровідність, що відповідає їхній малій щільності, дуже низька. Теплостійкість їх обмежена й у термопластичних видів складає всього 60° і лише удвічі вище в термореактивних. Пінопласти бувають горючі Пс-1 і ПС-4, важкогорючі і самозагасаючі - ПСБ і ФРП. Завдяки малій масі, низькій теплопровідності і відносно достатньої міцності їх використовують як ефективний матеріал для шаруватих плит, панелей покриття і стін будинків різного призначення, що відрізняються легкістю і високими теплозахисними властивостями.

3. Органічне скло, чи оргскло, - це конструкційна пластмаса, що складається цілком з термопластичної полімерної смоли - поліметилметакрилата без яких-небудь наповнювачів. Воно виготовляється у виді листів і плит розмірами до 170 см і товщиною до 40 мм. Оргскло має достатню (до 10 МПа) міцність при згині, але обмежену жорсткість і твердість. Модуль пружності його складає 3000 МПа, поверхня легко ушкоджується, теплостійкість обмежена 60 °С, воно вогненетривке. Головною перевагою оргскла є високий ступінь прозорості (до 95 %).