Древесные материалы

Непосредственное использование бревен или брусьев ограничено их сравнительно малыми поперечными размерами, анизотропией прочностных показателей, а также тем, что разбухание и усушка вдоль и поперек волокон протекают по-разному.

Как следствие этого получили развитие листовые древесные материалы, изготовляемые шириной до 2-3 м, которые по своей прочности, подверженности деформациям и стабильности размеров при изменении влажности значительно устойчивее обычной древесины. Они производятся путем спрессовывания размельченных в большей или меньшей степени частиц древесины с введением связующих добавок.

По степени размельчения спрессовываемой древесины различаются три группы материалов: фанера, древесностружечные и древесноволокнистые плиты.

Эти материалы в зависимости от их структуры и условий изготовления могут использоваться для всех или лишь для определенных и придающих устойчивость элементов. либо (исключая несущую функцию) только для обшивки стен, потолков и т.п., главным образом с целью тепло- и звукоизоляции. В DIN 68800, ч. 2 приведены профилактические меры защиты древесины для отдельных типов плит из разных древесных материалов в зависимости от атмосферных условий и влажности в областях, где они должны применяться.

Фанера (DIN 68705). Понятие «фанера» включает все виды плит из трех и более слоев древесины с перекрестным направлением волокон.

Фанера изготовляется из тонких листов древесины, так называемого шпона, срезаемого со ствола и очищенного от коры. Толщина шпона бывает от 0,05 до 8 мм. Тонкий спиленный или срезанный шпон ценных пород дерева используется главным образом при изготовлении мебели и для декоративной отделки различных поверхностей.

Фанерный шпон обычно снимается с вращающихся бревен с помощью шевинговального станка в виде непрерывной ленты и наматывается на ролы, после чего его режут. Для изготовления фанерного шпона годится древесина почти всех пород деревьев. произрастающих в ФРГ, а также многих неевропейских деревьев, предварительно размягченных варкой или обкуриванием для облегчения резки.

На нарезанный шпон специальными машинами наносится клей, затем шпон прессуется в течение 5-25 мин при температуре от 90 до 150°С. Число склееных слоев шпона бывает обычно нечетным, волокна верхнего, или кроющего, шпона имеют одинаковое направление, а неравные по толщине слои располагаются симметрично по отношению к середине.

Нормотипы, склеивание. Сортамент строительной фанеры включает листы со склейкой различной влагостойкости. Выбор типа склейки фанеры зависит от климатических условий и влажности, в которых ее предстоит использовать. По степени стойкости к атмосферным воздействиям фанера разделяется на следующие виды: IF 20 - неводостойкая: AW 100-водостойкая: AW 100G-водостойкая и защищенная от дере во разрушающих грибов.

Классы качества. Фанера делится на I, II и III классы, причем качественные характеристики отделочной фанеры даны в зависимости от породы древесины. Такие сорта отделочной фанеры, как 1/111 или II/II, представляют собой комбинации различных классов.

Строительная фанера (BFU) по DIN 68705, ч. 2 состоит из склеенных слоев шпона, уложенных друг на друга крест-накрест. Упругие и механические свойства строительной фанеры зависят от направления волокон шпона. Эти свойства в обоих главных направлениях и под разными углами к направлению волокон наружного слоя различны. Направление волокон наружного слоя фанеры обычно следует рассматривать как главное (рис. 20).

Строительная фанера в особенности пригодна для деревянных строительных конструкций, для опалубки крыш и бетонных оболочек, поскольку но сравнению с другими древесными плитами она обладает самыми высокими модулем упругости и прочностью и поэтому может выдерживать самые высокие напряжения. Применение данного материала целесообразно в тех случаях, когда его высокая прочность и стойкость к атмосферным воздействиям действительно используются, так как строительная фанера дороже, чем конкурирующие с ней древесностружечные и древесноволокнистые плиты.

Для клееной фанеры предъявляются следующие требования к качеству:

• использование определенных пород древесины;
• свойства и максимальная толщина фанеры ;
• число слоев в зависимости от обшей толщины фанеры;
• прочность на изгиб;
• минимальное влагосодержание и прочность склейки.

Кроме фанеры, полностью отвечающей нормативным требованиям, могут выпускаться некоторые ее виды с определенными отклонениями от норм или с частично измененными требованиями к качеству.

Согласно DIN 4078 (Фанера. Размеры), выпускают отшлифованные плиты следующих размеров:

• толщина, мм: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 13, 16, 19, 22, 25, 30, 38;
• длина, мм: 1250, 1530, 1730, 2050, 2200. 2500, 3050;

20 - Структура строительной фанеры (наружные слои < 2,5 мм, внутренние слои <= 3,7 мм)

21 - Структура трехслойной столярной плиты: а -средний слой из реек; b - средний слой из брусков ширина, мм: 1250, 1530, 1730, 1830.

Длина измеряется по направлению волокон наружного слоя.

Столярные плиты (BTI) D1N 68705 состоят не менее чем из двух наружных листов фанеры и среднего слоя из реек или брусков. Волокна каждого слоя, как и у фанеры, расположены под углом 90 к соседним.

Столярные плиты различают по типу среднего слоя:

1. средний слой из реек толщиной до 8 мм. склеенных друг с другом в виде плиток и уложенных на ребро (рис. 21, а);
2. средний слой из склеенных между собой брусков шириной от 24 до 30 мм (рис. 21, б);
3. средний слой из брусков шириной также от 24 до 30 мм, но не склеенных между собой.

Для сголярных плит годятся только плиты со средним слоем из реек или брусков. Направление волокон реек или брусков среднего слоя в столярной плите считается главным несушим направлением. Поэтому, например. трехслойная плита работает на изгиб в направлении, поперечном направлению волокон наружного слоя.

В панельном строительстве столярные плиты используются для перегородок и обшивки. Требования к качеству столярных плит близки к требованиям, предъявляемым к строительной фанере. Они обеспечивают качество плит, предусмотренное соответствующими нормами. Размеры отшлифованных плит по DIN 4078 следующие:

• толщина, мм: 13, 16. 19, 22, 25, 30, 38;
• длина, мм: 1530, 1730, 1830;
• ширина, мм: 4600, 5100.

Здесь длина плит оказывается меньше их ширины; это объясняется тем, что длина измеряется по направлению волокон наружного слоя.

Стружечные плиты состоят из стружек необработанного дерева и деревоподобных волокнистых материалов, например, стебли сахарного тростника после экстракции сока, лен или пенька, которые, как правило, смешиваются с отверждающимися искусственными смолами и прессуются. Сейчас получили распространение стружечные плиты также и на минеральном связующем. Если для изготовления плит используются только древесные стружки, то эти плиты носят название древесностружечных.

При изготовлении таких плит куски круглого дерева различной стоимости, от которой зависит качество плит, очищаются от коры и лыка и измельчаются специальными машинами, превращаясь в стружку и щепу различных размеров. Полученный таким образом стружечный материал подвергается сушке и сортировке. Два способа производства стружечных плит позволяют разделить их по расположению стружки на два вида.

При плоском прессовании стружки, покрытые смолой, разбрасываются по заготовке так, что располагаются почти параллельно плоскости плиты. Иная структура плиты достигается разбрасыванием различной стружки. Затем заготовки прессуются в многоэтажных прессах при определенной температуре.

При изготовлении плит на экстру дерах стружка вместе со связующим выдавливается через литьевой канал, имеющий сечение готовой плиты. При этом стружка оказывается преимущественно под прямым углом к отверстию и, следовательно, к поверхности плиты. Нагрев литьевого канала и скорость экструзии рассчитаны так. чтобы обеспечить одновременно с прессованием склеивание стружечного материала. Этим способом легко изготавливаются также плиты, в которых имеются продольные трубчатые отверстия. Может быть достигнута различная плотность плит, однако структура их сечения остается однородной. Поэтому плиты, изготовляемые литьем под давлением, несмотря на меньшую прочность на изгиб, находят широкое применение в качестве среднего слоя слоистых плит.

Такие недостатки, как разбухание в длину и плохая устойчивость формы, могут быть в значительной степени устранены применением в качестве обшивки фанеры или древесностружечных плит. Многопустотные плиты с облицовкой толщиной до 12,5 см, обладающие высокими тепло- и звукоизолирующими показателями, применяются в качестве стеновых элементов (рис. 22).

Для несущих строительных конструкций чаще применяются многослойные плиты, изготовляемые на плоских прессах. Обычно это плиты с облицовочными слоями, содержащими больше клея, со средним слоем меньшей плотности при естественной влажности и стружкой более низкого качества. Благодаря повышенной прочности более плотных наружных слоев достигается более высокая прочность па изгиб по сравнению с однослойными плитами. Особенно формоустойчивы пятислойные плиты, которым в строительстве оказывается предпочтение также из-за большей их толщины.

22 - Плита, изготовленная экструзионным способом, с обшивкой и трубчатыми отверстиями

К качеству стружечных плит предъявляются следующие требования. В первую очередь, они должны иметь равномерную толщину. прямые и острые кромки, прямоугольный формат, а также отклонения размеров только в допустимых пределах. Прочность на изгиб в зависимости от толщины плиты не должна быть ниже определенной средней величины.

Кроме того, необходимо, чтобы у плит, изготовляемых с помощью плоских прессов, прочность на растяжение в поперечном направлении, а у плит, изготовляемых экструзией. прочность на растяжение в направлении экструзии соответствовали определенным показателям. Содержание влаги для всех плит установлено 9 ± 4%.

Для плит, изготовляемых на плоских прессах, недопустимо, чтобы разбухание по толщине при 24-часовом выдерживании под водой превышало определенные величины, установленные в зависимости от способа склейки.

Плиты, подвергнутые специальной противогнилостной обработке, а также плиты, отвечающие более высоким требованиям огнестойкости (класс строительных материалов B1, трудновоспламеняющиеся строительные материалы), должны пройти особые испытания этих свойств, чтобы получить соответствующую маркировку (см. также раздел «Защита древесины»).

Размеры, номинальная толщина. Для стружечных плит в DIN 68760 предусмотрена только предпочтительная толщина: 6, 8, 10. 13, 16, 19, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 60. 70 мм. Ширина плит рекомендуется от 1250 до 2000 мм. а длина - от 3800 до 5110 мм. Поскольку длина и ширина не нормированы, рекомендуется при больших объемах продукции рассмотреть сначала программу поставки и заранее согласовать с ней модуль проекта, так как дополнительная резка плит может повысить стоимость на 20-30%.

Прессованные плиты (DIN 68763) обладают приблизительно одинаковой прочностью по всем направлениям. Если с помощью техники рассыпки в зависимости от способа изготовления можно получить желаемое направление стружки, то здесь это не может быть обеспечено, и испытывать плиты на прочность следует в менее «жестком» направлении, перпендикулярно слоям.

Прессованные плиты часто используются в качестве дополнительной несущей обшивки древесных плит, работающих как настил кровли и обшивка потолков на сжатие, а как элементы жесткости на сдвиг.

Кроме того, они используются в качестве несущего кровельного настила, и в этом случае передают по поддерживающим конструкциям вертикальную нагрузку от кровли, снега и людей. В особых случаях они могут использоваться как мембраны для придания устойчивости.

Виды связующего и деревозащитных добавок определяют влагостойкость плит и их устойчивость к атмосферным воздействиям:

• V 20 - склейка, не устойчивая к атмосферным воздействиям; связующее аминопласт;
• V 100 - склейка, ограниченно устойчивая к атмосферным воздействиям; связующее -фенолрезорциновые смолы с деревозащитной добавкой;
• V 100G - склейка, устойчивая к атмосферным воздействиям, с дере во за щи гной обработкой.

Панели, получаемые экструзионным способом (DIN 68764. ч. 2), бывают по структуре сечения сплошными и трубчатыми. Для достижения более высоких упругомеханических показателей панели изготовляют также с обшивкой.

«Несущее» направление панели с фанерной обшивкой соответствует направлению волокон фанеры, трубчатой - направлению трубок, а панели с обшивкой и древесноволокнистых плит проявляют во всех направлениях почти одинаковую прочность на изгиб. Из-за разнообразной структуры сечения панелей, получаемых экструзией, нормировать для них допустимые нагрузки практически невозможно.

Требования соответствующих норм распространяются только на сплошные панели толщиной 12 и 16 мм с облицовкой из буковой фанеры толщиной 1-1,5 мм или из жестких древесноволокнистых плит толщиной 2 мм. Такие панели в качестве обшивки деревянных плит в сочетании с ребрами могут рассматриваться как несущие.

Для других строительных панелей с обшивкой техническими условиями предусмотрены обычные строительные допуски.

Склеенные панели в промежуточном состоянии - между необработанным и обшитым - подразделяются по виду (SV-сплошные панели. SR - пустотные) и по свойствам клеевого шва следующим образом:

SV1 и SR1 -склейка, не устойчивая к атмосферным воздействиям;

SV2 и SR2-склейка, не устойчивая к атмосферным воздействиям, но стойкая по отношению к высокой влажности воздуха.

У панелей SV2 и SR2 на всех гранях должны быть вклейки из сплошной древесины шириной не менее 15 мм или на эти грани должно быть нанесено какое-либо равноценное влагозащитное покрытие. Экструзионные панели, соответствующие DIN 68764, ч. 2, обозначаются TSV1 или TSV2.

Ненесущие древесностружечные панели (DIN 68764) используются преимущественно для звукоизолирующей или декоративной обшивки стен и потолка.

В зависимости от способа производства и исполнения различаются следующие нормотипы этих панелей:

• LF - легкие прессованные панели с повышенным звукопоглощением, с покрытием или обшивкой или без них;
• LRD многопустотные панели, изготовляемые экструзионным способом, с нанесенным покрытием или с обшивкой с обеих сторон, с перфорированной поверхностью и повышенным звукопоглощением;
• LMD сплошные панели, изготовляемые экструзией, с двухсторонним покрытием, перфорированной поверхностью и повышенным звукопоглощением;
• LR - трубчатые панели, экструзионные панели с нанесенным двухсторонним покрытием или с обшивкой.

Древесностружечные плиты находят применение также для отделки интерьеров в виде декоративных прессованных панелей толщиной до 32 мм с синтетическим покрытием (DIN 68765) и в качестве чистых полов в помещениях, предназначенных для длительного пребывания людей, а также в помещениях специального назначения (спортивных залах, складах и др.). В DIN 68771 перечислены требования к изготовлению панелей. Они включают, в первую очередь, защиту от влаги и деревозащитную обработку панели, а также требования к конструкции основания.

Стружечные плиты на минеральном связующем уже давно применяются при изготовлении легких древесноволокнистых строительных панелей. Для получения древесностружечных панелей с повышенной стойкостью к атмосферным воздействиям и повышенной огнестойкостью в качестве связующего используют цемент или магнезит. Химически обработанные панели из пихтовой и еловой древесины на минеральном связующем, толщина которых составляет от 8 до 25 мм, хотя и тяжелее прессованных плит на связующем из синтетических смол, однако также хорошо поддаются обработке, более огнестойки и менее подвержены атмосферным воздействиям.

В ФРГ применение этих плит в строительстве регулируется определенными условиями.

Древесноволокнистые плиты. При изготовлении древесноволокнистых плит древесина измельчается до волокон или пучков волокон, которые смешиваются затем со связующим и другими наполнителями, и из этой массы формуется затем новый материал. В полученном материале структура древесины уже неразличима. Однако поскольку существуют также и стружечные панели с покровным слоем из очень мелко размолотых стружек, оба эти типа панелей как бы переходят один в другой.

Изготовление. В качестве сырья для изготовления древесноволокнистых плит в отличие от других древесных материалов может служить древесина хвойных пород самого низкого качества. Лиственную древесину, имеющую короткие волокна, можно только подмешивать в качестве добавки, так же как другие растительные волокнистые материалы, такие, как сено, хлопок, джут или кокосовое волокно. Сырье рубят на мелкие кусочки, потом под воздействием водяного пара оно разбухает в так называемых дефибраторах. а затем его размельчают на отдельные волоконца с помощью дисковых мельниц. При мокром способе размельченные волокна смешивают с водой, и они превращаются в больших мешалках в однородную массу. В зависимости от химических добавок и связующего регулируются прочность и водоотталкивающие свойства конечного продукта. Большое количество воды, содержащейся в массе, отделяется на продольном сите частично под действием силы тяжести массы, а частично путем ее вакуумирования с последующим отжатием на вальцах. Сорт панелей определяется только на заключительной стадии обработки - пористые просто высыхают, а панелям большей плотности при естественной влажности в горячих прессах одновременно придается плотность и жесткость. Обычно с одной стороны сквозь сито из панели удаляются вода и пар. а вторая сторона отверждается с помощью нагретой стальной пластины.

С помощью нового сухого способа, при котором обклеиванис и смешивание производятся под действием не воды, а воздуха. изготовляют как многослойные панели, так и панели с двухсторонней отшлифованной поверхностью. Древесноволокнистые плиты различаются, в основном, по прочности и качеству поверхности.

Жесткие и среднежесткие строительные древесноволокнистые панели (D1N 68754). Будучи гомогенным древесным материалом, древесноволокнистые плиты обладают по всем направлениям поверхности одинаковыми механическими свойствами.

Плиты, соответствующие приведенным нормам, могут применяться в панельном строительстве как несущая обшивка, повышающая устойчивость конструктивных элементов.

В Швеции. Австрии, США и других странах жесткие и среднежесткие древесноволокнистые панели уже с давних пор используются для несущих конструкций, например, как перегородки или оболочки.

Древесноволокнистые плиты часто используются как кровельный настил, если при этом нагрузка ограничивается только весом кровли и, если это требуется, изоляции. Настил укладывается просто на обрешетку.

Пропитанные олифой панели могут без дополнительного слоя пленки или битумного картона отводить воду, проникшую через кровлю.

Жесткие и полужесткие панели с различной поверхностью применяются для стенок составных балок, плавающих полов, внутренней отделки и облицовки фасадов зданий.

Существуют следующие нормативы этих панелей:

• HFH - жесткие древесноволокнистые плиты плотностью при естественной влажности 800 кг/м³;
• HFM - среднежесткие древесноволокнистые плиты плотностью при естественной влажности 350-800 кг/м³.

Нормы для жестких и среднежестких древесноволокнистых плит в настоящее время распространяются только на лесоматериал класса 20 (обозначается как HFH 20 или HFM 20).

При применении влагостойкого связующего и добавок могут использоваться также лесоматериалы классов 100 и 100G. В Швеции имеется сейчас материал, который отвечает требованиям плит HFN при использовании лесоматериала всех классов.

Требования, предъявляемые к качеству, сводятся к тому, чтобы кромки распила были прямыми и острыми, распил-прямоугольным и параллельным, а отклонения от номинальных размеров, влажности, разбухания в толщину при выдерживании под водой, прочности на изгиб и прочности на растяжение в поперечном направлении не превышали допустимых значений.

Нормированных размеров для древесноволокнистых плит не существует. Наиболее ходовые размеры по данным изготовителей следующие:

• толщина: HFH-2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6; 7; 8; 10; 12; 15 мм (толщина более 8 мм обычно достигается склейкой двух плит);
• HFM от 5 до 16 мм, наиболее распространенных и - от 9 до 12 мм;
• ширина от 1220 до 2030 мм;
• длина от 2500 до 5200 мм.

Ненесущие древесноволокнистые плиты:

• НFD - пористые древесноволокнистые плиты, соответствующие DIN 68750 (называемые также изоляционными или звукоизолирующими), плотность в сыром состоянии от 320 до 350 кг/м³, распространенная толщина от 10 до 20 мм;
• КН - жесткие древесноволокнистые декоративные плиты с синтетическим покрытием, соответствующие DIN 68751, с прониткой отверждаюшимися синтетическими смолами и горячим прессованием, облицованные рулонным материалом; облицовка может быть как одно-, так и двухсторонней;
• ВРН - 1 - битумные древесноволокнистые плиты, соответствующие DIN 68752; пористые плиты из волокон древесины с добавкой 10-15% битума по массе;
• ВРН - 2 - то же, что ВРН-1, но с добавкой битума более 15% по массе.

Требования к лесоматериалам, которые в сооружении или строительном элементе выполняют несущую функцию, установлены нормами.

Такие лесоматериалы должны подвергаться проверке в лабораториях на изготовляющих их предприятиях, а также проходить испытания в официально уполномоченных организациях или институтах.

Характеристика древесных плит, отвечающих нормативам или прошедших проверку, должна содержать следующие данные: завод-изготовитель или тип предприятия (иногда закрытого); толщина, мм; нормотип;

DIN или номер разрешения; контролирующая организация. Поставляемые для использования нормированные или разрешенные для строительства плиты должны иметь следующие четкие однозначные характеристики в заказном перечне, в планах, ведомости на поставку и т.д.;

вид (фанерные, столярные, прессованные, экструдированные, жесткие или полужесткие древесноволокнистые плиты); толщина, длина и ширина, мм; нормотип или разрешение; DIN или номер разрешения; особые требования (например, трудно-воспламеняемые, класс В1).