Методика прогнозирования долговечности фанеры в строительных изделиях Сузюмов Александр Владимирович

Содержание к диссертации

ВВЕДЕНИЕ 7

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 12

1. Фанера — эффективный строительный материал из древесины - - - 12

2. Классификация и виды фанеры ------------------ 13

3. Состав и структура фанеры ------------------- -- 20

4. Применение фанеры - ------ ____________ 21

5. Несущие конструкции жилых и общественных зданий - - - - 21

6. Применение фанеры в жилищном строительстве ------- 27

7. Сельскохозяйственные постройки из фанеры --------- 29

1.4.4 Опалубка из фанеры --------------------- 31

1.5 Свойства фанеры -------------------------- 35

8. Физико-химические и технологические свойства- ------- 36

9. Физико-механические свойства ----- ____ 37

10. Санитарно-гигиенические характеристики фанеры. Борьба с токсичностью ----------- ____________ 40

6. Влияние эксплуатационных факторов на несущую способность фанеры - ---__--_ __________ 42

7. Методы определения долговечности фанеры _________ 46

8. Заключение ------------------------ 58

9. Постановка цели и задач работы _.__ 60

2 МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ 62

2.1 Объекты исследований -- --__-_-_______ 63

1. Выбор материала _____________ 63

2. Выбор агрессивных сред _________ 64

3. Выбор модификаторов ___________ 64

2.2 Приборы и приспособления для физико-механических
испытаний --_-_ __________ 65

2.2.1 Установка для испытаний на кратковременную и длительную

прочность при разрушении поперечным изгибом ---------- 66

2. Установки для испытаний на долговечность при деформировании длительным сжатием и пенетрацией ------------- 67

3. Прибор для определения коэффициента линейного термического расширения - ___________________ 68

4. Оборудование для испытаний на тепловое старение и УФ - облучение --------------------------- 69

5. Приборы для изучения структуры фанеры электронно-оптическим методом ------------------------- 71

2.3 Методика проведения испытаний ------------------ 72

1. Методика проведения кратковременных и длительных испытаний при разрушении поперечным изгибом --- -- 72

2. Методика проведения испытаний на долговечность при деформировании длительным сжатием и пенетрацией -------73

3. Методика проведения испытаний при воздействии жидких сред --------------------------- 74

2.3.3.1 Методика проведения испытаний на водопоглощение

и набухание _-_ _-____-_ 74

2.3.3.2 Методика проведения испытаний при воздействии
жидких агрессивных сред --------------------75

4. Методика определения коэффициента линейного термического расширения -------------------- 75

5. Методика проведения испытаний при климатических воздействиях ---------------------------- 75

1. Методика проведения испытаний в натурных условиях ------- - _________ 75

2. Методика проведения испытаний на тепловое старение

и УФ-облучение ---------- __--___ 76

2.3.5.3 Методика проведения циклических испытаний при
воздействии замораживания-оттаивания ----------- 76

2.3.6 Методика изучения структуры фанеры электронно-

оптическим методом -- ________ 76

2.4 Обработка экспериментальных результатов ------------ 77

3. Статистическая обработка экспериментальных данных - - - - - 77

4. Определение физических термофлуктуационных констант графоаналитическим методом -------------------- 78

5. Определение физических и эмпирических термофлуктуационных констант методом графоаналитического дифференцирования - - 80

6. Математическое планирование эксперимента ---------82

5. Оценка разброса прочности фанеры ____________gg

6. Основные результаты и выводы по главе 2 -------------90

3 ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ФАНЕРЫ В ПОСТОЯННОМ
РЕЖИМЕ НАГРУЖЕНИЯ 91

1. О величине предела длительного сопротивления фанеры ------ 91

2. Термофлуктуационные закономерности разрушения фанеры - - - - 92

3. Влияние количества слоев на долговечность фанеры ------- 95

4. Влияние внешних физико-химических воздействий на прочность и долговечность фанеры ________________ 98

5. Влияние жидких агрессивных сред на прочность фанеры - - - 98

6. Влияние жидких агрессивных сред на долговечность фанеры- - 101

7. Влияние теплового старения и УФ-облучения на прочность

и долговечность фанеры ---------------------- Ю2

3.4.4 Влияние циклов замораживания - оттаивания на
долговечность фанеры -- ----___--______ _Ю4

5. Влияние модификации на механические свойства фанеры - - - -106

6. Основные результаты и выводы по главе 3 - ------- Ю8

4 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ФАНЕРЫ В
ПОСТОЯННОМ РЕЖИМЕ НАГРУЖЕНИЯ - - 111

1. О тепловом расширении фанеры — — - — — ---------- — —111

2. Влияние термо- и фотостарения на набухание фанеры ------ Ц4

3. Влияние старения на скорость набухания фанеры ---------- \\^

4. Закономерности деформирования фанеры при ступенчатом нагружении ------- _- ------117

5. Термофлуктуационные закономерности деформирования фанеры при сжатии -----------------------------П9

6. Термофлуктуационные закономерности деформирования фанеры при пенетрации ---------- ___-______123

4.7 Основные результаты и выводы по главе 4 -------------126

5 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ФАНЕРЫ В
СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЯХ 128

1. Влияние колебаний температуры и влажности на долговечность фанеры - --__--_____-_-_- ___128

2. Определение поправки от действия жидких агрессивных сред при расчете длительной прочности фанеры ------------ 131

3. Определение структурно - силового фактора фанеры в

СТрОИТеЛЬНЫХ ИЗДеЛИЯХ -_-_-_-_ ____ 132

4. Уточнение термоактивационной методики прогноза работоспособности органических строительных материалов применительно к фанере --_-_-----_-_-___________ 134

5. Прогнозирование долговечности фанеры в строительных изделиях - 136

6. Рекомендации по повышению долговечности фанеры в строительстве ----- ____________________ 139

5.7 Основные результаты и выводы по главе 5 --- - - - 140

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 141

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 144

ПРИЛОЖЕНИЕ А Технические условия и основные этапы методики прогнози
рования долговечности фанеры в строительных изделиях - 157

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Блок-схема программы "Konstanta"- 172

ПРИЛОЖЕНИЕ В Блок-схема программы "Grafdifer" 173

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Акт внедрения - 174

Введение к работе

Актуальность темы. Фанера, благодаря своей слоистой структуре, является высокопрочным конструкционным материалом, нашедшим широкое применение в строительстве и имеющим большую перспективу на будущее. Она является экономически выгодным материалом благодаря сокращению времени производства работ и существенной экономии деловой древесины, а так же обладает значительными преимуществами перед широко известными листовыми древесными композитами.

Эксплуатационные характеристики фанеры изучали многие отечественные и зарубежные учёные. Однако долговечность фанеры изучена недостаточно и не разработано надёжной методики её прогнозирования и общих рекомендаций по увеличению срока эксплуатации. В. М. Хрулёвым и его учениками предложен способ оценки долговечности клеевых соединений фанеры при ускоренном тепловом старении. Но он не учитывает вид напряжённого состояния и физико-химическую активность окружающей среды.

Актуальность данной работы связана с применением нового подхода к изучению закономерностей разрушения и деформирования, а также разработкой на его основе методики прогнозирования долговечности фанеры с учётом реальных условий эксплуатации. В основу предложенной методики положена термофлуктуационная концепция разрушения и деформирования, которая позволяет помимо нагрузки, воспринимаемой материалом, учитывать влияние температуры, климатических факторов, агрессивных сред, а так же времени их действия.

Работа выполнена в рамках гранта по проекту № 2.1.1/660 «Исследование многослойных композитных тонкостенных конструкции, подверженных термоэлектромеханическому нагружению, на основе геометрически точных трёхмерных конечных элементов оболочки» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 -2010 годы)».

Целью работы является разработка общей методики прогнозирования долговечности фанеры для строительных изделий в эксплуатационном диапазоне нагрузок и температур, а так же при дополнительном воздействии климатических факторов.

В соответствии с целью диссертационной работы определены следующие задачи: с позиции термофлуктуационной концепции твёрдого тела изучить закономерности разрушения фанеры при различных видах нагружения в эксплуатационном интервале напряжений и температур; с позиции кинетической концепции исследовать закономерности критического деформирования фанеры при различных видах нагружения в эксплуатационном интервале напряжений и температур; изучить влияние жидких активных сред на прочность и долговечность фанеры;

4) исследовать влияние тепло- и фотостарения на прочность и долговечность фанеры;

5) изучить влияние климатических факторов (циклических температурно- влажностных воздействий) на константы, определяющие долговечность фанеры;

6) на основе исследованных физико-химических закономерностей разрушения и деформирования предложить способ повышения долговечности фанеры модификацией пропиткой.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1) впервые выявлены термофлуктуационные закономерности разрушения и деформирования фанеры и определены физические и эмпирические константы, позволяющие прогнозировать её долговечность в широком диапазоне нагрузок и температур;

2) изучено влияние различных эксплуатационных факторов (жидких агрессивных сред, УФ - облучения, высокотемпературного старения и замораживания-оттаивания) на прочность и долговечность фанеры и получены эмпирические поправки, учитывающие их неблагоприятное воздействие;

3) впервые с термоактивационных позиций изучен процесс водопоглощения фанеры до, и после старения; полученные значения физических констант позволили трактовать механизм структурных изменений в материале и прогнозировать скорость набухания в широком диапазоне температур эксплуатации;

4) по результатам дилатометрических и механических испытаний установлен единый механизм деструкции при термо- и фотостарении; на основе полученных экспериментальных результатов разработана общая методика прогнозирования долговечности фанеры в реальных условиях эксплуатации; предложены способы повышения прочности и долговечности фанеры, путём пропитки её жидкими органическими модификаторами.

На защиту выносятся:

1) экспериментальные результаты исследования влияния вида нагружения, УФ - облучения, высокотемпературного старения, агрессивных сред и температурно-влажностных воздействий на термофлуктуационные закономерности разрушения и деформирования фанеры, различных марок и толщины (количества слоев);

2) экспериментально полученные значения физических констант и эмпирических коэффициентов определяющих долговечность фанеры; уточнённая методика прогнозирования долговечности фанеры в строительных изделиях; рекомендации по применению фанеры и повышению долговечности строительных изделий из неё.

Практическая ценность работы. Предложена методика прогнозирования долговечности фанеры в строительных изделиях различного назначения и впервые получена формула для прогнозирования долговечности верхней обшивки клеефанерной панели. Даны рекомендации по выбору марки, количества слоев и пропиточных материалов для повышения потенциального срока службы фанеры с учётом реальных условий эксплуатации.

Реализация работы. Результаты работы внедрены: в ООО Проектное Бюро «Наши Строители» (392000, г. Тамбов, ул. Державинская, д. 16А, офис 405) и в учебный процесс Тамбовского государственного технического университета (392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106).

Достоверность подтверждается проведением экспериментов с необходимым количеством повторных испытаний на поверенном оборудовании, применением метода математического планирования эксперимента, статистической обработкой экспериментальных данных, сопоставлением результатов исследований с аналогичными данными других авторов.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства. Строительные материалы и конструкции» (Пенза 2005); VI Международной научно-технической конференции «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (Пенза 2007);международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза 2004); десятых академических чтениях отделения строительных наук РААСН «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения» (Казань 2006); VI - VII Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (Тула 2006,2007).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации отражены в 12 опубликованных работах, в том числе 3 статьи опубликованы в журналах из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК РФ.

Объём и структура и работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников из 147 наименований и содержит 174 страницы, в том числе 120 страниц машинописного текста, 27 таблиц, 85 рисунков и четыре приложения.

Похожие диссертации на Методика прогнозирования долговечности фанеры в строительных изделиях

Прогнозирование долговечности композитов на основе низкомолекулярного полибутадиенового олигомераПлатошкина Валерия Валерьевна

Разработка составов и прогнозирование долговечности щебеночно-мастичного асфальтобетона на шлаковых заполнителяхПрозорова, Людмила Аркадиевна

Прогнозирование долговечности (работоспособности) пенополистирола в ограждающих конструкциях зданийАндрианов Константин Анатольевич

Прогнозирование долговечности кровельных битумно-полимерных композитовДолженкова Марина Валентиновна

Прогнозирование долговечности ламинированных древесноволокнистых композитов строительного назначенияКольцов Павел Михайлович

Прогнозирование циклической долговечности полимерных композиционных материаловБондарев, Александр Борисович

Прогнозирование ресурса долговечности бетона акустическими методами на основе механики разрушенияПопов Валерий Петрович

Экспериментально-теоретические основы прогнозирования и повышения долговечности защитно-декоративных покрытийНизина Татьяна Анатольевна

Экспериментально-теоретические основы прогнозирования и повышения долговечности материалов мягких оболочек строительного назначенияСулейманов Альфред Мидхатович

Прогнозирование и повышение долговечности и длительной прочности древесины в строительных изделиях и конструкцияхСашин Максим Александрович