Клей для двутавровой балки

  Выбор клея для двутавровой балки, которая будет воспринимать значительные нагрузки и является несущим элементом - довольно ответственная задача, и здесь нельзя идти просто на поводу у маркетологов и продавцов клея - необходимо разобраться, что тут к чему, и что же нам нужно!

    Первым делом, конечно, следует обратиться к официальному документу, своду норм и правил по деревянным конструкциям: для Беларуси это СНБ 5.05.01-2000, а для России - СП 64.13330.2011. В общем и целом эти документы весьма похожи в области требований к клеям, потому я приведу здесь выдержку только из СНБ:

     Сложности начинаются практически сразу! Согласно таблице 6.13 нету таких клеёв, которые бы подходили для склеивания деревянных элементов в 4-м и 5-м классе условий эксплуатации. Давайте разберёмся до конца, чем же характеризуются эти классы:

    То есть, в СНБ нет такого клея, которым можно было бы склеивать деревянные детали для применения на открытом воздухе или частях зданий, соприкасающихся с грунтом, не говоря уже про увлажняемые детали.

Однако... 

  Рассмотрим повнимательнее резорциновый клей ФР-12, относящейся к I группе клеёв и подходящий для склеивания по пласти основных несущих элементов большепролётных конструкций при эксплуатации в наиболее жёстких условиях. Основные его свойства, состав, и вообще читаем здесь.

Самый главный для нас показатель, это предел прочности клеевого соединения древесины и влагостойкость.

Для этого клея данные такие:

   Предел прочности клеевого соединения: сосна - 6,5 МПа (65 кг/см²);  бук, дуб, граб - 13 МПа (130 кг/см²).

   Жизнеспособность готового клея в пределах 2 - 5 часов.

   Водостойкость повышенная.
Побывав на одном из деревоперерабатывающих предприятий я выяснил, что оконный брус и клееный профилированный брус для срубов клеется на некий клей Д3, а те, что покруче, особо отмечают, что они не халтурят и клеят на клей Д4. Что такое Д3 или Д4? Никакой связи со сводом правил пока не видно! Классификация по букве Д нигде в отечественных документах не упоминается. Но давайте разберёмся повнимательнее.

 

ГОСТ

Существует ряд нормативных документов, имеющих отношение к обсуждаемой теме:

  • ГОСТ 33120 - 2014 Конструкции деревянные клееные. Методы определения прочности клеевых соединений.

  • ГОСТ 33121 - 2014 Конструкции деревянные клееные. Методы определения стойкости клеевых соединений к температурно-влажностным воздействиям.

  • ГОСТ 33122 - 2014 Клеи для несущих деревянных конструкций. Общие технические условия.

  • ГОСТ 20850 - 2014 Конструкции деревянные клееные несущие. Общие технические условия.

 

На территории Беларуси некоторые ГОСТЫ не действуют, взамен них существуют другие:

 

  • ГОСТ 20850 отменён и взамен него действует СТБ 1722-2007.

  • ГОСТ 17005-82 Конструкции деревянные клееные. Метод определения водостойкости клеевых соединений.

  • ГОСТ 25884-83 Конструкции деревянные клееные. Метод определения прочности клеевых соединений при послойном скалывании.

  • ГОСТ 25885-83 Конструкции деревянные клееные. Метод определения прочности клеевых соединений древесно-плитных материалов с древесиной.

  • ГОСТ 33121 - 2014 Конструкции деревянные клееные. Методы определения стойкости клеевых соединений к температурно-влажностным воздействиям. 

  •  

 

   Белорусский СТБ 1722, в отличие от ГОСТ 20850, не имеет разделов, в которых бы приводились конкретные требования к клеевому соединению, лишь есть п.4.1.21. "Водостойкость клеевых соединений должна соответствовать установленной в проектно-конструкторской документации и быть не ниже средней А водостойкости по ГОСТ 17005". В связи с тем, что ГОСТ 20850 гораздо более информативен - дальше я буду разбирать эту тему по нему.

   Поскольку главной темой у нас является двутавровая балка, которая относится к несущим клееным деревянным конструкциям (КДК), то в первую очередь выясним общие технические характеристики по ГОСТу 20850.

    Для пользования этими таблицами нам необходимо понимание, к какому классу функционального назначения можно отнести нашу двутавровую балку ну и, конечно, класс условий эксплуатации. В связи с тем, что сейчас я рассматриваю российский, а не белорусский стандарт, то приведённая выше классификация условий эксплуатации слегка не совпадает. Поэтому  введу немного путаницы в стройные ряды сводов правил.

Итак, если мы делаем балку для своего дома длиной до 7,5 метров, то мы попадаем в класс функционального назначения , а класс режима эксплуатации - нормальный (2). Таким образом, ГОСТ позволяет нам использовать любой из трёх типов клеёв. Но если балка более 7,5 метров, то такая КДК уже относится к классу назначения  и для её изготовления III тип клея уже не пригоден, т.е. полиуретановые и эмульсионные полимер-изоцианатные клея использовать по ГОСТУ не допустимо! 

 

Прочность клеевого соединения

     Прочность клеевого соединения в зависимости от типа клея приводится в соответствующем ГОСТе 33122. Применяемые клеи конкретных марок в зависимости от их типа должны обеспечивать стойкость клеевых соединений к различным температурно-влажностным воздействиям, а также прочность клеевых соединений, в том числе длительную, не ниже групп и значений, указанных в таблице:

Водостойкость клеевых соединений для несущих конструкций

     Клеи, применяемые для несущих конструкций по ГОСТ 20850 в зависимости от степени водостойкости клеевых соединений, подразделяют на три группы в соответствии с таблицей:

    Интересно, что в соответствии с белорусским СТБ 1722 водостойкость регламентируется по документу ГОСТ 17005, который разделяет клеевые соединения на 4 группы, в которых прочность клеевых соединений после выдержки в воде должна быть не менее 3,2 МПа, что противоречит требованиям СНБ 5.05.01, где требуется прочность склеивания не менее 6,5 МПа. Таблица групп влагостойкости по ГОСТ 17005 весьма похожа на требования ГОСТа 33121 для ненесущих клеевых соединений, которые я так-же постараюсь здесь привести.

 

     Итак, для нашей двутавровой балки длиной до 7,5 м подходит любой конструкционный клей. 

Метод определения водостойкости

     Для определения водостойкости клеевых соединений образцы помещают в сосуд и нагружают, а затем заливают водой. Вымачивание образцов проводят в течение 48 часов (2 дня) в воде с температурой 20°С . По истечении этого времени образцы извлекают из воды , протирают тканью, одну половину образцов подвергают обмеру и испытаниям, а другую высушивают при нормальной температуре до достижения начальной влажности, а затем так-же испытывают. 

    Если по результатам испытаний образцов в мокром виде после вымачивания группа водостойкости оценивается как низкая, то испытания прекращают.

   Кипячение образцов проводят в течение 3 часов. После кипячения образцы охлаждают в течение 30 мин в проточной воде температурой 20°С. Охлаждённые образцы извлекают из воды, протирают, одну часть подвергают испытаниям, а вторую часть снова высушивают до начальной влажности и тоже испытывают.

 

Европейские нормы EN

    С европейскими нормами всё сложнее. Бесплатно их изучить не представляется возможным, а их платные версии стоят от 130 евро. Вот названия тех стандартов, которые имеют тношение к конструкционным клеям для дерева:

  • EN 301 Клеи фенольные и аминополимерные для несущих деревянных конструкций.Классификация и требования к эксплуатационным характеристикам.

   Стандарт устанавливает классификацию для фенольных и аминопластовых клеящих систем согласно их пригодности для использования для несущих деревянных конструкций в определенных климатических условиях, а также конкретные эксплуатационные требования для таких клеящих систем для производства только несущих деревянных конструкций. Эксплуатационные требования стандарта применяются только к клеящим системам, а не к конструкции. Стандарт в основном не покрывает эксплуатационные качества клеящих систем для производства деревянных плит. Стандарт главным образом предназначается для применения производителями клеящих систем и для применения в деревянных конструкциях, соединенных клеящим веществом, чтобы оценить или контролировать качество клеящих систем. Стандарт определяет только эксплутационные характеристики клеящих систем для применения в среде, соответствующей определенным условиям. Такая клеящая система, отвечающая требованиям стандарта, пригодна для применения в несущих конструкциях при условии, что процесс соединения был выполнен согласно стандарту соответствующего продукта.

  • EN 391 Лесоматериалы многослойные клееные. Испытание на расслоение клеевых швов.

  • EN 392 Лесоматериалы многослойные клееные. Испытание на сдвиг клеевых швов.

  • DIN 68141

  • DIN EN 14080 2013-09 Деревянные конструкции. Клееный брус и клееный массив древесины. Требования.

НЕКОНСТРУКЦИОННЫЕ КЛЕИ

 

Европейский стандарт DIN EN
  • DIN EN 204 - Классификация термопластичных клеев для древесины для применения не в производстве конструкционного силового бруса: DIN EN204-2001. – Введ. 01.05.2001. – CEN, 2001. – 5 c.

  • DIN EN 205 - Клеи. Клеи неконструкционные для дерева. Определение прочности склеивания продольных склеек испытанием на разрыв: DIN EN 205−2003. –Введ. 21.11.2002. – CEN, 2003. – 10 c.

Классификация клеев для древесины применительно к изготовлению ненесущихклееных конструкций определяется стандартом DIN EN 204. Этот стандарт разработан институтом оконных технологий (IFT, г.Розенхайм, Германия) и утвержден Европейским комитетом по стандартизации (CEN). В нем обобщены нашедшие всеобщее признание технические правила, обязательные к применению при изготовлении клееных конструкций для обеспечения их функциональной пригодности. В стандарте классифицированы клеи для древесины на основе термопластичных смол по классам стойкости от D1 до D4, прочность склеивания измеряется как в сухих, так и вовлажных условиях.

   Клеи, прошедшие тестирование, пригодны для изготовления из древесины или бревенчатых изделий мебели и клееных конструкций для эксплуатации внутри помещений, панельной обшивки, дверей, окон, ступенек лестниц и т.д.

   Термопластичные смолы определяются стандартом EN 923 как полимер или сополимер, сертифицируются по нагреву и прочности при охлаждении. По оптимальным условиям эксплуатации выделяют 4 класса клеев:

  • D1 - внутри помещения, где содержание влаги в древесине не превышает 15%.

  • D2 - внутри помещения, с краткосрочным воздействием текущей или конденсированной воды и/или редким воздействием высокой влажности с условием повышения влажности древесины не более 18%.

  • D3 - внутри помещения, с краткосрочным воздействием текущей или конденсированной воды и/или долговременным воздействием высокой влажности. Изделия не эксплуатируются снаружи помещений.

  • D4 - внутри помещения, с краткосрочным воздействием текущей или конденсированной воды и/или долговременным воздействием высокой влажности. Изделия эксплуатируются снаружи помещений, но с соответствующей защитой поверхности.

  Склеенные образцы испытываются в соответствии со стандартом DIN EN 205, определяющим методы и способы испытаний, а также порядок подготовки и размеры образцов. Минимальные значения прочности клеевых соединений для определения соответствующего класса стойкости, условия и порядок выдержки образцов нормируются по видам и продолжительности испытаний.

  • D1 

    • 7 дней в нормальном климате прочность (R) не менее 10 Н//мм²;

  • D2

    • 7 дней в нормальном климате = R ≥ 10 Н//мм²;

    • 7 дней в нормальном климате + 3 часа в холодной воде + 7 дней в нормальном климате = R ≥  8 Н//мм²;

  • D3 

    • 7 дней в нормальном климате = R ≥ 10 Н//мм²;

    • 7 дней в нормальном климате + 4 дня в холодной воде = R ≥  2 Н//мм²;

    • 7 дней в нормальном климате + 4 дня в холодной воде + 7 дней в нормальном климате = R ≥  6 Н//мм²;

    • 7 дней в нормальном климате + 6 часов в кипящей воде + 2 часа в холодной воде = R ≥  4 Н//мм²;

  • D4

    • 7 дней в нормальном климате = R ≥ 10 Н//мм²;

    • 7 дней в нормальном климате + 4 дня в холодной воде = R ≥  4 Н//мм²;

    • 7 дней в нормальном климате + 6 часов в кипящей воде + 2 часа в холодной воде = R ≥  4 Н//мм²;

    • 7 дней в нормальном климате + 6 часов в кипящей воде + 2 часа в холодной воде + 7 дней в нормальном климате = R ≥  8 Н//мм²;

ГОСТ

   Отечественные нормы на клей для ненесущих конструкций описаны всё в том же ГОСТе 33121, причём даже в том же пункте 6.9, что и требования к клеям для несущих конструкций. В отличие от конструкционных клеёв клеи, применяемые для изготовления ненесущих конструкций (погонаж и т.д.) в зависимости от степени водостойкости клеевых соединений подразделяют на четыре группы ( почти как в DIN EN 204). Метод испытаний точно такой-же, как и для конструкционных клеёв. Сводные характеристики по прочности представлены в табличке:

   Итак, различия по ГОСТам между клеями для несущих конструкций и ненесущих в области водостойкости таковы (берём наилучшие показатели для обеих групп клеёв):

  • при вымачивании образца в воде в течении двух суток или кипячении в течение 3-х часов:

    • первые сохраняют прочность от 5,4 МПа,  вторые - от 3,2 МПа;

  • после высушивания до изначальной влажности:

    • первые имеют прочность от 8,1 МПа,  вторые - от 4,3 МПа.

Адекватной корреляции с европейской системой классификации не получается из за того, что по EN 205 вымачивают и кипятят образцы почти вдвое дольше. 

 

Однако...

   В контексте сравнительных испытаний и для общего развития мне попались в свободном доступе парочка документов, посвящённых исследованию прочности клеевых соединений на основе ПВА дисперсий отечественных клеёв в сравнении с немецкими и финскими. Мне было любопытно их почитать - приходит ясное понимание, какой клей всё-же лучше ))

 

Нагрузки на клеевой шов

     Какие нагрузки на клеевой шов возникают в двутавровых балках? Конечно, тут без расчёттов не обойтись, но для того написан калькулятор, а для особого удовольствия можно всё высчитать вручную по методике.

      Проверка прочности по клеевому шву между поясами и стенкой проверяется по формуле:

Q * Sпр.ст / (Iпр.ст * (hпаз*2+bст)) ≤ Rск.ст

где Rск.ст - прочность материала стенки на скалывание.

Для фанеры это 0,8 МПа, для ОSB-3 по одним источникам - 1 МПа, по другим - 0,16 МПа. После применения коэффициентов условий эксплуатации остаётся в лучшем случае 0,85 МПа. Т.е. клей, который сможет выдерживать нагрузку более 1 МПа будет прочнее материала стенки на скалывание.  Вывод напрашивается сам собой...

 

Не хочу рекламировать здесь какой-бы то ни было клей, но для себя я сделал выбор в пользу вот этого полиуретанового клея (картинка слева).  

Спасибо всем, кто помогает проекту! Любая ваша помощь значима!

Российский руб.

© 2015 «Project - House».  

Сайт Дмитрия Петрова