Файл: Хрулев, В. М. Огнестойкость конструкций из дерева и пластмасс.pdf

32

кости карбамидных' клеев достигают модификацией их меламином или резорцином. Клеевые соединения древесины на модифицированном карбамидном клее сохраняют свою прочность после трех часов кипяче­ ния, в то время как соединения на обычном карба­ мидном клее не выдерживают 3—5, минут такой об­ работки.

При 300°С карбамидный клей теряет в весе 47%, при этой же температуре клей КБ-3 теряет только 8% веса. Таким образом, клей КБ-3, по данным ТГА, наиболее термостабилен. Для сравнения: при 300°С вес клея ФР-12 уменьшается на 16%, эпоксидного на 19%. Это подтверждает известные данные о повы­ шенной термостойкости фенольных смол по сравне­ нию с экпосидными. При дальнейшем нагревании разница в показателях термостойкости клея КБ-3 и других клеев возрастает. В настоящее время извест­ ны композиции на основе фейолоальдегидных поли­ меров с добавками фосфорсодержащих солей, обла­ дающих еще более высокой термостойкостью и при­ годных для склеивания антипирированной древесины.

При температуре выше 300°С появляются интен­ сивные пики ДТА, свидетельствующие об активном термораспаде клеев с выделением значительного ко­ личества энергии.

Достаточно высокой термостойкостью обладают резорциновый ФР-12 и алкилрезорциновые клеи ФР-50 и ФР-100, а также композиции резорциновых клеев с антипирирующими добавками. Потеря веса при температуре 300°С у клея ФР-50 на 7— 10% ни­ же, чем у клея ФР-100. Интенсивная термодеструк­ ция резорциновых клеев происходит при температуре

400°С.

Термические свойства клеев с добавками антипи­ ренов существенно не отличаются от клеев без доба­ вок. Результаты испытаний позволяют заключить, что термоустойчивость клеев для древесины изменяется в широком интервале температур. Сопоставление ре­ зультатов ТГА и ДТА анализа клеев С результатами механических испытаний клеевых соединений при различной температуре позволяет выявить возмож­ ность применения клеев в различных температурных условиях. Оценка термоустойчивости клеев должна

производиться с учетом внутренних напряжений, воз­ никающих на границе клей — древесина. Также необ­ ходимо учитывать, что при длительном действии тем­ ператур от 100 до 300°С в клеях происходит термо­ окислительная деструкция, влияющая на прояность и долговечность клеевых соединений. Поэтому данные термоанализа клеев можно рассмотреть лишь в ком­ плексе с данными других тепловых испытаний клеев и клеевых соединений.

ПОВЕДЕНИЕ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ И В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА

-• Огнестойкость конструкций часто определяется поведением соединений ее отдельных элементов при пожаре. Разрушение мест соединения может повлечь обрушение всей конструкции. При высокой темпера­ туре клеевые соединения теряют значительную часть прочности, что подтверждается многочисленными ис­ пытаниями. Представляют интерес данные сравни­ тельных испытаний клеевых соединений древесины на фенольном КБ-3 и казеиноцементном клеях. Кле­ евые соединения испытывали при 20, 50, 100, 150 и 200°С с трехкратной повторностью. Прочность кле­ евых соединений на фенольном клее при 50°С увели­ чивалась, по-видимому, за счет дальнейшего отверж­ дения клея и 'перераспределения внутренних напря­ жений. Пр^и нагревании до 60°С и выше наблюдается снижение прочности. Испытания показали, что огнег стойкость казеиноцементного клея может быть выше по сравнению с фенолоальдегидным.

При 200°С клеевые швы на фенолоальдегидном клее сохранили 20% прочности, а на казеиноцементном 30%. Прочность клеевых соединений определяли на образцах с небольшим поперечным сечением, и кле­ евой шов хорошо подвергался температурному воз­ действию. В случае же испытаний массивной клееной древесины температура в сечении повышается незна­ чительно и опасности для клеевых соединений может >не представлять. В частности, разрушение нагружен­ ных клееных стоек при огневых испытаниях происхо­ дит из-за снижения площади поперечного сечения и упругих характеристик древесины.

34

1 2 0 0

Время, мин.

Рис. 4. Стандартный температурный режим огневых испытаний.

В настоящее время накоплено много данных о по­ ведении клееных материалов из древесины при повы­ шенной температуре. Например, установлено, что фа­ нера на фенолоальдегидном клее холодного отверж­ дения за 150—200 часов экспонирования при 100— !50°С снижает прочность на 30—70 %. В итоге четы­ рехгодичной выдержки при повышенной температуре деревянных образцов, склеенных резорциновым и фенолоформальдегидным клеями теплого отверждения, прочность снизилась на 50—60% от первоначальной.

Поведение клеевого соединения в массивной дре­ весине при огневом воздействии существенно отлича­ ется от условий испытаний небольших клееных об­ разцов.

В 1969 г. кафедра пожарной профилактики Выс­ шей школы МВД СССР прободила огневые испыта-

ния клееных деревянных элементов сечением 30X108 см. Испытывали образцы в течение 1; 1,5; 2 часов при средней температуре 500°С. Средняя ско­ рость обугливания составила 0,32—0,52 мм/мин.

В 1971— 1972 гг. эти эксперименты были продолже­ ны: испытывали фрагменты клееных арок с сечением 280ХП 60 мм. Клееный пакетсклеили из досок хвой­ ных пород на клее КБ-3, а затем распилили на отрез­ ки длиной 1 м. Испытания проводили в камере раз­ мером 2X2 м по стандартному режиму (рис. 4). Тем­ пературу в клееном пакете определяли термопарами, присоединенными к потенциометру.

Через 2—3 минуты древесина загорелась, через 15—20 мину(т пламя погасло, а затем горение возоб­ новилось без яркого пламени. Определение скорости

разцах. Это еще раз подтверждает возможность неко­

36

торого отверждения клея в пакете на глубине 60 мм и более.

Расчетные значения предела огнестойкости кле- ■еных арок пролетом 60 м и их фрагментов, испытанйых огневым воздействием, позволили заключить, что огнестойкость клееных конструкций при пожаре вы­ ше, чем у стальных конструкций.

Предположения о невысокой термостойкости сое­ динений на карбамидных клеях были подтверждены испытаниями Мэдисонской лаборатории лесоматери­ алов. При огневом воздействии клееный пакет, изго­ товленный с применением карбамидного клея, рас­ слаивается на отдельные доски, что приводит к уве­ личению площади распространения огня и ускоренно­ му хгоранию древесины. При этом установлено, что из состава клея выделяется азот, который, однако, не препятствует существенно распространению пламени.

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКОСТИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Обнаруженное экспериментально увеличение проч­ ности клеевых соединений при повышении температу­ ры (например, в случае фенольных клеев) позволяет считать, что в указанных случаях предел огнестойко­ сти всей конструкции повышается. Наоборот, в слу­ чаеприменения мочевиноформальдегидного клея' пре­ дел огнестойкости конструкций понижается. Следует, однако, учитывать, что термостойкость клеев зависит от способа отверждения (холодного или горячего), а также вида приложенной нагрузки, продолжительно­ сти действия температуры и пр.

В настоящее время разработаны эффективные способы повышения термостойкости клеев путем их модифицирования. Термостойкость карбамидных кле­ ев можно увеличить добавками резорцина или мела­ мина. Эти добавки действуют отверждающе, поэтому для сохранения технологических свойств клея реко­ мендуется их вводить вместе с отвердителями. Моди­ фицированные карбамидные клеи приближаются по термостойкости и водостойкости. к меламино- и фенолоформальдегидным • клеям.

37

Сравнительные испытания клееной массивной дре­

большей полнотой отверждения. Огнестойкость фенолоформальдегидных клеев повышается при введении таких наполнителей, как мелкий асбест, минеральная мука, алюминиевая пудра, минеральная вата и яр. В частности, алюминиевая • пудра повышает термостой­ кость отливок из фенолоформальдегидного клея ВИАМ-Б в 1,5 раза. Определение после 5 часов твер­ дения предела прочности на изгиб, усадки, а также минералогические исследования шлифов отливок из клея ВИАМ-Б с наполнителями показали, что при температуре 150, 175, 200, 250, 300, 400°С отливки без наполнителя имеют большую потерю веса и усадку в процессе термообработки.

Клеевые соединения, применяемые при отделке здания, по условиям пожарной безопасности должны также обладать достаточной термостойкостью. Чем надежнее клеевое крепление полов, облицовки стен и

ющего состава в вес. ч.: эпоксидная смола ЭД-5 40— 60, фосфоакрилат 40—60, пластификатор МПФ 9—20,

формальдегидных или элементоорганических полиме­ ров. В целях сохранения необходимой прочности'кле­ евого шва в условиях высоких температур в эти клеи вводят различные наполнители — порошки металлов или их окислы, минеральную муку, асбест и пр,. Для

38

термостойких элементоорганических клеев ВК-2, ВК-6 и ВК-8 наиболее подходит волокнистый наполни­ тель — измельченный асбест.

Для повышения надежности клеевых соединений в комбинированных конструкциях, особенно чувстви­ тельных к действию огня, рекомендуется постановка дополнительных металлических связей •— болтов, шу­ рупов, применение сварки и пр. Особенно это отно­ сится к тонкостенным ограждающим конструкциям, для которых температурное воздействие на клеевой шов, закрытый обшивкой, может быть значительным. С учетом этого во ВНИИПО испытали различные па­ нели покрытий и стен, в которых соединения обшив­ ки с каркасом были выполнены на клею-или на клею с металлическими дополнительными креплениями.

Панели на клееметаллических соединениях оказа­ лись более огнестойкими (в 2,5—5 раз), чем клееные панели. Испытывали панели по стандартному темпе­ ратурному режиму. Пределом огнестойкости считали момент обрушения плит, загруженных нагрузкой 100 кгс/м2. Так, предел огнестойкости панели покры­ тия с утеплением из пенопласта ПСБ и обшивкой из асбестоцемента толщиной 10 мм при соединении на клею составил 0,1 часа, а на клееметаллических сое­ динениях 0,5 часа.

Полученные результаты учитываются при проек­ тировании панельных ограждающих и несущих кон­ струкций, изготовленных с применением клея.

Глава IV. ОГНЕСТОЙКОСТЬ КЛЕЕНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ПОВЕДЕНИЕ МАССИВНЫХ КЛЕЕНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПОЖАРЕ

В настоящее время в связи с распространением клееных деревянных конструкций приобретают прак­ тическое значение вопросы их огнестойкости. Внедрейие новых конструкций спортивных, сельскохозяйст­ венных и общественных зданий часто наталкивается на трудности, связанные с требованиями пожарной

39