Захист конструкцій від зволоження - Виробництво конструкцій з дерева
Обробка дерева та металу
Під дією вологи повітря, атмосферних опадів, виробничого та конденсаційного зволоження елементи дерев'яних конструкцій деформуються, а при висиханні - розтріскуються або жолобляться; в них з'являються внутрішні напруження, особливо небезпечні в клеєних конструкціях. Для захисту від зволоження дерев'яні елементи просочують гідрофобними речовинами або покривають водостійкими лаками та фарбами. Гідрофобні речовини (мінеральні олії, петролатум, сірка, парафін та ін.), заповнюючи пори та судини деревини, різко обмежують капілярне обтяження деревини, підвищують її горючість, погіршують декороване зволоження, у зв'язку з чим здатність деревини набухати. . Крім того, ці просочення ускладнюють деревину, підвищують її горючість, погіршують декоративні якості та обмежують температурний інтервал роботи виробів. Просочення гідрофобними речовинами доцільне для систематично зволожуваних виробів (опалубка, деталі градирень, конструкції гідротехнічних споруд) або схильних до впливу ґрунтової вогкості (палі, опори, частини підлоги та фундаментів).
Просочення в петролатумі зазвичай поєднується з високотемпературною сушкою дерев'яних елементів. Вона не знижує суттєво міцність деревини, але підвищує опір стирання, загнивання та дії хімічно агресивних середовищ. Дещо погіршуються адгезійні властивості просоченої деревини, проте склеювання можливе, наприклад, карбамідним клеєм. При цьому міцність склеювання на 20% нижча порівняно з непросоченою деревиною. Просочену деревину склеюють тільки холодним способом: через плавкості просочують речовин.
Розвивається промислове просочування деревини розплавом сірки. На установках, обладнаних ТЕНамі, через масляний теплоносій розігрівають сірку до 140 ... 150 ° С і занурюють у неї пакети деталей на 1,5. ..2 ч. Спочатку з деревини випаровується волога, потім розплав заповнює пори та судини. Краще просочується деревина листяних порід - берези, осики, причому для більш глибокого просочення температура розплаву на завершальній стадії знижується на 15...20 °С. Швидкість вологопоглинання просоченої на 40...50% сірої деревини знижується в 6...10 разів. Дуже ефективне просочення сіркою фанерних елементів. Їхня міцність при сколюванні зростає в 1,8...2,0 рази, при статичному вигині - в 1,6, об'ємне набухання знижується в 1,6. ..2,4 рази. Деревину, просочену сіркою, можна склеювати фенольними та резорциновими клеями. Для зниження горючості в сірку додають хлортрифенілфос-фат і оксид сурми, за рахунок цього просочену деревину відносять до групи важкозаймистих матеріалів.
Для гідрофобної обробки деревини використовують також кремнійорганічні полімери. Вони не тільки захищають деревину від зволоження, але й зменшують її займистість, що дуже цінно для дерев'яних конструкцій. При цьому деревина не втрачає здатності до склеювання та фарбування. Для просочення використовують стандартні кремнійорганічні рідини: ГКЖ-Ю, ГКЖ-94 та ін Просочення ведуть у відкритих ваннах при нормальному атмосферному тиску. Тривалість просочення 14...48 год, температура висушування 20...60 °С.
Прискорити затвердіння кремнійорганічних полімерів у деревині можна, застосувавши для реакції водний розчин пропандіа-міну. Спочатку деревину просочують цим реагентом, а потім кремнійорганічної рідиною ГКЖ-94 (поліетилгідросилоксаном). Деревина, оброблена таким чином, має тривалий водозахисний ефект. При вмісті пропандіаміну 33% від маси полімеру та температурісушіння 80 °С, тривалістю 5 год водопоглинання просоченої деревини за 20 діб удвічі менше, ніж у натуральної деревини.
Для одночасного захисту від зволоження та ураження дереворуйнівними організмами деревину просочують гідрофобними антисептиками. Більшість їх є розчинами пентахлорфенолу в легких нафтопродуктах з невеликою добавкою парафіну. Розчинник підбирають таким чином, щоб поверхня просочених деталей залишалася сухою та фарбувалася звичайними олійними фарбами. Концентрація пентахлорфенолу у розчині становить не менше 5% за масою.
Просочення гідрофобними речовинами, як зазначалося, не усуває влагопоглинання деревини, лише уповільнює цей процес. Така властивість корисна у випадках, коли на деревину діє часто і швидко змінюється вологість повітря або короткочасне зволоження та висихання. Застосування гідрофобних просочень не потребує обробки будівельних деталей під тиском. Захист можна проводити шляхом занурення деталей у розчин або шляхом поверхневого нанесення складів на деревину.
Для захисту від набухання, що викликається тривалою дією вологи, рекомендується глибоке просочення деревини речовинами, що реагують з її компонентами. Наприклад, обробка поліети-ленгліколем значно підвищує формостійкість деревини у вологій атмосфері та попереджає утворення зовнішніх та внутрішніх тріщин. При обробці висушені заготовки вимочують у 30%-ному (за масою) водному розчині поліетиленгліколю протягом 20...40 днів, потім сушать. Просочена поліетиленгліко-лем деревина набухає не більше ніж на 0,5%, тобто в 10 разів менше, ніж натуральна. Механічні властивості її знижуються незначною мірою. Просочена деревина добре стругається, шліфується, свердлиться, склеюється та фарбується.Для склеювання використовують карбамідні та фенольні клеї, а для фарбування - поліуретановий л-ак.
Ефективним способом підвищення вологостійкості та формостабільності деревини є обробка її парами оцтового ангідриду або формальдегіду (ацетилювання). Пиломатеріали перетином до 5X15 см завантажують у просочувальний циліндр і обробляють спочатку гострим паром. Потім заготовки підсушують під вакуумом, вводять оцинковий ангідрид в циліндр в неполярному розчиннику. Ацетилювання відбувається при 100...130°С і тиску 1,05 МПа протягом 8...16 год. Тривалість обробки залежить від породи і вологості деревини. Після ацетилювання циліндра видаляють залишки реагентів і знову висушують деревину під глибоким вакуумом. В результаті такої модифікуючої обробки значно обмежується здатність деревини набухати, підвищується стійкість до загнивання та ураження дерево-руйнівними комахами. На відкритому повітрі ацетильована деревина не темніє.
Комплексною захисною дією має модифікування деревини синтетичними полімерами. Заготівлі просочують мономерами або низьков'язкими олігомерами, які потім перетворюються на твердий стан (затверджуються) під дією тепла, хімічних реагентів або іонізуючих випромінювань. Відповідно розрізняють термохімічний та радіаційно-хімічний методи модифікування деревини. Для просочення використовують фенольні, карбамідні, фуранові, поліефірні, акрилові олігомери, та якщо з мономерів — стирол, метилметакрилат, акрилонитрил.
У процесі модифікації полімер не просто заповнює вільні простори в деревині, а взаємодіє із її компонентами. В результаті обмежуються або зовсім усуваються такі недоліки деревини, як набухання та усушка, короблення та розтріскування,загнивання та займання. При цьому деревина зберігає свої позитивні якості - високу міцність, тепло-і звукоізолюючу здатність, хімічну стійкість. Найбільший ефект від модифікування досягається при виборі як вихідний матеріал малоцінної листяної деревини з низькими показниками фізико-механічних властивостей. Цим визначається економічна ефективність її модифікування.
Властивості модифікованої деревини залежать ще й від особливостей модифікатора, наприклад, від хімічної будови (мономер іди олігомер) реакції затвердіння (полімеризація або поліконденсація), будови затверденого продукту (лінійне або сітчасте). Низьков'язкі мономери цінні тим, що порівняно легко проникають у порожнини клітин, а й у міжклітинні, котрий іноді міжмолекулярні простору і можуть хімічно з'єднуватися з речовинами деревини. Олігомірні сполуки мають велику молекулярну масу і відповідно збільшену в'язкість, у зв'язку з чим проникають у деревину на меншу глибину. В цьому випадку потрібне вакуумування деревини та подальший тиск при просоченні. Однак олігомери твердіють швидше, ніж мономери, з меншою витратою енергії і утворюють більш стійкі та міцні продукти затвердіння.
Властивості модифікованої деревини істотно залежать від технології модифікування, зокрема, важливі ступінь просочення деревини мономером або олігомером, спосіб та режим затвердіння, концентрація олігомеру та багато інших технологічних параметрів. При глибокому просоченні модифікована деревина набуває значної щільності і міцності, непроникності, стає хімічно і біологічно стійкою, має дуже мало водопоглинання. При неглибокому просоченні основна маса деревини достатньо зберігає своїнатуральні властивості, а в зовнішніх шарах елементів набуває, крім того, малої формозмінюваності, слабкої водопроникності, обмеженої займистості.
Високий ефект дає модифікуюче просочення фанери, наприклад, поліефірними смолами. Така фанера значно більш біостійка, малостиральна і в 4 рази міцніша, ніж необроблена фанера. Її доцільно використати для опалубки при бетонуванні. Водопоглинання та набухання модифікованої фанери нижче в 2...3 рази, твердість і жорсткість вище в 2...4 рази. Модифікація фанери захищає її від розтріскування при тривалому знаходженні на свіжому повітрі. Це одна з цінних властивостей, необхідних для конструкцій, що обгороджують, обшивок панелей, покрівельних покриттів тощо.
Для захисту конструкцій від атмосферних впливів, зволоження рекомендується також застосування різних лакофарбових покриттів: масляні фарби, оліфи, синтетичні емалі та лаки холодного та гарячого сушіння та ін. огорож, звернені у виробниче приміщення або які піддаються атмосферним впливам, рекомендується покривати пентафталевими емалями ПФ-115, ПФ-133. Це суспензії складних ефірів пента-еритриту з фталевою кислотою, модифікованих жирними кислотами рослинних олій, суміші з пігментами, наповнювачами, сикативами і розчинниками. Поставляються у готовому вигляді. Покриття на основі пентафталевих емалей атмосферостійки в умовах помірного клімату, еластичні, стійкі до температурних коливань від -40 до +50°С. Для підвищення блиску в емалі додають до 30% масою пентафталеві лаки ПФ-170 або ПФ-171. Вони також можуть використовуватись самостійно як прозорі покриття.
Швидкосохнучі перхлорвінілові емалі ХВ-110, ХВ-124, ХВ-1100 є розчином перхлорвінілової смоли в суміші органічних розчинників з додаванням інших смол, пластифікаторів і пігментів. Покриття на їх основі атмосферостійкі, міцні, еластичні, негорючі, фотостійкі, можуть експлуатуватися в діапазоні температур -40... +60°С. Для прозорого оздоблення та водозахисту може використовуватися перхлорвініловий лак ХВ-784. Емалі наносять пістолетом-розпилювачем у два шари, підсушуючи перший шар при температурі 18...20°С протягом 2 год, а другий протягом 24 год. Витрата емалей на 1 м2 поверхні становить 0,11...0,16 кг . Уретанова УР-49 і уретано-алкідна УРФ-1128 емалі утворюють на деревині глянцеві покриття, що мають високу водо- та морозостійкість. Однокомпонентна емаль УР-49 отверждается вологою повітря без додавання каталізаторів за нормальної температури. Такі ж властивості мають уретанові лаки УР-283, УР-294, що утворюють прозорі вологозахисні покриття, стійкі при експлуатації конструкцій під навісом і на відкритому повітрі.
Хорошими захисними властивостями мають фарби та емалі, наповнені алюмінієвою пудрою. Лусочки алюмінію утворюють суцільну світловідбивну поверхню, не перешкоджаючи волого-обміну та повітрообміну деревини. Ця перевага порошку доповнюється його водовідштовхувальними властивостями, відсутністю розбухання та здатністю відбивати теплові промені. Фарби, наповнені алюмінієвою пудрою, можуть застосовуватись разом з антисептичними складами, в результаті чого досягається найбільш ефективний захист деревини. Деталі, пофарбовані алюмінієвими фарбами, займаються значно важче, ніж незабарвлена деревина.
Традиційно застосовують покриття на основі штучних та натуральних оліфів, проте згодом їх захисні.властивості слабшають. Додавання до оліфів смол та пігментів підвищує стійкість покриттів. Досить довговічні покриття утворюють штучні оліфи, наприклад «оксоль», а також будь-які олійні фарби на штучному або натуральному оліфі.
У приміщеннях, де коливання відносної вологості повітря не перевищують 65...80%, для захисту конструкцій рекомендуються прозорі лакові покриття на основі алкідних та вінілових полімерів, хлоросульфированного поліетилену та хлорованого каучуку. Захисні склади являють собою розчини зазначених полімерів в органічних розчинниках —ксилолі, толуолі, сольвенті, циклогексані та ін. З-2 ... 48 год.