Рекомендации по контролю качества клеевых соединений деревянных строительных конструкций и деталей

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ    НОВОСИБИРСКИЙ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ    ИНСТИТУТ

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ    им.    В.    В.    КУЙБЫШЕВА

им. В. А. КУЧЕРЕНКО ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

по контролю качества клеевых соединений деревянных строительных конструкций и деталей

МОСКВА—1971

В Рекомендациях излагаются методы контроля качества клеевых соединений строительных изделий и конструкций из древесины. Приведены требования к отбору (изготовлению) образцов для испытаний, описаны методы определения прочности клеевых соединений при различных способах приложения нагрузки (скалывании, раскалывании, изгибе, растяжении), указаны режимы их выдерживания и термовлагообработ-ки. Даны нормативные показатели прочности клеевых соединений после их изготовления (в состоянии поставки) и после контрольной термо-влагообработки.

Рассматриваются неразрушающие методы контроля качества клеевых соединений.

Рекомендации составлены в развитие действующих нормативных документов по проектированию и изготовлению клееных деревянных конструкций и строительных изделий. Они предназначены для работников лабораторий деревообрабатывающих предприятий, строительных, проектных и научно-исследовательских организаций.

цы нагружают с постоянной скоростью приложения нагрузки (400± 100 кгс/мин) до разрушения.

Предел прочности при скалывании по клеевому слою образцов изделий из досок и брусков (см. рис. 1, а) подсчитывают с точностью до 1 кгс/см¹ по формуле

__    2 Р

^Т    (&—1,42/)* *

где Р —■ разрушающая нагрузка в кгс;

Ь — ширина образца, равная 2,5 см;

i — ширина прорезей в см.

Предел прочности (временное сопротивление) при скалывании по клеевому слою образцов строительной фанеры² (см. рис. 1, б) подсчитывают с точностью до 1 кгс/см² по формуле

₌__3Р__

¹⁼ -И-г) '

где Р.....разрушающая нагрузка в кгс;

b - ширина образца, равная 2 см;

S — толщина фанеры в см;

п — число слоев.

Результаты испытаний фиксируются в журнале № 1 (см. приложение 1).

3.3. Для проведения испытаний на скалывание при сжатии¹ требуется дополнительное приспособление согласно рис. 2.

Заготовку для образцов склеивают специально или выпиливают из готовой продукции в виде прямоугольной призмы, размеры которой указаны на рис. 3. Длину L выбирают в зависимости от принятого числа образцов, а толщину — соответственно толщине склеенных элементов, но не более 20 мм.

Форма и размеры образцов указаны на рис. 4, а, б. У каждого образца измеряют площадь клеевого шва (bxl). Образец устанавливают в приспособлении так, чтобы его длинная часть плотно прилегала к опорной стенке приспособления, а короткая — к поверхности подвижной опоры, перемещаемой прижимным винтом. За-

жимать опоры и образец прижимным винтом не допускается.

Приспособление с образцом ставят на опорную плиту машины так, чтобы верхняя торцовая поверхность длинной части образца находилась точно под нажимным приспособлением машины.

Перемещение нагружающей головки машины производят со скоростью приложения нагрузки 400± ± 100 кгс/мин на весь образец. Допускается испытание в машинах с механическим приводом при скорости движения головки 4 мм/мин.

Предел прочности клеевого соединения т вычисляют с точностью до 1 кгс/см³ по формуле

Р

где Р — разрушающая нагрузка в кгс\ b — толщина образца в см;

I — длина клеевого шва в см.

Результаты испытаний записывают в журнал (см. приложение 2).

Двустороннее раскалывание

3.4. Для проведения испытаний по двустороннему раскалыванию (при склеивании элементов на гладкую фугу⁴) необходимы дополнительно два клина, изготовленных из стали 40 по ГОСТ 1050-57 (рис. 5).

Заготовку выпиливают в виде прямоугольной призмы с центральным расположением клеевого шва. Толщина заготовки h должна быть равна толщине склеенных элементов, но не более 20 мм, ширина 50 мм и длина не менее 130 мм. При меньшей ширине заготовки должны приклеиваться дополнительные планки.

Из заготовки выпиливают 3 образца по форме и размерам, указанным на рис. 6, из которых крайние являются контрольными, а средний основным. Пропилы в образцах делают пилой, обеспечивающей закругление дна пропила.

Образец устанавливают в испытательную машину между двумя клиньями, острые углы которых входят в пропилы образца. Верхний клин крепится жестко к на-

а)    ff)    в)

гружающей головке машины, а нижний устанавливается свободно на шаровую опору.

Образцы испытывают при перемещении нагружающей головки машины со скоростью 10—50 мм/мин.

По результатам испытаний трех образцов определяют относительную прочность клеевого соединения (Л) с точностью до 1% по формуле

Л =-—— 100,

Рг + Рз

где Р2 — разрушающая нагрузка основного образца в кгс\

Р\ и Р₃—разрушающие нагрузки контрольных образцов в кгс.

Результаты испытаний записывают в журнал (см. приложение 3).

3.5. Для количественной оценки прочности клеевого соединения вычисляют предел прочности а в кгс/см² по формуле 2*

где 3,73 — постоянный коэффициент, учитывающий разложение сил при действии клина;

/ — длина клеевого шва в см\ h — толщина образца в см.

Журнал для записи испытаний при количественной оценке прочности клеевого соединения аналогичен журналу (см. приложение 2).

Отрыв планок паркетных досок и щитов от основания

3.6. Для проведения испытаний ⁵ необходимо дополнительное приспособление для испытаний согласно рис. 7.

Рис. 7. Приспособление для испытании на отрыв планок паркетных досок от основания /—опорная планка; 2—вилка

Прочность клеевого соединения проверяют на образцах, вырезанных из изделия по форме и размерам, указанным на рис. 8.

Пропилы на глубину планки лицевого покрытия

Приспособление с образцом помещают на опорную площадку испытательной машины (рис. 9) и производят перемещение нагружающей головки с постоянной скоростью 8—10 мм/мин до разрушения образца.

Предел прочности вычисляют с точностью до 1 кгс/см² по формуле

где Р — разрушающая нагрузка в кгс\ В — ширина паркетной доски в см\

b — ширина площадки отрыва и паркетной планки, равная 2,5 см\

D —диаметр отверстия, равный 1,6 см.

Результаты испытаний записывают в журнал (см. приложение 4).

Статический изгиб (для соединений на зубчатый шип и на ус)

3.7. Заготовку выпиливают в виде прямоугольной призмы с клеевым соединением в середине заготовки '. Толщина заготовки h и ширина b должны быть равны толщине склеенных элементов, но не более 20 мм. Длина заготовки должна быть не менее 45 h. При меньшей длине заготовки размер поперечного сечения должен быть соответственно уменьшен.

Из заготовки выпиливают 3 образца длиной 15 /г, из которых крайние являются контрольными, а средний — основным с клеевым соединением на середине длины.

Испытания образцов производят по схеме, указанной на рис. 10, а, б, в.

Испытание основного образца производят при вертикальном или горизонтальном направлении шипов или уса (в зависимости от направления изгибающей нагрузки, действующей на конструкцию или изделие). Контрольные образцы нагружают в той же плоскости, что и основной.

Образцы испытывают при скорости перемещения нагружающей головки машины 10 мм/мин.

По результатам испытания трех образцов определяют относительную прочность клеевого соединения А с точностью до 0,1% по формуле

А =-^-100,

Рх + Яз

где Р2 — разрушающая нагрузка основного образца в кге;

Pi и Рз — разрушающие нагрузки контрольных образцов в кгс.

Результаты испытаний записывают в журнал (см. приложение 5). ⁶

Испытания угловых шиповых соединений

3.9. Для испытания требуется приспособление с шарнирными опорами '. Образцы для испытаний изготавливают в форме угольников со сторонами длиной 250 мм. В процессе испытаний угольники центрируются в шарнирных опорах и подвергаются сжатию

Л-А

(рис. 11). Нагрузка прилагается равномерно со средней скоростью 1250±250 кгс/мин.

Предел прочности о вычисляют с точностью до 1 кгс/см^{7 8} по формуле

Р

где Р — разрушающая нагрузка при разрушении образца в кгс;

В — габаритная ширина бруска в см;

S₀ — габаритная толщина бруска в см.

Результаты испытаний фиксируются в журнале (см. приложение 6).

4. НЕРЛЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

(раздел составлен канд. техн. наук А. И. Горбуновым)

4.1. Неразрушающий контроль используется для определения непроклеев. Неразрушающему контролю

подлежат золы клееных конструкций, в которых появление дефектов особенно опасно. Зоны обязательного контроля и размеры допустимых дефектов принимаются согласно нормативным документам.

Рис. 12. Возможные варианты контроля теневым методом о - звуковая тень превышает размер льезопластннки приемной искательной головки; б—звуковая тень частично закрывает пьезопластинку приемной искательной головки; о —звуковая тень не доходит до пьезопластинки искательной головки; /—излучающая искательная головка; 2—контролируемый элемент; 3- приемная искательная голорка

Для контроля деревянных конструкций перспективны эхо и теневой ультразвуковой методы. Первый метод в настоящее время исследован недостаточно, поэтому пока рекомендуется для использования только второй метод — теневой.

4.2. Теневой метод основан на том, что воздушные прослойки, имеющиеся в непроклеях, не пропускают ультразвуковые волны, в связи с чем за ними образуется звуковая тень.

Контроль проводится с помощью двух установленных соосно искательных головок (рис. 12). В зависимости от размеров и положения непроклеев возможны следующие случаи:

а) звуковая тень превышает размер пьезопластиики приемной искательной головки или ее звукопроводиой

зоны (рис. 12, а), что сопровождается полным исчезновением сигналов;

б)    звуковая тень частично закрывает пьезопластинку приемной искательной головки или ее звукопроводную зону (рис. 12,6), что сопровождается ослаблением принимаемых сигналов;

в)    звуковая тень из-за дифракции не доходит до пьезопластинки приемной искательной головки (рис. 12, б), что сопровождается некоторым ослаблением сигналов.

Рекомендуется режим работы, соответствующий случаю «а». В случаях «б» и «в» дефекты могут выявить только операторы высокой квалификации.

При определении размеров дефектов учитывается дифракция волн. Размеры тени равны размерам дефекта на расстоянии, меньшем

где d — диаметр дефекта в мм;

\ — длина волны ультразвука в материале элемента со стороны приемной головки.

Далее размер тени уменьшается

&т — d — 2(11 — /_д) tg у>

где Д_т — диаметр тени в мм;

Н — расстояние от дефекта до точки приема в мм; у — угол расхождения ультразвуковых волн: у =

= 1,22 — .

d

4.3. Для повышения разрешающей способности рекомендуется добавление к приемной искательной головке звукопроводной насадки в виде шарового сегмента. Так как это сопровождается уменьшением «засвечиваемой» зоны пьезопластинки, необходим соответствующий запас чувствительности.

Определение по высоте сечения элемента клеевого шва, в котором находится дефект, производят путем прозвучивания под различными углами (рис. 13). Путь ультразвукового луча предварительно рассчитывают:

Оп __ Ь_с

sin а_п    sin    а_с    sin

а_с, Ь_с — скорость продольных и поперечных ультразвуковых волн в древесине;

РЕКОМЕНДАЦИИ

по контролю качества клеевых соединений деревянных строительных конструкций и деталей

ПРЕДИСЛОВИЕ

В современном строительстве находят все более широкое применение различные клееные конструкции и изделия из древесины. Важнейшим вопросом использования их является долговечность (эксплуатационная стойкость), которая должна быть соизмерима с общей долговечностью зданий и сооружений, где эти изделия применимы. Долговечность клееных деревянных конструкций и изделий зависит от множества факторов: эксплуатационных, технологических, конструкционных и др. В частности, можно указать, что долговечность клееных изделий в одних случаях определяется долговечностью древесины (стойкостью к загниванию, растрескиванию), а в других — долговечностью клеевых соединений.

Контроль качества клеевых соединений довольно многообразен; он может осуществляться путем испытаний малых образцов, изготовленных одновременно с изделием при одинаковых условиях склеивания или выпиленных из готовых изделий, либо проверкой прочности всего изделия при его нагружении и т. д. Может применяться также и контроль без разрушения изделий (дефектоскопия).

В Рекомендациях излагаются главным образом вопросы контроля, осуществляемого испытанием малых образцов, изготовленных одновременно с изделием или выпиленных из готового изделия.

Описаны основные типы образцов, при помощи которых можно контролировать клеевые соединения практически во всех строительных конструкциях и деталях Зак. 1885    1

a_n — скорость продольных ультразвуковых волн в призме; ct_n, etc, Рс — углы падения продольной волны, преломления продольной волны и преломления поперечной волны соответственно.

Рис. 13. Схема определения теневым методом положения дефектов по высоте соединений / излучающая искательная головка; 2 контролируемый элемент; 3— призма; 4— приемная искательная головка

Ввод и прием ультразвуковых волн в изделиях при работе обычными искательными головками производят через слой контактной смазки или эластичные непористые прокладки, при использовании головок с мягким донышком ⁹ допустим сухой контакт. В качестве контактной смазки применяют воду, минеральные и технические масла, пластилин и другие жидкие или консистентные вещества.

4.4. Выбор оптимальных условий работы и проверку аппаратуры осуществляют по эталонам качественных и дефектных соединений. Частоту прозвучивания желательно принимать наиболее высокой, при которой еще достаточна чувствительность приборов и не наблюдается заметная структурная реверберация.

как для контроля начальной прочности клеевых соеди* нений (непосредственно на заводе-изготовителе), так и для контроля прочности на разных стадиях эксплуатации изделий. Наряду с этим в Рекомендациях значительное место отведено проведению ускоренных испытаний с целью прогнозирования поведения клеевых соединений в процессе эксплуатации изделий. Это прогнозирование, несмотря на значительную условность, позволяет решать многие вопросы при конструировании клееных изделий, выборе клеев, определении параметров склеивания и т. д. Для указанных испытаний ввиду сложности их проведения используется ограниченное число видов образцов, главным образом образцы для проверки прочности при скалывании вдоль волокон. Основой контроля является довольно жесткая термо-влагообработка образцов, режим которой устанавливается в зависимости от эксплуатационных требований и свойств клеев. Окончательное суждение о качестве соединений делается после механических испытаний образцов на прочность, осмотра клеевых швов и статистической обработки результатов испытаний. Последняя является необходимым элементом контроля качества.

Применение единых методов контроля создает благоприятные условия для сравнения результатов исследовательских работ, испытания новых видов продукции, разработки стандартных методов испытаний. Это должно способствовать улучшению качества клееных изделий.

Настоящие Рекомендации составлены в развитие глав Строительных норм и правил (СНиП) I-B. 13-62 «Лесные материалы, изделия и конструкции из древесины» и III-B.7-69 «Деревянные конструкции. Правила производства и приемки работ» в результате обобщения научно-исследовательских работ, проведенных Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций (ЦНИИСК им. Кучеренко), Новосибирским инженерно-строительным институтом (НИСИ им. Куйбышева), Центральным научно-исследовательским институтом механической обработки древесины (ЦНИИМОД) и другими организациями.

Рекомендации составлены сотрудниками ЦНИИСК (канд. техн. наук Л. М. Ковальчуком, инж. И. П. Преображенской) и НИСИ (д-ром техн. наук В. М. Хруле-вым) под общей редакцией д-ра техн. наук проф. Ю. М. Иванова.

1.1.    Настоящие Рекомендации распространяются на испытания образцов клеевых соединений деревянных строительных конструкций и деталей, склеенных синтетическими клеями.

1.2.    Рекомендации могут быть использованы при:

проверке клеящей способности различных клеев;

контроле прочности клеевых соединений при разработке режимов склеивания;

проверке прочности клеевых соединений готовых конструкций и деталей;

оценке прочности клеевых соединений конструкций и деталей, подвергающихся различным температурновлажностным воздействиям.

1.3.    Заводской контроль клееной продукции предусматривает испытание образцов, изготовленных одновременно с изделием при одинаковых условиях склеивания (текущий контроль), или же испытание образцов, вырезанных из готового изделия, отобранного от выпускаемой партии продукции (приемочные испытания).

1.4.    Предлагаемые методы испытаний могут быть использованы при проведении научно-исследовательских работ, для контроля технологического процесса склеивания в заводских условиях и проверки качества клееных изделий.

2. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИСПЫТАНИЯМ И ОТБОР ОБРАЗЦОВ

2.1. Для испытаний клеевых соединений отбирают изделия от каждой партии, считая за партию продукцию одной смены или одного рабочего дня. В партию входят изделия одинакового вида и размера, изготовленные на одном и том же клее при установленном режиме склеивания с использованием клея, приготовленного по одной и той же рецептуре.

При отборе все элементы клееных конструкций и клееные строительные детали осматривают поштучно для обнаружения видимых дефектов склеивания. Изделия, не удовлетворяющие по внешнему виду требованиям государственных стандартов, инструкций и технических условий, установленных на эти изделия, бракуются. Количество изделий для испытаний указывает-

ся в соответствующих стандартах или технических условиях. На период освоения каждого нового вида клееных конструкций следует испытывать не менее 1% продукции из каждой партии.

2.2.    Испытание клеевых соединений фанеры и клееных заготовок производится потребителем после получения продукции от завода-поставщика *.

Для испытания от полученной партии фанерной продукции отбирают до 3% изделий, но не более 10 шт. По внешнему виду отобранные изделия должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов. Если при осмотре обнаружится более 5% продукции, не соответствующей требованиям стандартов, то вся поставленная партия бракуется. При проверке качества склеивания элементов несущих конструкций после проведения испытаний отдельных балок, блоков и т. п. до разрушения рекомендуется использовать оставшиеся после разрушения части конструкции, вырезая из менее напряженных в процессе нагружения частей образцы для соответствующих испытаний.

2.3.    Для изготовления образцов из готовых изделий вырезают заготовки, выбирая участки изделия без пороков древесины или видимых технологических дефектов, и сострагивают слои досок или брусков до требуемой толщины. Полученные заготовки раскраивают на образцы, необходимые для данного вида испытаний. До начала испытаний все образцы маркируются. Форма и размеры образцов для каждого вида испытаний приведены в разделе 3.

При контроле технологического процесса склеивания в заводских условиях производят склеивание специальных заготовок, из которых изготавливают образцы для испытаний. Склеивание заготовок проводят в соответствии с принятой для данного вида продукции технологией.

2.4 Размеры образцов измеряют с точностью до 0.1 мм. Отклонения от номинальных размеров образца допускаются не более ±0,5 мм. Если толщина образца равна толщине изделия, например фанеры, то отклоне- ¹⁰

ние не должно превосходить величины, допускаемой соответствующими стандартами на фанеру.

Отклонение размеров образца по длине, превышающей 100 мм, допускается ±1 мм.

2.5. Для проведения механических испытаний необходимо иметь:

испытательную машину («Амслер», ГЗИП, ЗИМ, «Шоппер», PC-250, PC-500, Р-5 и др.) с точностью измерения величины нагрузки до 1%;

штангенциркуль по ГОСТ 106-63 с точностью измерения до 0,1 мм.

Для отдельных видов испытаний необходимы дополнительные приспособления (они указываются конкретно для каждого вида испытания).

Проверку правильности показаний машин и приборов производят в соответствии с требованиями ГОСТ 11484-65.

2.6. Число испытываемых образцов указывается в соответствующих ГОСТах или технических условиях на клееную продукцию. Обычно при текущем контроле заводской продукции испытывают 5—10 образцов, для которых определяется средний арифметический показатель прочности.

При проведении исследовательских работ количество образцов определяется заданным показателем точности данных испытаний и вычисляется по формуле

J/2,2

п =-.

рг

При этом должны быть вычислены следующие величины:

а) среднее арифметическое

б)    среднее квадратичное отклонение

а-±|/

у    п    —    1

в)    средняя ошибка среднего арифметического

г) вариационный коэффициент в %

д) показатель точности в %

Р = —~ 100.

М

В формулах приняты следующие обозначения:

Xi — величина отдельного наблюдения; t — показатель достоверности.

Образцы, имеющие прочность ниже требуемой по настоящим Рекомендациям, в случае если разрушение произошло на 100% по древесине, в расчет не принимаются.

Количество бракуемых по этой причине образцов не должно превышать 25%. При большем количестве отбракованных образцов производится повторное испытание.

2.7. Температура в помещении, где производятся испытания, должна быть 18—20° С, относительная влажность воздуха 65—80%. Влажность образцов при испытании в сухом виде должна быть в пределах 10 ± 2 %.

3. МЕТОДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ Скалывание вдоль волокон

3.1.    Скалывание клееных образцов вдоль волокон древесины производится двумя методами: при сжатии или растяжении. При этом используются образцы, форма и размеры которых позволяют обеспечить быстрое воздействие влаги и температуры на клеевой шов при термовлагообработке (рис. 1—4).

Параллельно с испытаниями клееных образцов предусматриваются испытания цельнодеревянных образцов той же породы древесины и с такими же физико-механическими свойствами, форма и размеры которых соответствуют указанным на рис. 1 и 4 (дополнительный контроль).

3.2.    При -испытании методом растяжения ¹¹ порядок изготовления образцов следующий. Специально склеен-

Рис. 4. Образцы для испытания клеевых соединений на скалывание вдоль волокон при сжатии а—для дощатых изделий; б—для соединения древесина—фанера

ные или вырезанные из клееных изделий парные заготовки сострагивают с двух сторон так, чтобы общая толщина не превышала 10 мм, а толщина каждого отдельного слоя была 5 мм. Далее раскраивают заготовки на образцы; при этом волокна древесины должны быть параллельны продольным кромкам образца.

Прорези делаются на полную толщину слоя древесины до клеевого слоя точно под углом 45° к кромкам образца. На достаточность глубины прорези указывает появление просвета в центре образца, обнажение и прорезание (но не более чем на 0,5 мм) клеевого слоя.

Образцы (см. рис. 1, а, б) устанавливают в машине так, чтобы зажимные губки заходили на 30—40 мм с каждой стороны образца, оставляя незащемлениой длину не менее трехкратной ширины образца. Образ-8

1

   По ГОСТ 15613-70 «Древесина клееная. Метод испытания клеевого соединения на скалывание вдоль волокон».

2

   Приемные испытания фанеры па заводах-нзготовителях проводятся по ГОСТ 9624-61. «Древесина слоистая клееная. Метод определения прочности при скалывании».

3

на раскалывание соединения элементов на гладкую фугу».

4

По ГОСТ 14348-69 «Древесина клееная. Метод испытания

5

ГОСТ 862-69 «Изделия деревянные для паркетных покрытий».

6

По ГОСТ 14349-69 «Древесина клееная. Метод испытания на статическим изгиб элементов на зубчатый шип».

7

Проект ГОСТ 475-70 «Окна и двери деревянные. Технические

8

требования».

9

В искательной головке устанавливается тонкая полимерная пленка, а полость между последней и пьезопластинкой заполняется маслом.

10

В соответствии с действующими стандартами завод-поставщик сам проводит контрольные испытания клеевых соединений па водостойкость. Однако эти испытания не предусматривают использование фанеры и плит в строительных конструкциях и деталях, а установленные нормы при испытании на водостойкость не отвечают требованиям строительства.

11

Согласно «Инструкции по контролю качества клеевых соединений в деревянных конструкциях и строительных деталях». Строй-издат, 1964.