Без трещин и усадки

06.06.2019

Наиболее перспективным и востребованным является строительство домов из оцилиндрованных бревен. Но с их использованием есть проблемы, с которыми, к счастью, уже можно бороться. Сегодня изучим вопрос, как можно устранить поверхностные трещины и усадку оцилиндрованных бревен.

НЕ ВСЕ БРЕВНА ХОРОШИ
В настоящее время активно развивается «зеленое» строительство – вид строительства и эксплуатации зданий, воздействие которых на окружающую среду минимально. Оно активно внедряется в развитых странах мира, и в Российской Федерации в том числе. Значительную часть природного сырья могли бы заменить возобновляемые виды. Древесина как самый экологически безопасный материал, созданный природой, обладает рядом уникальных свойств, которые позволяют говорить о том, что деревянное жилье наиболее приспособлено для проживания человека:

  • такой дом имеет хорошие показатели для проживания: деревянный дом «дышит», что позволяет обеспечивать оптимальную температуру и уровень влажности воздуха, в нем сохраняется постоянный кислородный баланс;

  • благодаря выделению смол и фитонцидов древесина оказывает благоприятное воздействие на людей;

  • древесина имеет низкую теплопроводность. Это означает, что такие дома хорошо сохраняют тепло. Чем ниже теплопроводность, тем дом теплее и тем меньше затрат требуется на отопление.

Итак, древесина, обладая очень низкими показателями теплопроводности, обеспечивает снижение затрат на отопление, сохраняя в зимний период тепло внутри дома, а в летний – препятствуя его проникновению снаружи, поэтому в деревянных домах всегда соблюдается оптимальный температурный режим.

На сегодняшний день наиболее перспективной является технология деревянного домостроения из оцилиндрованных бревен

Несмотря на очевидные преимущества таких домов, существуют проблемы с использованием данного материала. При производстве оцилиндрованных бревен используется свежесрубленная древесина повышенной влажности. Сушка бревен происходит в срубе при эксплуатации дома. В результате этого появляется усадка, составляющая 5–7 % от высоты сруба. Другим важным недостатком производства домов из оцилиндрованного бревна являются трещины на его поверхности (рис. 1 а). В процессе эксплуатации в трещины попадает атмосферная влага, из-за чего продолжительность эксплуатации деревянного дома снижается.

Рис. 1 а. Трещины на поверхности бревна.jpg

Устранить появление наружных трещин путем выпиливания компенсационного паза по всей длине бревна нельзя назвать удачным решением: трещина распространяется вдоль паза, снижая при этом прочность бревна.

Кроме того, применение свежесрубленной древесины чревато загниванием древесины. Очевидно, что строительство домов из невысушенной до эксплуатационной влажности древесины должно быть запрещено.

ПРИЧИНЫ И МЕТОДЫ
Установлены причины появления трещин на поверхности бревна при его высыхании. Оцилиндрованное бревно может иметь длину 6 м и более. Процесс удаления влаги происходит в торце бревна вдоль волокон. Но учитывая большую длину бревна, можно считать, что на основной части бревна перемещение влаги происходит в радиальном направлении – от центра к периферии. При сушке вначале высыхают наружные слои. Внутренние слои из-за большой толщины бревна высыхают значительно медленнее, чем наружные.

При уменьшении влажности от начальной до 30 % усушки (уменьшения размеров) не происходит. При дальнейшем снижении влажности удаляется связанная влага, и древесина уменьшает свои размеры.

Чем быстрее испаряется влага, тем больше трещин возникнет на поверхности бревна
На сегодняшний день известны следующие способы сушки круглых лесоматериалов большого сечения:

  • использование СВЧ-установок, которые с помощью волн, действующих на центральную зону бревна, удаляют влагу через торцы;

  • использование вакуумных сушильных камер со следующим принципом работы: при интенсивном нагреве древесины в высокотемпературном процессе температура высушиваемого материала поднимается выше точки кипения воды при данном давлении и температуре окружающей древесину среды. Свободная влага внутри клеток и в межклеточных пространствах вскипает. После выкипания всей свободной влаги температура материала начинает повышаться, стремясь к температуре среды. В этот период основной причиной движения влаги является перепад влажности по толщине пиломатериала;

  • использование сушильных камер периодического действия с заданными параметрами режима сушки и применением специальной технологической обработки материала.

Эти способы довольно специфичны, дорогостоящи и энергоемки для устранения основных недостатков производства домов из оцилиндрованного бруса (трещин на поверх-ности бревна и его усадки). Поэтому был разработан принципиально новый способ сушки оцилиндрованных бревен, обеспечивающий одновременное высыхание наружных и внутренних слоев.

НАДО ПРОСВЕРЛИТЬ!
Перед сушкой в оцилиндрованных бревнах сверлятся сквозные отверстия. На рис. 2 изображена схема устройства для сверления глубоких отверстий в древесине в рабочем положении.

Рис. 2. Схема устройства для сверления глубоких отверстий в древесине в рабочем положении:
1 – оцилиндрованное бревно;
2 – режущая часть;
3 – хвостовик;
4 – сжатый воздух;
5 – отверстия в хвостовике;
6 – зазор между хвостовиком и стенкой высверленного отверстия

Рис. 2. Схема устройства для сверления глубоких отверстий в древесине в рабочем положении.jpg

Для этого используются устройство, содержащее средства для установки и неподвижного закрепления обрабатываемых бревен, и установленный с возможностью вращения и осевого перемещения режущий инструмент, включающий соосно установленные и жестко соединенные друг с другом режущую часть и хвостовик.

Перед сверлением отверстий оцилиндрованное бревно (1) устанавливают и неподвижно закрепляют с помощью соответствующих известных средств. Режущий инструмент  – составной. Он включает режущую часть (2) и хвостовик (3), соосно установленные и жестко соединенные друг с другом, например, посредством лазерной сварки.

Вращение и осевое перемещение инструмента может быть осуществлено любым известным способом. Хвостовик (3) выполнен в виде полой трубки, снабженной отверстиями (5) в зоне соединения с режущей частью  (2). В процессе сверления глубоких отверстий, например осевых отверстий оцилиндрованных бревен  (1), внутрь полой трубки хвостовика подают сжатый воз-дух  (4), который через отверстия  (5) попадает в зазор между хвостовиком и стенкой высверленного отверстия, так как диаметр хвостовика (3) меньше диаметра режущей части (2) инструмента. Смесь воздуха со стружкой удаляется из зоны резания через зазор (6) между хвостовиком и стенкой высверленного отверстия.

Наличие центрального сквозного отверстия, при значительном диаметре оцилиндрованного бревна, не влияет на его качество

Для конвективной сушки оцилиндрованных бревен с выполненным в них центральным осевым сквозным отверстием предлагается использовать устройство, содержащее калорифер, вентилятор и шланг для подвода сушильного агента от конвектора к оцилиндрованному бревну (рис. 3). Один конец шланга (6) присоединен к конвектору (3), а другой зафиксирован в центральном осевом сквозном отверстии бревна со стороны одного из торцов, причем остается свободным отверстие бревна со стороны другого торца. Калорифер (4) выполнен двухсекционным, а вентилятор (5) расположен между его секциями, с возможностью реверса для изменения направления движения потока сушильного агента. Агент сушки (воздух) нагревается в конвекторе (3) в корпусе которого установлены двухсекционный калорифер (4) и вентилятор (5), и через шланг (6) посредством вентилятора подается в отверстие (2). Проходя сквозь него, горячий воздух нагревает внутренние слои древесины и вместе с парами сохнущей древесины свободно выходит наружу.

Рис. 3. Устройство для конвективной сушки оцилиндрованных бревен:

1 – оцилиндрованное бревно;
2 – сквозное отверстие;
3 – конвектор;
4 – двухсекционный калорифер;
5 – вентилятор;
6 – шланг

Рис. 3. Устройство для конвективной сушки оцилиндрованных бревен.jpg

При этом, проходя сквозь отверстие и увлекая за собой пары древесины, выделяющиеся из нагретых внутренних слоев, горячий воздух, смешиваясь с ними, частично охлаждается и на выходе из бревна имеет несколько меньшую температуру, чем на входе. Поэтому интенсивность сушки бревна по его длине неравномерна и падает в направлении движения агента сушки.

Для достижения равномерности сушки бревна по всей длине и получения одинаковой конечной влажности всего бревна в целом процесс сушки приостанавливается, шланг  (6) одним концом переставляется в свободное отверстие на другом торце бревна, фиксируясь в нем, а другим концом соединяется с корпусом конвектора (3) с другой стороны, и за счет реверса вентилятора (5) направление движения сушильного агента осуществляется в противоположную сторону. Наружная поверхность оцилиндрованного бревна также обдувается агентом сушки.

ТАК ЛУЧШЕ И БЫСТРЕЕ
При такой сушке продольные волокна древесины центральной и периферийной части оцилиндрованного бревна высыхают и подвергаются усадке одновременно без растрескивания его поверхности. С другой стороны, благодаря наличию сквозного отверстия в геометрическом центре бревна, скорость молекулярного перемещения влаги от центра к его поверхности возрастает по сравнению с традиционными видами сушки древесины, что в целом обеспечивает сокращение сроков сушки оцилиндрованных бревен.

При применении таких бревен в качестве конструкционных материалов (например, стеновых) прочность их на изгиб в вертикальной плоскости практически не изменяется, а отверстия в бревнах можно закрыть деревянными заглушками соответствующего сечения.

Таким образом, установлено, что основной причиной образования трещин на поверхности оцилиндрованных бревен является неравномерность усушки наружных и внутренних слоев. Для предотвращения образования поверхностных трещин необходимо производить сушку оцилиндрованных бревен изнутри через сквозное внутреннее отверстие. Опережающее высыхание внутренних слоев будет препятствовать появлению наружных (поверхностных) трещин, а снижение влажности устранит усадку стен при эксплуатации деревянных домов.

Александр Лукаш, к. т. н., доцент



Оцените материал:
Читайте также в рубрике
12.09.2019
Мой дом - моя крепость
02.08.2019
Мой дом - моя крепость
11.06.2019
Мой дом - моя крепость
30.11.2018
Мой дом - моя крепость
30.11.2018
Мой дом - моя крепость
30.11.2018
Мой дом - моя крепость
30.07.2018
Мой дом - моя крепость
30.07.2018
Мой дом - моя крепость