DREVMASH: Новая технология произвдства клееной конструкционной древесины

КЛЕЕНЫЙ БРУС
И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к строительной и деревообрабатывающей промышленности, в частности к элементам строительных деревянных конструкций, а именно к конструкциям бруса, используемых для возведения стен деревянных жилых домов и других построек, а также к способу их изготовления.
Дерево является естественным кондиционером: оно «дышит», между атмосферой и жилищем происходит постоянный тепло- и воздухообмен, что приводит в конечном результате к созданию в жилище оптимального по влажности и содержанию кислорода микроклимата.
Срубы домов из бревен и брусьев естественной влажности 60÷70% обязательно должны простоять без окон и дверей, но под крышей 2÷3 года «на ветру» для просушки и усадки.
Большая степень усадки, составляющая 8÷10% от высоты сруба, увеличивает сроки строительства (3÷4 года), делает невозможным строительство зданий высотой в 2÷3 этажа, резко снижает возможности по архитектурной выразительности зданий.
По этим причинам в последние годы постоянно увеличивается строительство домов из сухих (18÷22% влажности в центре бревна) бревен камерной сушки. Методы сушки могут быть всевозможными: конвективная, конденсационная, вакуумная электрическая, вакуумная диэлектрическая, с использованием ТВЧ или инфракрасного излучения и т.д.
Сруб из сухих бревен влажностью 18÷22% сокращает сроки строительства в 5÷6 раз, усадка сруба составляет всего 1,5÷2% от высоты сруба, что позволяет строить дома в 2÷3 этажа, появляется возможность улучшить архитектурно-строительные формы зданий и сооружений из сухого бревна.
Однако главным недостатком сухих бревен является образование на видимой поверхности бревна значительных трещин (до 10 мм) во время камерной сушки древесины, как следствие снятия внутренних напряжений в древесине. Трещины значительно ухудшают вид строения, а также ведут к увеличению потерь тепла и снижению долговечности зданий.
По этим причинам альтернативой явилось широкое применение клееных конструкций: брусьев и бревен в качестве стеновых материалов зданий и сооружений (эстетичный вид, отсутствие трещин).
Известен клеёный деревянный брус по патенту RU 2266376, содержащий, по меньшей мере, два продольных опорных выступа, продольные установочные пазы для размещения опорных выступов, аналогичных упомянутым, причем установочные пазы расположены на противоположной от опорных выступов стороне бруса. При этом брус выполнен с возможностью стыковки с аналогичным брусом и состоит из пакета склеенных между собой досок и продольных вставок с образованием нескольких пустотных камер, расположенных между параллельными досками пакета. Внутренние доски пакета выполнены с продольным шипом и продольным пазом, расположенными на узких сторонах этих досок, продольные вставки вклеены между досками пакета по их краям, при этом вставки, расположенные между крайними в пакете досками и соседними с ними внутренними досками пакета, выполнены в виде брусков с прямоугольным сечением, а другие распорные несущие элементы выполнены в виде фигурных брусков с продольным опорным выступом или установочным пазом, расположенными на внешних сторонах указанных вставок. На внешние боковые поверхности бруса наклеены декоративные элементы с криволинейной поверхностью, например, выпуклой.
Известный брус обладает высокими теплоизоляционными показателями, однако, имея довольно сложную конструкцию, не обеспечивает возможности тепло- и воздухообмена между атмосферой и жилищем за счёт наличия сплошной клеевой прослойки между декоративными элементами и боковой поверхностью центральной части уса.
Известны также клеёные оцилиндрованные брёвна, производящиеся финской фирмой Honkatalot (http://profibud.com.ua/produce.htm) и фирмой АСБ «Элит – М», Москва (http://www.elitem.ru/01klbrvn.htm). Известные клеёные бревна этих фирм содержат центральную часть, выполненную в виде бруса, образованного из нескольких частей и имеющего на противолежащих верхней и нижней поверхностях продольные установочные пазы и соответствующие им опорный выступы, и боковины, каждая из которых имеет одну продольную плоскую поверхность и одну выпуклую поверхность и соединена посредством клеевой прослойки своей плоской поверхностью с соответствующей боковой поверхностью бруса.
У этих клеёных оцилиндрованных брёвен и бруса имеются общие недостатки, главным из которых является значительное снижение (по существу – прекращение) тепло- и воздухообмена между атмосферой и жилищем за счёт наличия сплошной клеевой прослойки по всей высоте бревна как между боковинами и брусом, так и между частями бруса при выполнении его сборным.
Задачей настоящего изобретения является создание клеёного бруса, сочетающего в себе как эстетичный вид и долговечность, так и способность обеспечения постоянного тепло- и воздухообмена между атмосферой и жилищем, присущую обычным (не клеёным) круглым брёвнам. Кроме того, задачей изобретения является разработка способа изготовления такого бруса.
Указанная задача решена за счёт того, что в клеёном брусе, содержащем центральную часть, выполненную в виде бруса с пазом на обеих плоскостях, и две боковины, каждая из которых имеет одну продольную плоскую поверхность с выступом и одну плоскую поверхность и соединена посредством клеевой прослойки своей плоской поверхностью с соответствующей боковой поверхностью центральной части, клеевые прослойки соединяющие боковины с центральной частью выполнены каждая в виде двух продольных полос расположенных по обе стороны от паза прилегающих поверхностей центральной части и соответствующих по обе стороны от выступа боковин, при этом боковины представляют собой сегменты заболонной части цельного бревна.
Выполнение клеевых прослоек в виде двух продольных полос, расположенных с промежутком между ними (выступ-паз) по краям прилегающих поверхностей центральной части и боковин, обеспечивает возможность постоянного тепло- и воздухообмена между атмосферой и жилищем. При этом из-за того, что боковины представляют собой сегменты заболонной части цельного бревна (наиболее плотной и долговечной), сохраняются свойства естественного бревна – долговечность, экологичность, внешний вид, структура древесины.
Центральная часть бруса может быть выполнена как в виде цельного бруса, полученного путём отделения сегментов от цельного бревна, так и в виде клеёного бруса, образованного пакетом досок, которые соединены посредством клеевых слоёв, расположенных перпендикулярно продольным плоским поверхностям боковин. Такое выполнение центральной части бревна не препятствует присущей естественному бревну способности обеспечивать тепло- и воздухообмен между атмосферой и жилищем.
В промежутке между полосами клеевой прослойки пазы боковых поверхностей центральной части и соответствующие выступы на продольных плоских поверхностях боковин образовывали бы гарантийный 1,5÷2 мм воздушный зазор, что способствует повышению термоизоляционных свойств стен и улучшает технологичность склейки описанных выше брусьев.
Кроме того, на противолежащих верхней и нижней поверхностях центральной части могут иметься, по меньшей мере, один продольный установочный паз на одной из указанных поверхностей и соответствующий ему, по меньшей мере, один опорный выступ на другой.
Предпочтительно выполнение общей ширины каждой клеевой прослойки не более 55% от ширины боковины, а более предпочтительно – общая ширина каждой клеевой прослойки находится в диапазоне от 50% до 55% от ширины боковины. Указанные относительные размеры определяют оптимальное соотношение между прочностью клеёного бревна и его способностью обеспечивать тепло- и воздухообмен.
Задача по изготовлению описанного бруса решается за счёт того, что в способе изготовления клеёного бруса, включающем формирование центральной части в форме бруса и двух боковин в форме доски приклеивание боковин к боковым поверхностям центральной части, центральную часть и боковины формируют путём распиловки цельного предварительно оцилиндрованного бревна, сушат полученные части бревна, строгают высушенные части по пласти, наносят клей на строганные поверхности боковых сегментов и/или центральной части по всей их длине двумя полосами по краям выступов и пазов, приклеивают боковые сегменты к центральной части с образованием чернового клеёного бревна, после чего осуществляют чистовую строжку чернового клеёного бруса.
При этом в качестве центральной части могут использовать как полученную после распиловки центральную часть бревна, так и клеёный брус, образованный пакетом досок, соединённых горизонтальными клеевыми слоями.
Сушку полученных после распиловки частей бревна предпочтительно осуществляют до влажности 12±2%. При этом сушку боковин желательно осуществлять при мягких режимах сушки, что препятствует образованию трещин на боковинах.
Кроме того, после чистовой строжки на верхней и нижней поверхностях центральной части и формируют установочные пазы и соответствующие им опорные выступы.
Сущность изобретения поясняется подробным его описанием и прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 схематично показан в сечении фрагмент стены, сложенной из клееного бруса согласно настоящему изобретению;

на фиг. 2 изображен клееный брус в поперечном сечении до и после чистовой строжки, при этом тонкими линиями показано сечение черновых клеёных брусьев до их острожки, а жирными линиями – готовые брусья;

на фиг. 3 изображен другой вариант выполнения клеёного бруса в поперечном сечении до и после чистовой строжки, при этом тонкими линиями показано сечение черновых клеёных брусьев до их строжки, а жирными линиями – готовые брусья;

на фиг. 4 изображена схема обработки заготовки при изготовлении клеёного бруса;

на фиг. 5 схематично показан в сечении фрагмент стены, сложенной из клееных брусьев строганных на четырехстороннем строгальном станке типа “DXL-643”;

на фиг. 6 изображен третий вариант выполнения клееного бруса в поперечном сечении до и после чистовой строжки на четырехстороннем строгальном станке, при этом тонкими линиями показано сечение черновых клееных брусьев до их строжки, а жирными линиями готовые брусья.

Изображённый на фиг. 2 (жирными линиями) клееный брус содержащий центральную часть 1, выполненную в виде цельного бруса с пазами 3 и две боковины 2, каждая из которых имеет одну продольную поверхность с выступом 4 и одну выпуклую поверхность 11. Боковины 2 представляют собой элементы прямоугольного сечения из заболонной части цельного бревна и каждая из них соединена посредством клеевой прослойки 5 своей плоской поверхностью 3 с соответствующей боковой поверхностью центральной части 1. Клеевые прослойки 5, соединяющие боковины 2 с центральной частью 1, выполнены каждая в виде двух продольных полос, расположенных , с промежутком между ними в виде паза и выступа, по краям прилегающих поверхностей центральной части и боковин. Общая ширина каждой клеевой прослойки 5 не превышает 55% от ширины боковины 2. Преимущественно общая ширина каждой клеевой прослойки 5 находится в диапазоне от 50% до 55% от ширины боковины 2.
На нижней поверхности клееного бруса имеются: продольный установочный паз 9 и два выступа 10 для прижатия межвенцового утеплителя.

Центральная часть 1 может быть выполнена в виде клеёного бруса (фиг. 3, жирные линии), образованного пакетом досок 6, которые соединены посредством клеевых слоёв 7, расположенных перпендикулярно продольным плоским поверхностям боковин.
В промежутке между полосами клеевой прослойки 5 боковые поверхности центральной части 1 и соответствующие продольные плоские поверхности боковин 2 образуют гарантируемый воздушный зазор 8 размером 1,5÷2мм.

При изготовлении клееного бруса в соответствии с настоящим изобретением бревна сортируются по диаметру, затем на оцилиндровочном станке (например, станке 675 С) , имеющем роторную головку (для цилиндровки), пильный узел (для снятия сегментов – боковин), фрезерный узел (для строжки пазов) за один проход со скоростью 1,5÷2,5 метра в минуту происходит одновременная оцилиндровка и распиловка (снятие сегментов) бревна.
Далее полученные брусья и боковины проходят сушку до влажности 12±2% в камерных конвективных сушилках, при этом боковины высушиваются при мягких режимах сушки. Мягкий режим сушки относится к низкотемпературным режимам и обеспечивает бездефектную сушку пиломатериалов при полном сохранении естественных физико-механических свойств древесины, прочности, цвета и состояния в ней смолы (см, например, http://www.skron.ru/sushka_drevesiny/regims.html). Сушка боковин в мягких режимах позволяет избежать образование трещин на их лицевых сторонах в отличие от сухого бревна где трещины достигают ширины от 4 до 10 мм.
После сушки брус и боковины строгаются по пласти на строгальных станках любого типа и имеющих ширину строгания до 300 мм. На фиг. 4 жирными линиями показаны габариты центральной части и боковин после распиловки, тонкими линиями 11 – их габариты после сушки, и жирными линиями 12 – их габариты после строжки.

Далее происходит склейка боковин с брусом, при этом клей наносят двумя ровными полосами по краям строганной поверхности боковин и бруса. Ширина клеевого шва не должна превышать 55% от ширины боковины, преимущественно – в пределах 50–55% от её ширины. При таком способе склейки обеспечивается достаточная прочность клеевого шва и в тоже время 75÷80% древесины от объема полученного клееного бревна свободны для воздухо- и теплообмена между жилищем и атмосферой, т.е. бревно «дышит» (фиг. 1, фиг. 5).

Вместо цельного бруса боковины могут приклеиваться к клеёному брусу (фиг. 3)

с горизонтальным расположением клеевых швов, что также позволяет «дышать» древесине. Такой вариант осуществления способа более трудоемок, но позволяет использовать низкосортную древесину для образования центрального клеёного бруса.
Далее полученные черновые клееные бревна как в первом, так и во втором варианте осуществления способа, подаются на тот же оцилиндровочный станок, где происходит чистовая строжка с использованием оцилиндровочного ротора и фрезерного узла. На фиг. 2

и фиг. 3

тонкими линиями показано сечение черновых клеёных брёвен до их оцилиндровки, а жирными линиями – готовые брёвна.
Также возможна строжка чернового клееного бревна на четырехстороннем строгальном станке типа “DXL 643” с формой установочного паза 9 и выступа 13 (фиг.6).

В результате получается практически лишённый недостатков стеновой материал для строительства экологически чистых деревянных домов в виде клееного профилированного бревна. Толщина боковин в сочетании со средним брусом в их максимальном поперечном сечении должна быть такова, чтобы клеевой шов в готовом изделии всегда был закрыт выступами верхнего бревна (фиг. 1). Данный стеновой материал имеет привлекательный внешний вид вследствие отсутствия трещин и видимых клеевых швов и обладает долговечностью (приклеиваемые боковины изготовлены из заболонной части бревен – наиболее плотной и долговечной), поскольку из-за отсутствия трещин исключено попадание влаги внутрь бревна. При этом практически полностью сохранены свойства естественного бревна.

Кроме того, изобретение обеспечивает высокую экономичность изготовления клеёных брусев: за счет применения боковин (боковых сегментов) в готовом изделии используется до 58% древесины, против 15÷20% в клееных бревнах существующих конструкций. Кроме того, трудоемкость клееного бревна в соответствии с настоящим изобретением весьма низкая за счет того, что не требуется окорка пиловочника, за один проход с одного станка сразу получается брус и боковые сегменты, а на одно бревно требуется всего 3 элемента строжки вместо 8÷14 в существующих способах. При этом значительно снижен расход клеевых материалов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Клееный брус, содержащий центральную часть, выполненную в виде бруса, и две боковины, каждая из которых имеет одну продольную плоскую поверхность и одну плоскую поверхность с выступом, и соединена посредством клеевой прослойки своей плоской поверхностью с выступом с соответствующей боковой поверхностью центральной части, отличающееся тем, что клеевые прослойки, соединяющие боковины с центральной частью, выполнены каждая в виде двух продольных полос, расположенных с промежутком между ними (в виде паза и выступа) по краям прилегающих поверхностей центральной части и боковин, при этом боковины представляют собой часть сегмента заболонной части цельного бревна.
2. Брус по п. 1, отличающееся тем, что центральная часть выполнена в виде цельного бруса, полученного путём отделения сегментов от цельного бревна.
3. Брус по п. 1, отличающееся тем, что центральная часть выполнена в виде клеёного бруса, образованного пакетом досок, которые соединены посредством клеевых слоёв, расположенных перпендикулярно продольным плоским поверхностям боковин.
4. Брус по п. 1, отличающееся тем, что в промежутке между полосами клеевой прослойки (в виде пазов и выступов) боковые поверхности центральной части и соответствующие продольные плоские поверхности боковин образуют гарантированный воздушный зазор размером 1,5÷2мм.
5. Брус по любому из пунктов 1 ÷ 4, отличающееся тем, что общая ширина каждой клеевой прослойки не превышает 55% от ширины боковины.
6. Брус по п. 5, отличающееся тем, что общая ширина каждой клеевой прослойки находится в диапазоне от 50% до 55% от ширины боковины.
7. Брус по п. 1, отличающееся тем, что на нижней поверхности бруса имеется, по меньшей мере, один продольный установочный паз и может быть соответствующий ему, по меньшей мере, один опорный выступ на верхней поверхности бруса.
8. Способ изготовления клеёного оцилиндрованного бруса, включающий формирование центральной части в форме бруса и двух боковин в форме доски из сегмента и приклеивание боковин к боковым поверхностям центральной части, отличающийся тем, что центральную часть и боковины формируют путём распиловки цельного предварительно оцилиндрованного бревна, сушат полученные части, строгают высушенные части по пласти, с формированием пазов и выступов, наносят клей на строганные поверхности боковин и/или центральной части по всей их длине двумя полосами по краям с промежутком между полосами (пазы и выступы), приклеивают боковины к центральной части с образованием чернового клеёного бруса, после чего осуществляют чистовую строжку чернового клеёного бруса.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве центральной части используют полученную после распиловки центральную часть бревна.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве центральной части используют клеёный брус, образованный пакетом досок, соединённых горизонтальными клеевыми слоями.
11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что сушку полученных после распиловки частей бруса осуществляют до влажности 12±2%.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что сушку боковин осуществляют при мягких режимах сушки.
13. Способ по п. 8, отличающийся тем, что после чистовой строжки на нижней поверхности бревна формируют установочные пазы и выступы для прижатия межвенцового утеплителя, а на верхней поверхности могут быть сформированы соответствующие установочному пазу опорные выступы .

РЕФЕРАТ

Изобретение относится к строительной и деревообрабатывающей промышленности, в частности к элементам строительных деревянных конструкций, а именно к конструкциям из бруса, используемых для возведения стен деревянных жилых домов и других построек, а также к способу их изготовления. Клеёный брус содержит центральную часть, выполненную в виде бруса, и две боковины, каждая из которых имеет одну продольную поверхность с пазом или выступом и одну продольную плоскую поверхность и соединена посредством клеевой прослойки своей плоской поверхностью с соответствующей боковой поверхностью центральной части. Клеевые прослойки, соединяющие боковины с центральной частью, выполнены каждая в виде двух продольных полос, расположенных с промежутком (по величине паза и выступа) между ними по краям прилегающих поверхностей центральной части и боковин, при этом боковины представляют собой элемент из сегмента заболонной части цельного бревна. Центральная часть может быть выполнена в виде цельного бруса, полученного путём отделения сегментов от цельного бревна, или в виде клеёного бруса, образованного пакетом досок, которые соединены посредством клеевых слоёв, расположенных перпендикулярно продольным плоским поверхностям боковин. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в сохранении тепло- и воздухообмена между атмосферой и жилищем, присущего обычным (не клеёным) круглым брёвнам в сочетании с долговечностью и отсутствием трещин на внешней поверхности бруса.

Судьба изобретения.

В отличие от многих новых разработок, изобретение Казачковского В.М. вызвало большой интерес у деревообрабатывающих компаний. Совместно с ООО "ДРЕВМАШСЕВЕР" была спроетирована технологическая линия, производительностью 100 тысяч куб.м в год готовой продукции (деталей домов, или ооло 200 тысяч кв.м зданий).
Данная технология позволяет в 2 раза!! повысить выход готовой продукции из круглого леса и в 3 раза снизить расход дорогостоящего импортного клея. В результате семестоимость 1 кв.м здания из такого материала ниже, чем здания из каркаса с утеплителем.
В настоящее время начато строительство завода по производству клееного бревна в Республике Коми, фирма Торлес-Коми.

На фотографии представлен образец, изготовленный по технологии Казачковского В.М. Сразу же бросается в глаза отсутствие трещин, характерных для массивных бревен.