В год производится около 18 миллионов квадратных метров деревянного жилья. Древесина широко применяется для изготовления окон, дверей, отделочных материалов и многого другого. Она естественно разлагается и не вредит природе, однако из-за сравнительно невысокой прочности не может активно применяться в конструкциях с большой нагрузкой (например, при постройке мостов, больших залов). Чтобы это исправить, ее усиливают волокнами металла. Проблема в том, что они со временем ржавеют и изнашиваются. Ученые Пермского Политеха нашли способ укрепить древесину без использования материалов, подверженных коррозии.
ченые Пермского Политеха нашли способ укрепить древесину без использования материалов, подверженных коррозии / © Willy the Wizard, Unsplash
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика». Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Дерево — один из самых экологичных и эстетичных материалов, широко используемых в строительстве. Однако оно обладает невысокой прочностью и деформируется в зависимости от погодных условий: при повышенной влажности разбухает, а при высыхании сжимается. Невысокие прочностные показатели и изменение состояния древесины в процессе эксплуатации нарушает пропорции всей конструкции и может стать причиной ее непригодности. В качестве примеров можно привести балки перекрытий, перегрузка которых приводит к большим прогибам.
– Чтобы не допустить подобных изменений, обычно дерево укрепляют металлическими пластинами, стержнями или волокнами. Здесь тоже есть свои минусы: появление ржавчины на металле при контакте с влажной древесиной. Из-за отличий в прочности древесины и волокон металла они по-разному реагируют на нагрузки. В конечном итоге такой метод работает недостаточно эффективно, – комментирует Денис Злобин, магистр кафедры «Строительные технологии» ПГАТУ.
Ученые из Пермского Политеха и Пермского государственного аграрно-технологического университета имени академика Д. Н. Прянишникова предложили новый способ — армирование, то есть усиление древесины базальтовыми волокнами (тонкими нитями из расплавленного камня). Они были выбраны в качестве укрепляющего материала, так как не ржавеют, хорошо совместимы с деревом, не создают внутренних напряжений.
– В отличие от традиционных способов, где часто армируются только поверхности, наш подход предполагает смешивание с клеем и равномерное распределение волокон внутри изделия, клееного из доски – а именно в швах между отдельными досками. Для проверки эффективности нашей технологии мы сравнили образцы, укрепленные базальтовыми волокнами, с обычными. Затем на специальной установке прикладывали нагрузку сверху и изучали, через какое время материал не просто гнется под весом, а начинает ломаться.
Результаты показали, что армированные объекты выдерживают нагрузку на 9% больше, а разрушаются более плавно, что говорит о повышенной устойчивости к воздействиям. Базальт также обладает высокой стойкостью к коррозии и лучше сочетается с древесиной, чем металлическая арматура, – комментирует Ольга Третьякова, доцент кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Новый подход может стать важным шагом в развитии экологичного и экономичного строительства благодаря сочетанию природных материалов с современными технологиями армирования. Методика ученых Пермского Политеха позволяет укрепить прочность древесины для более обширного применения и выдерживания больших грузов, например, в мостах, многоэтажных зданиях или большепролетных конструкциях.
В дальнейшем ученые планируют изучить другие виды волокон (стекло, углерод), поведение укрепленных ими конструкций под разными нагрузками и разработать практические рекомендации для строителей.
