19.06.2018:02:23

«Гарантия в 200 лет»

Версия для печати

CF35B8A2-DAED-4C02-90CF-0968AEADEA55_0Ученые рассказали, как продлить жизнь деревянным конструкциям.

Дерево, наверное, стало первым строительным материалом, доступным человеку. Еще не так давно и белорусские города были преимущественно деревянными. Бетон и мелкоштучные материалы со временем получили большее распространение, однако деревянные конструкции до сих пор занимают важное место в строительной практике. Подводя итоги прошедшего Года науки, мы познакомились с разработками белорусских ученых, которые позволяют не только cделать прочнее изделия из дерева, но и серьезно продлить срок их эксплуатации, экономя немалые деньги.

Универсальный материал

— Достоинства деревянных конструкций в значительной степени определяются ценными свойствами древесины, — рассказывает директор НИП «Центр академреставрация» к. т. н. Валентина ШЕВЧУК. — Среди них малая плотность при сравнительно большой прочности, химическая стойкость, малая теплопроводность. Целесообразность их применения предоопределяет наличие в нашей стране большого количества леса, доступность заготовки и первичной обработки древесины местных лесов с применением передвижных средств механизации, возможностью сборки и возведения сооружений в любое время года. В последние годы наблюдается ориентация на применение клеёных деревянных конструкций заводского изготовления.

По словам эксперта, в Беларуси широкое применение деревянных конструкций наблюдается в различных отраслях, и в первую очередь в сельскохозяйственном строительстве, что дает значительный экономический эффект. Ученые рекомендуют применять конструкции из дерева в подсобно-вспомогательных, складских и помещениях с химически агрессивной средой, а также в зданиях общественного назначения (спортивных, выставочных, торговых и т.п.), в одноэтажных жилых домах и для временных зданий на строительных площадках.

Тем не менее зачастую от использования дерева отказываются в силу представлений о недолговечности этого материала, необходимости тщательной его обработки, подверженности атмосферным влияниям и быстрой утраты его внешнего вида. По большому счету, они не лишены основания. Однако ученые нашли способ продлить срок службы деревянных конструкций.

Нужно дерево напрячь

— В нашей стране впервые в мире проведен весь комплекс научных исследований по созданию деревянных конструкций преднапряженно-армированных стеклопластиковой арматурой, — продолжает эксперт. — В том числе осуществлено их опытно-экспериментальное внедрение. Армирование стеклопластиковой арматурой клеёных деревянных конструкций, как показали результаты исследований, повышает их несущую способность в 2–2,5 раза, уменьшает деформативность в 3–5 раз и, тем самым, увеличивает долговечность в 2– 3 раза. Экономия деловой древесины достигает 40 %. Эта одна из важнейших прикладных задач в своей сфере.

Специалист рассказывает, что без армирования древесина недолговечна из-за своего структурообразования и влияния условий эксплуатации. Основой совместной работы древесины и арматуры становится выгодное сочетание ряда физико-механических свойств. Так, древесина и арматура обладают близкими по величине модулями упругости, коэффициентами теплового линейного расширения, высокой стойкостью при эксплуатации в условиях агрессивных сред и переменного температурно-влажностного режима.

От перекрытий до шпал

Преднапряженную стеклопластиковую арматуру можно эффективно использовать в зданиях сельскохозяйственного назначения (птичниках, животноводческих фермах и др.), где арки повсеместно деформируются, а также промышленных предприятиях с химически агрессивной средой. Найдет она свое применение и в зданиях, где несущими конструкциями покрытия являются деревянные прогоны, в большепролетных клеёных конструкциях зданий спортивного назначения, а также в элементах мостов и деревянных храмах.

construction_21В то же время, утверждают ученые, армирование повышает эксплуатационный ресурс и деревянных шпал. Несколько лет назад подобная разработка апробирована на станции Минск-Пассажирский.

— Вполне возможно восстановить прочностные и деформативные свойства эксплуатируемых деревянных балок, арок, ферм и др. без снятия кровли. Это реализуется путем создания преднапряжения стеклопластиковой арматурой, которая по прочности не уступает высокопрочной металлической. Например, при реконструкции свинокомплекса в д. Гостиловичи Логойского района удалось использовать естественную коничность круглого леса в несущих деревянных конструкциях покрытия. Был создан пространственный каркас. В нем все элементы эксплуатируемых деревянных конструкций соединяются между собой при помощи высокопрочной стеклопластиковой арматуры в пространственную систему, которая обеспечивает восприятие всех нагрузок любого направления и передает их от одних частей на другие, вплоть до основания. По конструктивным и экономическим соображениям, создание пространственного каркаса в покрытии животноводческого здания без остановки производственного процесса, представляется более рациональным, чем замена деревянных конструкций.

Недавние открытия

Параллельно работам, ученые проводили исследования, чтобы выяснить, почему деревянные конструкции свинокомплексасо временем оказались в неудовлетворительном состоянии. Не обошлось без открытий. Считалось, что одной из существенных причин было влияние агрессивной среды (в закрытое чердачное помещение выходят все вытяжные люки). Однако изучение показало, что влияние высокоагрессивной среды не привело к заметному изменению состояния стволов. Причиной оказались скорее расслабленные узловые соединения, обусловленные изготовлением конструкций из бревен при помощи топора, болтов и гвоздей с нарушением технологических норм.

Напротив, древесина обладает способностью абсорбировать вредные вещества. Вывод ученых: конструкции из ствола дерева можно использовать для поглощения вредных веществ, загрязняющих атмосферу через промышленные выбросы.

— Как мне представляется, — продолжает Валентина Шевчук, —  главными задачами было бы введение в ранг конструкций элементов ствола из дерева, выявление состояния эксплуатируемых деревянных конструкций в действующем здании и прогнозирование их дальнейшей эксплуатации в составе пространственного каркаса. Эти проблемы связаны с оценкой надежности пространственной системы (каркаса). И это нам, ученым, удалось теоретически, что очень важно как для прикладной, так и для фундаментальной науки в целом. Эксплуатируемые деревянные конструкции в составе каркаса из арматуры образуют принципиально новую конструктивную систему

По мнению эксперта, изучение механизма разрушения деревянных конструкций и технологий их изготовления дают возможность сделать серьезные теоретические выводы, пригодные для практики. А влияние агрессивных сред на прочностные и деформативные свойства конструкций позволяют предусмотреть действительную работу бревен с естественной коничностью.

Реставрация нужна и современным зданиям

Специалист уверена — создание пространственного каркаса из стеклопластиковой арматуры в каждом деревянном элементе позволяет обеспечить долговечность других зданий до 200 лет и даже больше. Эти изыскания можно применять и при реставрации памятников архитектуры, например, старых малоэтажных домов с деревянными прикрытиями. Особенно актуальным это может стать, если объект представляет еще и немалую культурную ценность. Например, деревянные культовые сооружения, которых в Беларуси сохранилось совсем немного.

20171229_100618

В последние годы в стране возрос интерес к деревянному архитектурному наследию. Реставрация таких сооружений, я считаю, должна вестись на основе глубокого научного обоснования.

Одной из знаковых достопримечательностей Минска стал деревянный Храм в честь Святой Троицы, заложенный в 1991 году на пересечении улиц Калиновского и Всехсвятской. Несмотря на сравнительно молодой возраст, он является образцом белорусского национального зодчества и представляет интерес в архитектурном и эстетическом плане. Церковь построена по старинной технологии возведения срубов — без единого гвоздя, а в качестве утеплителя используется мох. Тем не менее, его не минули те же проблемы, которые характерны для его более древних собратьев.

 — Летом текущего года мы провели исследование Храма, — продолжает Валентина Шевчук. — Было установлено, что происходит повсеместное деформирование (скол древесины) на концах цилиндрических брусьев. Отмечу, что в моей многолетней научной практике не довелось такого наблюдать. Считаю, что надо срочно провести глобальные исследования, проверить из ранней или поздней древесины изготовлены деревянные цилиндрические брусья, взять пробы деревянных образцов и установить причины деформирования конструкций, так как дальнейшее распространение трещин может привести к потере местной устойчивости, а затем и к нарушению пространственной жесткости Храма. Если сейчас осуществить армирование высокопрочной стеклопластиковой арматурой хотя бы концевых участков деревянных брусьев, а лучше создать пространственный каркас из арматуры во всех брусьях, это обеспечит ему долговечность. Так уникальное сооружение можно не только сохранить, но и гарантировать его устойчивость на долгие годы.

Церковные иерархи, по словам Валентины Шевчук, с должной серьезностью отнеслись к этой проблеме, и всячески содействуют проведению дополнительных исследований.

 

Алексей КОНОПЛЁВ