Тепловое старение клеевых соединений в агрессивных средах

В ранее проведенных исследованиях при экстраполяционном прогнозе долговечности клеевых соединений древесины не учитывалось влияние длительного нагружения, тогда как в складах минеральных удобрений, животноводческих зданий и химических цехах несущие клееные конструкции, а следовательно, и клеевые соединения подвергаются совместному действию агрессивных сред и механических нагрузок. Поэтому с целью приближения прогноза к реальным условиям эксплуатации несущих клееных деревянных конструкций представляет интерес количественная оценка влияния длительного нагружения на кинетические параметры ускоренного теплового старения, по результатам которого осуществляется экстраполяционный прогноз долговечности.

Сравнение кривых теплового старения клеевых соединений в агрессивных средах показывает, что несмотря на более быстрое старение нагруженных образцов характер изменения прочности нагруженных и ненагруженных клеевых соединений принципиально одинаков. Это позволяет применить ту же методику прогнозирования долговечности, которая использовалась при оценке влияния различных технологических факторов на скорость теплового старения клеевых соединений древесины. Согласно этой методике, о скорости структурных изменений в клеевом шве при совместном действии нагрузки, нагревания и агрессивной среды можно судить по значениям энергии активации, полученным графоаналитическим методом.

Сравнивая значения энергии активации, можно отметить, что для нагруженных соединений они ниже. Это свидетельствует о более высокой скорости старения нагруженных клеевых соединений древесины, что согласуется с данными натурных испытаний. Разницу значений энергии активации при старении нагруженных и ненагруженных клеевых соединений можно объяснить, основываясь на кинетической концепции разрушения твердых тел. Согласно кинетической теории, в основе процесса разрушения лежит термический распад химических и физических связей, активируемый механическим напряжением.

Действие длительной нагрузки на клеевые соединения древесины, находящейся в агрессивных средах, не только облегчает разрыв химических и физических связей, но и затрудняет их восстановление. Роль нагрузки заключается также и в том, чтобы облегчить действие тепловых флуктуации, приводящих к разрушению связей. Разница значений энергии активации ненагруженных и нагруженных клеевых соединений в первом приближении может быть количественной мерой влияния нагружения на процесс теплового старения клеевых соединений в агрессивной среде.

Зная энергию активации старения клеевых соединений в ненагруженном и нагруженном состояниях, полученную в конкретных температурно-влажностных условиях эксперимента или в конкретной агрессивной среде, а также зная долговечность ненагруженных образцов (прогнозируемую или но данным натурных наблюдений), можно определить относительную долговечность.

Экстраполяция кратковременной прочности клеевого соединения

Одним из перспективных методов прогноза долговечности клеевых соединений под нагрузкой может быть экстраполяция их кратковременной прочности, полученной при машинной скорости нагружения, на более длительный период времени до разрушения. Теоретические основы этого метода заложены в исследованиях влияния влажности на длительную прочность древесины.

Точность прогнозирования долговечности клеевых соединений по скорости машинных испытаний будет зависеть от наклона прямых длительной прочности, а угол наклона является функцией влажности древесины. Представляет интерес выяснить, как изменяется угол наклона прямых в зависимости от влажности. Исследования по этому вопросу показывают, что местоположение точек пересечения прямых длительной прочности с осью при разной влажности древесины соответствует зависимости временного сопротивления древесины от ее влажности при постоянной температуре. Эта зависимость определяется экспериментально для конкретного вида клеевых соединений, породы древесины и др. и может быть представлена уравнением

При влажности древесины, соответствующей точке гигроскопического насыщения волокон, образцы разрушаются практически сразу под нагрузкой, составляющей 0,66 предела прочности, определенного при стандартной скорости нагружения. При влажности древесины 20% долговечность образцов под той же нагрузкой составляет 17 мин, а при влажности 12% - 3 мес. Под нагрузкой 0,34 предела прочности, получаемой перемножением коэффициентов влияния влаги, температуры и длительной нагрузки (см. с. 113), долговечность образцов, имеющих влажность 20%, будет более 200 лет.