Прогнозирование долговечности клеевых соединений древесины агрессивных средах

Для прогнозирования долговечности клеевых соединений агрессивных средах испытывали образцы, изготовленные согласно ГОСТ 15613-70 из древесины сосны. Для склеивания применяли незаполненные клеи КБ-3, ФР-100 и ФР-12, а также клей ФР-100 с наполнителями - мелом и лигнином. В качестве режима ускоренного старения было принято нагревание образцов в растворах агрессивных сред при температуре 60, 80, 100°С с определением прочности клеевых соединений через 12, 24, 48, 72, 120 и 240 ч. Нагревание в средах выполнялось в стеклянных колбах, снабженных обратными холодильниками для конденсации водяных паров и возвращения влаги в растворы. Этим поддерживалась заданная концентрация растворов. Прочность образцов определялась во влажном состоянии.

Значения кажущейся энергии активации теплового старения клеевых соединений древесины в воде и агрессивных средах, определенные графоаналитическим методом, указывают на то, что агрессивные среды по-разному влияют на скорость старения клеевых соединений.

Наиболее активно на скорость старения влияет раствор серной кислоты (значения энергий активации уменьшаются). На втором месте по степени ускорения старения стоит насыщенный раствор аммиачной селитры Изменения, отмеченные для клеевых соединений, до некоторой степени характерны и для цельной древесины сосны, образцы которой также испытывали на ускоренное тепловое старение. Это свидетельствует о том, что изменения, происходящие в клеевом шве под действием агрессивных сред, в известной мере зависят от свойств древесины, так же как и при испытании клеевых соединений на водостойкость.

Если сравнить значения энергии активации, полученные для соединений на клее КБ-3, с аналогичными данными для других клеев, то можно отметить более высокую чувствительность клея КБ-3 не только к действию воды, как это отмечалось ранее, но и к действию агрессивных сред, создаваемых минеральными удобрениями (калийными, азотными, фосфорными). Поэтому на основании испытаний рекомендовано применять для изготовления деревянных конструкций складов минеральных удобрений преимущественно резорциновые или алкилрезорциновые клеи, отличающиеся меньшей скоростью теплового старения в среде минеральных удобрений.

С другой стороны, соединения на клее КБ-3 в одинаковой мере с другими клеями выдерживают действие раствора серной кислоты, причем значения энергии активации приближаются к данным, полученным при тепловом старении в этом растворе цельной древесины. В общем же значения энергии активации для цельнодеревянных образцов выше, чем для клееных. Это говорит о меньшей скорости старения древесины в агрессивных средах по сравнению с клеевыми соединениями.

Если произвести прогнозную оценку долговечности клеевых соединений методом экстраполяции, используя кривые теплового старения, то предполагаемый срок снижения прочности на 20% при эксплуатационной температуре 18°С в среде хлористого калия составит для соединений на клее КБ-3 1,8 года, на клее ФР-12 7 лет. При старении в среде аммиачной селитры эти сроки будут соответственно 1,3 и 0,96 г, а в растворе суперфосфата 5,5 и 2,4 года. Натурные испытания показывают, что эти сроки близки к реальным, полученным в производственных условиях.

Представляет интерес выяснить, как влияет концентрация агрессивных сред на скорость старения клеевых соединений древесины. Опыты проводили на образцах из древесины сосны, склеенных клеями ФР-100, ФР-12 и КБ-3. Концентрация агрессивных сред (растворы хлористого калия, серной кислоты, едкого калия, аммиачной селитры, суперфосфата) менялась в широких пределах. Кинетические кривые, полученные при тепловом старении образцов, например в растворах серной кислоты или хлористого натрия, показывают, что концентрация агрессивных сред влияет на скорость изменения прочности клеевых соединений.

Влияние выражается в смещении прогнозных прямых либо в сторону большей долговечности (для образцов, находившихся в растворе хлористого калия), либо в сторону уменьшения долговечности (в растворе серной кислоты) - по мере возрастания концентрации агрессивной среды. За долговечность в данном случае принято время снижения прочности клеевого соединения на 5% по сравнению с первоначальной. За начальную прочность принималось среднее арифметическое результатов испытаний 10 образцов, увлажненных в течение 48 ч в воде при температуре 20±2°С.

Смещение прямых на графике экстраполяционного прогноза в зависимости от концентрации среды позволяет выразить прогнозируемую долговечность клеевых соединений в относительном измерении, т.е. отношением долговечности при любой концентрации к значению долговечности при какой-либо начальной концентрации (например, 5%-ной). С увеличением концентрации раствора серной кислоты долговечность соединений на клеях ФР-12 и ФР-100 снижается в большей степени, чем долговечность соединений на клее КБ-3. В целом же эксперимент показал, что с увеличением концентрации агрессивных сред долговечность клеевых соединений древесины в растворах кислоты или щелочи значительно уменьшается, а в растворах минеральных удобрений несколько возрастает.

Эти результаты имеют важное значение для проектирования и эксплуатации конструкций из клееной древесины в сооружениях химических производств, где концентрация агрессивных растворов (кислот и щелочей) на поверхности конструкций обычно не достигает большого значения (не более 2-5%) и, следовательно, не представляет большой опасности. Напротив, в складах минеральных удобрений, где концентрация агрессивных сред на поверхности конструкций велика вследствие кристаллизации солей, влияние их на долговечность клеевых соединений может быть значительным.