Российские ученые из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) в сотрудничестве с коллегами из Пермского аграрно-технологического университета разработали инновационный метод усиления деревянных конструкций. Он позволяет избежать одного из главных недостатков традиционного подхода – коррозии металлической арматуры, используемой для укрепления древесины. В будущем это позволит возводить доступные и экологичные многоэтажки из дерева.
Проблемы древесно-металлических конструкций
Древесина на протяжении многих веков остается одним из самых экологически чистых и эстетически привлекательных строительных материалов. Однако ее широкое применение в современном строительстве зачастую ограничивается относительно невысокой прочностью и чувствительностью к воздействию влаги, которая может привести к гниению и разрушению материала.
Традиционно для усиления деревянных элементов используются металлические пластины — стержни или волокна, которые интегрируются в структуру древесины. Но, как известно, металл подвержен коррозии, особенно в условиях повышенной влажности, что со временем приводит к ослаблению конструкции и необходимости дорогостоящего ремонта. Кроме того, существенная разница в жесткости металла и древесины может вызывать внутренние напряжения и деформации в материале, снижая его долговечность.
Базальт вместо металла
В поисках альтернативного и более эффективного решения российские исследователи предложили заменить традиционную металлическую арматуру на базальтовые волокна. Они представляют собой тончайшие нити, получаемые из расплавленного природного камня – базальта. Уникальность этого материала заключается в его абсолютной устойчивости к коррозии, воздействию влаги, агрессивных химических веществ и перепадам температур. Кроме того, базальтовые волокна обладают высокой прочностью на разрыв и имеют коэффициент теплового расширения, более близкий к древесине, чем у металла. Это позволяет избежать возникновения внутренних напряжений в композитной конструкции.
Разработанная учеными технология усиления деревянных конструкций заключается в смешивании базальтовых волокон со специальным клеем и их равномерном распределении внутри клееных деревянных элементов. При этом пристальное внимание уделяется армированию швов между отдельными досками, которые являются наиболее уязвимыми местами конструкции. Такой подход позволяет создать композитный материал, сочетающий в себе экологичность и эстетику дерева с прочностью и долговечностью базальтового волокна.
Успешные испытания
Проведенные лабораторные испытания армированных базальтом образцов деревянных конструкций показали впечатляющие результаты. По сравнению с обычными клееными деревянными элементами, образцы с базальтовым волокном выдерживали нагрузку в среднем на 9% больше. При этом процесс разрушения армированных образцов происходил более плавно, без внезапных обрушений, что значительно повышает безопасность строительных конструкций в случае предельных нагрузок.
В дальнейших планах ученых – проведение испытаний с другими видами волокон, включая стекло и углеродное волокно, а также разработка практических рекомендаций и строительных норм для широкого внедрения этой перспективной технологии в строительную отрасль.
Источник:
© Русская Семерка
