Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Материалы. Конструкции. Технологии»
Исследование технологических режимов импрегнирования древесины, усиленной полимерным композитом с наполнителем, на сжатие вдоль волокон
Опубликована: 2022-12-23
  • Д. А. Чибрикин Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (г. Владимир)
  • А. А. Стрекалкин Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (г. Владимир)
  • С. И. Рощина Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (г. Владимир)

Аннотация

Одним из видов деревянных и деревоклееных конструкций являются балки. Характер работы балочных элементов – это изгиб. Критерии работы древесины в этом случае можно свести к теории классического разрушения. Соответственно в подавляющем большинстве случаев потеря несущей способности или разрушение конструкции проходят в середине пролета под действием нормальных напряжений в растянутой и сжатой зоне балки. В связи с этим основная масса решений по усилению балок направлена на снижение влияния нормальных напряжений в середине пролета, а усилением опорной зоны ошибочно пренебрегают.
В ходе испытаний было исследовано три технологических режима импрегнирования: 30 мин (в течение 30 минут образец подвергался нагнетанию полимерной композицией с использованием воздействия избыточного давления); 15-5-15 мин (в течение 15 минут образец подвергался нагнетанию полимерной композицией, затем образец «отдыхал» 5 минут, затем повторялось нагнетание полимерной композиции в течение 15 минут); 10-5-10-5-10 мин (в течение 10 минут образец подвергался нагнетанию полимерной композицией затем образец «отдыхал» 5 минут, затем повторялось нагнетание полимерной композиции в течение 10 минут c чередованием).
Объект исследования – древесина, усиленная полимерным композитом, выполненным из Анакрола 90w2 с включением карбоксилированных углеродных нанотрубок. Предмет исследования – прочность древесины, усиленной полимерным композитом, на сжатие вдоль волокон. Цель исследования – выполнить экспериментальные исследования по определению прочности древесины, усиленной полимерным композитом, на сжатие вдоль волокон. В результате экспериментальных исследований предложен эффективный метод восстановления несущей способности деревянных конструкций и элементов путем модификации полимерной композицией с наноразмерными добавками направленного действия, что повышает сопротивляемость древесины и обеспечивает нормальную работу конструкции в целом.
В результате испытаний был установлен технологический режим модифицирования 10-5-10-5-10 мин. Прочность модифицированных деревянных образцов увеличилась на 30–35 %.

Биографии авторов

Д. А. Чибрикин, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (г. Владимир)

аспирант кафедры строительных конструкций Института архитектуры, строительства и энергетики, Владимирский государственный университет имени А. Г. и Н. Г. Столетовых, г. Владимир. Область научных интересов – модифицированные деревянные конструкции.

А. А. Стрекалкин, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (г. Владимир)

аспирант кафедры строительных конструкций Института архитектуры, строительства и энергетики, Владимирский государственный университет имени А. Г. и Н. Г. Столетовых, г. Владимир. Область научных интересов – клееные и армированные деревянные конструкции.

С. И. Рощина, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (г. Владимир)

доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой строительных конструкций Института архитектуры, строительства и энергетики, Владимирский государственный университет имени А. Г. и Н. Г. Столетовых., г. Владимир. Область научных интересов – расчет и проектирование строительных конструкций, армированные деревянные конструкции. 

Литература

1. Восстановление деревянной балки импрегнированием полимерной композицией на основе эпоксидной смолы / С. И. Рощина, М. В. Лукин, А. В. Лукина, М. С. Лисятников // Лесотехнический журнал. 2015. № 3 (19). С. 183–190.
2. Повышение эксплуатационных свойств древесины, ослабленной биоповреждением, путем модификации клеевой композицией на основе эпоксидной смолы / С. И. Рощина, М. В. Лукин, А. В. Лукина, М. С. Лисятников // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 4. С. 182–184.
3. Восстановление деструктивных участков опорных зон деревянных балок путем пропитки полимерным раствором / С. И. Рощина, Е. А. Смирнов, М. В. Лукин, А. В. Лукина, А. С. Грибанов // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 5. С. 293–296.
4. Особенности расчета деревоклееных балок при усилении внешним армированием на основе металлических зубчатых пластин / Б. В. Лабудин, Е. В. Попов, В. В. Сопилов, Т. А. Никитина, А. В. Русланова, А. А. Фукалов, А. А. Кощеев // Вестник ПГТУ. Сер.: Материалы. Конструкции. Технологии. 2020. № 4 (16). С. 50–60.
5. D’Ambrisi Angelo, Focacci Francesco, Lucianoc Raimondo. Experimental investigation on flexural behavior of timber beams repaired with CFRP plates // Composite Structures, 2014. Vol. 108. Pp. 720–728.
6. Khelifaa Mourad, Celzardb Alain. Numerical analysis of flexural strengthening of timber beams reinforced with CFRP strips // Composite Structures. 2014. Vol. 111. Pр. 393–400.
7. The effect of eccentricity on the strength charac-teristics of glued rods made of steel cable reinforcement in solid wood / А. А. Koshcheev, S. I. Roshchina, A. Ya. Naichuk, N. I. Vatin // IOP Conference. Series: Materials Science and Engineering. 2020. DOI: 10.1088/1757-899X/896/1/012059
8. Multi-Span Composite Timber Beams with Rational Steel Reinforcements / M. V. Lukin, E. S. Prusov, S. I. Roshchina, V. Yu. Karelina, N. I. Vatin // Buildings. 2021. DOI: 10.3390/buildings11020046
9. Influence of the Relative Length of the Ma-trix Drawplate on the Compacting Pressure of Ther-mally-Modified Birch Bark in the Roller Press-Granulators / O. D. Myuller, V. I. Melekhov, N. G. Ponomareva, T. V. Tyurikova. 2017. Lesnoy Zhurnal-forestry Journal. DOI: 10.17238/ISSN0536-1036.2017.5.110.
10. Lukin M. V., Sergeev M. S., Lisyatnikov
M. S. Nerazreznaya Non Split Wooden Beam Rein-forced with Composite Reinforce-ment. 2021. DOI: 10.1007/978-3-030-72404-7_12
11. Lukina A. V., Roshchina S. I., Gribanov
A. S. Method for Restoring Destructed Wooden Structures with Polymer Composites. 2021. DOI: 10.1007/978-3-030-72404-7_45
12. 2021 Multi-Span Composite Timber Beams with Rational Steel Reinforcements Buildings / M. V. Lukin, E. S. Prusov, S. I. Roshchina, M. Yu. Karelina, N. I. Vatin. 2021. DOI: 10.3390/buildings11020046
13. Sergeev M. S., Gribanov A. S., Roschina S. I. The Stress Strain State of Composite Multi-Span Beams // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. DOI: 10.1088/1757-899X/753/3/032068
14. Multi-span composite beam / M. S. Sergeev, V. I. Rimshin, M. V. Lukin et. al // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. DOI: 10.1088/1757-899X/896/1/012058
15. Local deformation and strength characteristics of S-shaped reinforcement in wood / A. A. Koshcheev, S. I. Roshchina, B. V. Labudin ft. al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. DOI: 10.1088/1757-899X/896/1/012060
16. Haradhan Kolya, Chunwon Kang. Polyvinyl acetate/reduced gra-phene oxide-poly (diallyl dimethylammonium chloride) composite coated wood surface re-veals improved hydrophobicity // Progress in Organic Coatings. 2021. Vol. 156. 106253 p. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2021.106253
17. Marzi Tanja. Nanostructured materials for protection and reinforcement of tim-ber structures: A review and future challenges. Constr. Build. Mater. 2015. Vol. 97. Pp. 119–130. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.07.016
18. Vlad-Cristea Mirela, Riedl Bernard, Blanchet Pierre. Enhancing the performance of exteriorwaterborne coatings for wood by inorganic nanosized UV absorbers // Prog. Org. Coat. 2010. Vol. 69. Pp. 432–441. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2010.08.006
19. Vlad-Cristea Mirela, Riedl Bernard, Blanchet Pierre. Effect of addition of na-nosized UVabsorbers on the physicomechanical and thermal properties of an exteriorwater-borne stain for wood. 2011. Prog. Org. Coat. Vol. 72. Pp. 755–762. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2011.08.007
20. Nanocharacterizationtechniques for investigating the durability of wood coatings / Mirela Vlad-Cristea, Bernard Riedl, Pierre Blanchet, Emilio Jimenez-Pique. Eur. Polym. J. 2012. Vol. 48. Pp. 441–453. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2011.12.002
21. Nanomaterials and Chemical Modifications for Enhanced Key Wood Properties / Antonios Papadopoulos, Dimitrios Bikiaris, Athanasios Mitropoulos, George Kyzas // Nanomaterials. 2019. Vol. 9. 607 p. DOI: 10.3390/nano9040607
22. Conventional Technology and Nanotechnology in Wood Preservation / Teck Jin Teng, Mat Arip, Mohamad Nasir, Kumar Sudesh, Anna Nemoikina, Zaihan Jalaludin, Eng-Poh Ng, Hooi-Ling Lee // Bioresources. 2018. Vol. 13. Pp. 9220–9252. DOI: 10.15376/biores.13.4.Teng.
23. Impact of Polyvinyl Alcohol/Acrylonitrile on Bamboo Nanocomposite and Optimization of Mechanical Performance by Response Surface Methodology / Adamu Muhammad, Rahman Md, Hamdan Sinin, Muhammad Khusairy Bakri, Yusof Md, Asyadi Fahmi // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 258. 119693 p. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119693
24. Chen F. Gong Mesoporous. Three-Dimensional Wood Membrane Decorated with Nanoparticles for Highly Efficient Water Treatment // ACS nano. 2017. 11. DOI: 10.1021/acsnano.7b01350
25. Marzi T. Nanostructured materials for protection and reinforcement of timber structures: A review and future challenges. Construction and Building Materials. October 2015. Vol. 97. Pp.119–13030.
26. Improving Fire Retardancy of Beech Wood by Graphene / Esmailpour, Ayoub & Majidi, Roya & Taghiyari, Hamid Reza & Ganjkhani, Mehdi & Mohseni, Seyed Majid & Papadopoulos, Antonios // Polymers. 2020. Vol. 12. 303 p. DOI: 10.3390/polym12020303.
27. Rafterya Gary M., Whelanb Conor. Low-grade glued laminated timber beams reinforced using improved arrangements of bonded-in GFRP rods // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 52. Pр. 209–220.
28. Stupnicki J. Analysis of the behavior of wood under external load, based on a study of the cell structure // Aela Polytechnica Scandinavia. Civ. Eng. Building Constr. Ser. 53. Trondheim. 1962. 19 s.
29. Yahyaei-Moayyed M. Taheri Farid Experi-mental and computational investigations into creep response of AFRP reinforced timber beams // Composite Structures. 2011. No. 93. Pp. 616–628.
30. Harries Kent A. Modeling of timber beams strengthened with various CFRP composites // Engineering Structures. 2010. Vol. 32. Iss. 10. Pp. 3225–3234.
31. Borri A., Corradi M., Speranzini E. Rein-forcement of wood with natural fibers // Composites Part B: Engineering. 2013.
32. Dietsch Ph., Kreuzinger H. Dynamic effects in reinforced beams at brittle failure – evaluated for timber members // Engineering Structures. 2020.
33. Dietsch Ph., Winter S. Structural failure in large-span timber structures: A comprehensive analysis of 230 cases // Structural Safety. 2018.
34. Franke S., Franke B., Harte A. M. Failure modes and rein-forcement techniques for timber beams-State of the art // Construction and Building Materials. 2015.
35. Frese Matthias, Blaß Hans Joachim. Statistics of damages to timber structures in Germany // Engineering Structures. 2011.
36. Gentile Chris, Svecova Dagmar, Rizkalla Sami H. Timber beams strengthened with GFRP bars: Development and applications // Journal of Composites for Construction. 2002.
37. Kreher Klaus, Natterer Julius K., Natterer Johannes. Timber-glass-composite girders for a hotel in Switzerland // Structural Engineering International: Journal of the International Association for Bridge and Structural Engineering (IABSE). 2004.
38. Chislennyj analiz prochnosti i zhestkosti biomekhanicheskoj sistemy "kost' - apparat" [Numerical analysis of strength and rigidity of the biomechanical system «Bone-Apparatus»] / R. P. Matveev, B. V. Labudin, V. S. Morozov, A. O. Orlov // Ekologiya cheloveka [Human Ecology (Russian Federation)]. 2017.
39. Strength enhancement of timber beams using steel plates – Review and experimental tests / T. Nowak, J. Jasieńko, E. Kotwica, S. Krzosek // Drewno. 2016.
40. End-repair of timber beams with laterally-loaded gluedin rods: Experimental trials and failure prediction through modelling / N. Orlando, Yu. Taddia, E. Benvenuti, B. Pizzo, C. Alessandri // Construction and Building Materials. 2019.
41. Raftery G. M., Harte A. M. Low-grade glued laminated timber reinforced with FRP plate // Composites Part B: Engineering. 2011.