Одной из закономерностей научно-технического прогресса является постоянный поиск путей улучшения потребительских свойств выпускаемой продукции. Это, прежде всего, связано с необходимостью оптимального использования изделий с учетом наиболее ценных свойств материалов. Для элементов несущих конструкций это прочность, с уровнем которой напрямую связана их материалоемкость.

ВВЕДЕНИЕ

В практике применения в строительстве элементов конструкций из традиционных материалов, прежде всего металла и бетона, предложен широкий выбор их марок и сортаментов в зависимости от области применения конструкций. В области деревянных конструкций в мировой практике за последние десятилетия прогресс связан с освоением сортировки пиломатериалов и готовых элементов конструкций по классам прочности, что обеспечивает экономию древесины и повышение надежности деревянных конструкций при их эксплуатации.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ПО ПРОЧНОСТИ

В зарубежной практике, начиная с 70-х годов прошлого столетия, была предложена классификация пиломатериалов по классам прочности, которая в основном связана с внедрением в практику машинных способов сортировки пиломатериалов, значительно повышающих достоверность оценки. В рамках международной организации по стандартизации (ISO) в ТК 165 при участии СССР были разработаны рекомендации по нормированию механических свойств хвойных пиломатериалов, где за основной показатель классификации взято нормативное сопротивление пиломатериалов изгибу по кромке.

С декабря 1995 г. введен в действие европейский стандарт EN 338 [1], разработанный Европейским Комитетом по стандартизации (CEN). Членами этого комитета являются национальные органы по стандартизации европейских государств. Этими государствами все принятые европейские стандарты применяются в качестве национальных без каких-либо изменений. В течение последующих лет технический уровень прочностной сортировки существенно шагнул вперед как в технологии сортировки, так и в создании необходимого оборудования. Осуществлен переход от методов механической силовой сортировки пиломатериалов по величине прогиба к бесконтактным методам сканирования физико-механических свойств древесины и размеров ее пороков. В итоге было предложено классы прочности оценивать по нормированным величинам прочности, модулю упругости и плотности древесины. Технические требования к классам регламентированы в основных европейских нормах [1], EN 1995-1-1:2004 [2], EN 14080:2013 [3], EN 15497:2014 [4]. Согласно принятой классификации, для хвойных пиломатериалов предусмотрено 12 классов от С14 до С50 с цифрой в обозначении равной нормативному значению прочности в МПа, определяемой испытаниями на изгиб по кромке образцов пиломатериалов с размерами сечения 50 х 150 мм. Классы прочности являются основным декларируемым требованием к качеству конструкционных пиломатериалов, что гарантируется изготовителем продукции.

В отечественной практике за этот период также было привлечено внимание к этой проблеме. Главным образом проводились исследования достоверности различных методов сортировки, содержащихся в публикациях [5, 6, 7, 8, 9] и были разработаны отечественные нормативные документы ГОСТ 33080-2014 [10], ГОСТ 33081-2014 [11], ГОСТ 20850-2014 [12], ГОСТ Р 57786-2024 [13], ГОСТ 19414-2023 [14], ТУ 13-722-83 [15], ТУ 13-858-85 [16], СП 64.13330.2017 [17]. Более детально результаты этих работ изложены в публикациях [18, 19, 20, 21]. В итоге была создана нормативная база, обеспечивающая возможность внедрения методов прочностной сортировки пиломатериалов в промышленность.

Несмотря на это в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко работы продолжаются и выдвинут ряд перспективных предложений, имеющих преимущества перед зарубежной практикой. Считаем, что важным вкладом по реализации плана мероприятий «Стратегии развития лесопромышленного комплекса РФ до 2030 года», утвержденного Распоряжением Правительства РФ от 20.09.2018 № 1989-р, может быть организация производства конструкционных пиломатериалов по классам прочности силами отечественных научно-технических и производственных организаций.

На отечественный рынок этот вид продукции не поставляется, а имеющиеся его производства в стране на заводах с импортными технологиями и оборудованием поставляли продукцию за границу для зарубежных владельцев. Сложившаяся практика была им очень выгодна, так как, используя дешевое российское сырье и превращая его в конструкционные пиломатериалы, – они получали существенную прибыль за пределами нашей страны. По имеющемуся опыту работы завода «Сокольский ДОК» [19] было установлено, что при помощи технологического оборудования сортировки пиломатериалов фирмы Microtec – обеспечивалась сортировка конструкционных пиломатериалов на классы прочности С24, С27 и С30. При этом также было подтверждено, что использование для сращивания пиломатериалов по длине зубчатых клеевых соединений с длиной шипа до 20 мм – обеспечивало класс прочности не выше С24, а более высокие классы обеспечивали соединения с длиной шипа 28 мм.

Создание и развитие в России собственных производств по выпуску конструкционных пиломатериалов позволит обеспечить эффективное использование пиломатериалов с учетом их реальной несущей способности, повысить надежность несущих деревянных строительных конструкций, исключить затоваривание внутреннего рынка низкосортными пиломатериалами, обеспечить реальную экономию древесины строительными компаниями.

Для конкурентоспособности создаваемых отечественных технологий сортировки пиломатериалов по прочности нами предлагается внести ряд новых положений по сравнению с зарубежными: выделить особую роль зубчатых клеевых соединений [14] для сращивания пиломатериалов по длине в качестве регулятора и определителя технически возможных высоких классов прочности при сортировке; нормировать основные показатели классификации подобных соединений – прочность и жесткость при заданной плотности древесины. Это обеспечит возможность повышения уровня достоверности сортировки и упрощения технологии ее проведения.

Для решения поставленной задачи в стране имеются: необходимая нормативно-техническая база, гармонизированная с европейскими стандартами по критерию требований к такой продукции; предприятия лесопромышленного комплекса по выпуску технологического оборудования, входящие в ассоциации комплекса: «Лестех» для производителей и разработчиков машин, оборудования и IT-решений для предприятий лесопромышленного комплекса, «Экспертный совет лесопильных предприятий» для лесопильных и лесопильно-деревообрабатывающих заводов, «Деревянного домостроения» по консолидации усилий компаний участников по развитию рынка деревянного домостроения и др.; современная научно-техническая испытательная база – ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко – институт АО «НИЦ «Строительство», для подтверждения качества продукции и ее сертификации на рынках России и в странах СНГ.

Отличие предложенных отечественных нововведений в технологию сортировки конструкционных пиломатериалов по сравнению с зарубежным подходом – введение нормированных показателей прочности и деформативности зубчатых клеевых соединений при заданной плотности древесины в зависимости от их геометрических размеров и подтверждение их соответствия заданным классам прочности. В рекомендательном порядке такие требования уже включены в ГОСТ 19414–2023 [14]. Также необходимо установить предельно допустимые виды и размеры пороков древесины по ГОСТ 2140–81 [22] для их сканирования и последующей вырезки и замены зубчатыми клеевыми соединениями в зависимости от классов прочности пиломатериалов. Это позволит упростить сортировку пиломатериалов на

деревообрабатывающих предприятиях при производстве клееных конструкций и готовых конструкционных пиломатериалов, где влажность древесины не превышает 15%, и использовать при сортировке только сканирование пороков и определение плотности древесины. Для сортировки пиломатериалов по плотности имеется возможность создать простые отечественные сканеры линейных размеров и массы сортируемых пиломатериалов, рис. 1, а нормированные величины прочности и модуля упругости будут гарантированы зубчатыми клеевыми соединениями при производственном контроле по требованиям к правилам приемки и методам испытаний по ГОСТ 19414–2023 [14].

Указанные выше предложения могут вызвать ряд вопросов, в частности по ограничению выпуска конструкционных пиломатериалов только из «сухих» заготовок группы влажности I с рекомендуемой технологической влажностью древесины до 15% согласно п. 6.2.2 по ГОСТ Р 70876-2024 [24], в то время как этим же документом в строительстве рекомендуется использовать и пиломатериалы групп влажности II – «воздушно-сухие» с влажностью 16–22%, и III – «влажные» с влажностью 23% и более, в зависимости от классов условий эксплуатации по СП 64.13330.2017 [17]. Кроме того, возникает вопрос обязательного выпуска конструкционных пиломатериалов только с применением зубчатых клеевых соединений, что исключается для пиломатериалов групп влажности II и III, вместо того чтобы аттестовать пиломатериалы заданных размеров по ГОСТ 8486–86 [23]. При этом также немаловажны дополнительные финансовые затраты на сушку пиломатериалов, составляющие в среднем до 15% от их стоимости.

С учетом необходимости повышения технологичности производственных процессов изготовления несущих элементов деревянных строительных конструкций, особенно в будущем, совершенно очевидны преимущества новых предложений. Это в первую очередь связано с широким использованием зубчатых клеевых соединений как регулятора качества конструкционных пиломатериалов. Без использования этого вида соединений невозможно изготовление эффективного, экономичного и надежного сортамента этого вида продукции с заданными свойствами.

Что касается групп влажности древесины, то будущее за расширением использования «сухих» пиломатериалов с применением клеевых соединений, позволяющих повысить достоверность оценки зависимости прочности от пороков и физико-механических свойств пиломатериалов, обеспечить классификацию конструкционных пиломатериалов по прочности, снизить вероятность поражения биологическими агентами элементов конструкций в процессе эксплуатации. «Влажные» пиломатериалы следует рассматривать только как сырье для получения продукции с повышенными потребительскими свойствами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проводимые ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко в этом направлении исследования и патентование новых способов повышения прочности зубчатых клеевых соединений позволят подтвердить технически целесообразные классы прочности конструкционных пиломатериалов.

Предлагаемая конструкция полезной модели сборной фрезы по патенту № 229258 приведена на рис. 2.

Российским предприятием в г. Муром разработаны чертежи фрезы и готовится выпуск ее экспериментальных образцов. Ожидается, что наиболее целесообразным будет сортировать пиломатериалы с классами прочности до С30 по ГОСТ 33080–2014 [10] при их сращивании по длине зубчатыми соединениями I категории прочности по ГОСТ 19414-2023 [14] и до С35 при реализации патентованного способа изготовления зубчатых клеевых соединений и полезных моделей фрез. Это позволит осуществить переход на использование повышенных классов прочности, принятых по СП 64.13330–2017 [17] для проектирования массивных и клееных элементов конструкций, наряду с практически единственно используемым в отечественной практике классом С24, обеспечивая экономию древесины до 15–20%.

На конструкцию фрезы для зубчатых шипов по указанному ГОСТ российским предприятием разработаны чертежи, рис. 3. Также изготовлены опытные образцы инструмента. Отечественные фрезы требуют всесторонних производственных испытаний на износостойкость. Сращиваемые пиломатериалы требуют проведения испытаний на соответствие получаемых клеевых соединений классам прочности.

В этих вопросах инициативу должны проявить действующие ассоциации лесопромышленного комплекса страны, в первую очередь ассоциация «Лестех».

Освоение отечественными предприятиями производства конструкционных пиломатериалов по ГОСТ 33080–2014 [10] позволит более эффективно решать вопросы рационального использования пиломатериалов при производстве различных видов деревянных строительных конструкций. Это позволит широко использовать при изготовлении многослойных клееных конструкций преимущественно низкосортных пиломатериалов по ГОСТ 8486-86 [23] рассортированных по низким классам прочности С16, С20, подтверждая тем самым преимущество этого вида конструкций по обеспечению высокой прочности по требованиям ГОСТ 33081-2014 [11], а при изготовлении массивных деревянных конструкций по ГОСТ Р 70876-2024 [24] - обеспечение существенного снижения их материалоемкости за счет использования высоких классов прочности С27, С30 и С35.

Для реализации предлагаемого проекта освоения производства конструкционных пиломатериалов в нашей стране научным подразделением ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство»» может быть составлена рабочая программа проекта с привлечением заинтересованных заказчиков.

Ю. Ю. Славик, Н.Ч. Андрыщак

ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко

Список литературы