ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕНОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ДЕРЕВЯННОГО ДОМОСТРОЕНИЯ

Древесина – уникальный по своим свойствам материал. С давних времен ее используют во всех видах деятельности человека. Это и как топливо, и как строительный материал, и как отделочный, и как поделочный и т.д. Но основное назначение древесины – это строительство.

Если природные ископаемые (нефть, газ, уголь и др.) не меняют своих физических свойств во времени, то древесина изменяет, например, диаметр, плотность или ее качество. Россия обладает самыми большими запасами древесного сырья с самым разным породным составом. Это такие как, например, лиственные породы (береза, бук, дуб, липа и др.) и хвойные (сосна, ель, пихта, кедр и др.).

Запасами древесного сырья мы обеспечены надолго, но бережное отношение к нему - это задача отрасли. В последнее время наблюдается тенденция на уменьшение толщины сырья для ее переработки. Если в прошлом столетии толщина перерабатываемого сырья в среднем составляла 30…70 см, то по данным специалистов в области заготовки древесины тенденция изменения в сторону уменьшения диаметра ствола пошла резко вверх и составляет в среднем 20…50 см.

Поэтому возникает проблема рационального использования сырья меньшего диаметра. Оцилиндрованное бревно диаметром 180…220 мм, подходит для беседок или хозяйственных строений, кроме того для небольших бань, которые не используются круглый год. А бревна с диаметром от 300 мм до 400 мм – лучший вариант. Такой дом или баня с таким диаметром бревна прослужит вам многие годы, оставаясь всегда теплым и прочным. Для осуществления правильной постройки дома из бревна нужно соблюдать определенную формулу. Это специальная формула указана в СНиПе (ширина бревна равна половине диаметра). Тепловые свойства дома будут напрямую зависеть от толщины паза в оцилиндрованном бревне. Так, у 220 мм бревна паз равняется 110 мм, а у 26-сантиметрового эта величина будет составлять 13 сантиметров. Есть границы используемых бревен и в домостроении. Практика и опыт производственников деревянных домов показывают, что оптимальная толщина оцилиндрованого бревна для дома, в котором собираются жить постоянно, составляет 24…26 сантиметров. А куда использовать сырье, которое по ГОСТ 9463-2016 «Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия» относится к мелким (это толщины от 6 до 13 см) и средним (это толщины от 14 до 24 см).

Из теории раскроя древесного сырья [1, 2] известно, что уменьшение диаметра бревна ведет к уменьшению полезного выхода пиломатериалов и вот поэтому, переработка тонкомера в пиломатериалы не выгодна. В литературных источниках [2, 3 и др.] очень часто встречается понятие – тонкомерное сырье, тонкомер, но ГОСТ 23827-79 «Сырье древесное тонкомерное. Технические условия» определяет размеры древесного тонкомерного сырья: по длине от 1,0 м до 3,0 м толщина от 2см до 6 см. Этот стандарт распространяется на тонкомерное сырье хвойных и лиственных пород, заготавливаемое в круглом виде и предназначенное для производства технологической щепы. Такие размеры не попадают для изготовления пиломатериалов и для малоэтажного домостроения. Поэтому будем использовать термин мелкие и средние круглые лесоматериалы.

Согласно статистике, на территории Российской Федерации примерно 30…40 % сваленного на вырубке леса перерабатывается в пиломатериалы: доски, брусья и т.п. А остальные 60…70 % имеют существенные дефекты или являются тонкомером. Еще одним минусом переработки мелких и средних круглых лесоматериалов на пиломатериалы является применение обычных ленточных или дисковых пилорам. При этом переработка мелких и средних круглых лесоматериалов этим оборудованием становится не рентабельной и даже убыточной, поэтому требуются специализированное    оборудование, предназначенное для распиловки мелких и средних круглых лесоматериалов.  

 Мелкие и средние круглые лесоматериалы получаются при раскряжевке толстых стволов – это верхушки и по мере отдаления от комлевой части ствола диаметр бревна уменьшается. Раскряжеванные бревна сортируются по размеру 70…130 мм; 120…200 мм; а также 210…300 мм. Последняя группа наиболее рентабельна для распиловки и получения досок, т.к. появились совершенные станки конкретно для переработки мелких и средних круглых лесоматериалов. Наиболее рентабельной является переработка мелких и средних круглых лесоматериалов в брус. При таком подходе получается минимальный отход стружки и горбыля, при этом распил осуществляется только с бревнами большего сечения, обычно от 200 мм. Станки, рассчитанные специально под мелкие и средние круглые лесоматериалы, могут сделать из леса толщиной 220 мм стандартный брус размером 160х160 мм.

Чем еще хорош мелкий и средний круглый лесоматериал? От относительно молодой и повышенной плотности лес. Центральная зона мелкого и среднего круглого лесоматериала плотнее, чем у старого толстого леса. Такая древесина редко бывает зараженным гнилью с испорченными выпадающими сучками. На таком сырье практически не бывает смоляных кармашек, что часто бывает в сосне. Опять же, высококачественной древесины в мелком и среднем круглом лесоматериале больше в процентном отношении, но ее извлечение из большого делового леса сложнее и поэтому ценность тонких бревен невысокая, несмотря на достоинства. Вот поэтому для распиловки такой круглый лес является менее рентабельным, и он часто используется в качестве топлива, а еще чаще остается в местах заготовки. Кроме того, заготовка мелкого и среднего круглого лесоматериала специально не ведется. Бревна категории мелкие и средне круглые лесоматериалы нельзя в полной мере относить к категории строительный лес.

Так, где же можно найти применение мелким и средним круглым лесоматериалам?

В домостроении толщина стены во многом зависит от климатической зоны. По данным [4, 5] нижняя граница оцилиндрованного бревна для деревянного домостроения в Подмосковье составляет 30 см, а уменьшение толщины бревна приводит к дополнительному утеплению конструкции.

Австрийский изобретатель Георг Ганаус нашел применение использования тонкомерного сырья в технологии Naturi [6]. Элемент стены изготавливается на высокоточном фрезерно-строгальном оборудовании из заготовки, которая должна иметь влажность деталей при их изготовлении и приемке в пределах 14 ±2% согласно [7]. Сушка заготовок – камерная. Заготовки должны иметь компенсационные пропилы, чтобы уменьшить количество и величину трещин, возникающих при сушке. Номинальные размеры деталей: - внешний профильный брус 2900 х 115 х 60 мм; - внутренний профильный брус 2900 х 115 х 115 мм; - диаметр нагелей 25 мм для монтажа стены.

Рисунок 1 – Стеновая конструкция по технологии  Naturi

Толщина стен (см.рис.1), собранных из таких элементов, может варьироваться в пределах 20-40 см (хотя оптимальный показатель – это 30 см). А готовые стены отличаются хорошими теплотехническими показателями. Теплотехнические показатели – коэффициент теплопередачи стены толщиной 200 мм должен быть не выше k = 0,44 Вт/м2·К, 300 мм должен быть не выше k = 0,35 Вт/м2·К, для стены толщиной 400 мм не выше k = 0,27 Вт/м2·К [7].

Плюсы изготовления стеновой конструкции по данной технологии следующие:

- можно использовать мелкие и средние круглые лесоматериалы;

- отсутствие усадки дома;

- высокий показатель ветрозащиты, нет необходимости в дополнительных прокладках утеплителя;

- дома строятся в кратчайшие сроки;

- дерево имеет меньший вес по сравнению с бетоном, кирпичом, а поэтому нет необходимости в дорогостоящем тяжелом фундаменте;

- древесина обладает низкой теплопроводность и поэтому в доме летом прохладно, а зимой тепло;

- экологичность древесины.

Минусы: - брусья проходят очень сложную обработку, используется дорогое высокоточное (для изготовления профиля) оборудование; - элементы конструкции нельзя использовать многократно; - для сборки конструкции стены применяются нагеля; - для изготовления профиля бруса необходима сушка древесного сырья.     

Анализ литературных источников и технологии Naturi позволил нам предложить свою технологию изготовления стеновой конструкции для деревянного домостроения с использованием мелких и средних круглых лесоматериалов [8, 9]. Профиль элемента стеновой конструкции разработанного нами представлен на рисунке 2 и 3.

1-профиль бруса; 2- симметричный профиль; 3 – замок соединения профилей; 4 и 5 – возможные варианты профиля и симметричного профиля

Рисунок 2 – предлагаемая конструкция стены из профиля бруса «треугольной» формы

Сначала был предложен вариант, представленный на рисунке 2. Но основным недостатком данного варианты было то, что в процессе сборки стеновой конструкции, необходимо с помощью нагелей или других закрепляющих элементов фиксировать полученные блоки А и Б (рис.2) между собой, что усложняло процесс монтажа. Поэтому этот вариант был доработан и предложен вариант, который представлен на рисунке 3.

1-профиль бруса; 2 и 3- половинки профиля бруса 1; 4 – «замок» соединения; 5 – возможные варианты профиля бруса 1

Рисунок 3 – предлагаемая конструкция стены из профиля бруса 1

 Данная технология позволяет заменить технологию Naturi.

Выводы:

1. Предложенная технология позволяет изготавливать элемент стены как из сухого материала, так и из сырого.

2. Предложено два варианта профиля.

3. Для изготовления профиля не требуется дорогое высокоточное оборудование. Достаточно иметь четырех - сторонний продольно фрезерный станок или фрезерно-брусующий.

4. Толщину стены можно формировать любой толщины из-за особенности профиля элемента, поэтому можно подобрать оптимальную толщину стен, чтобы в доме всегда была комфортная температура.

5. Благодаря наличию замкового соединения между элементами конструкция стены обладает повышенной ветрозащитой.

6. Для уменьшения усадки конструкции можно использовать сырье с влажностью 10 ± 2 %.

7. Поверхность стены не требует дополнительной отделки.