В год производится около 18 млн. кв. метров деревянного жилья. Древесина широко применяется для изготовления окон, дверей, отделочных материалов и многого другого. Она естественно разлагается и не вредит природе, однако из-за сравнительно невысокой прочности не может активно применяться в конструкциях с большой нагрузкой (например, при постройке мостов, больших залов).

Чтобы это исправить, её усиливают волокнами металла. Проблема в том, что они со временем ржавеют и изнашиваются. Учёные Пермского Политеха нашли способ укрепить древесину без использования материалов, подверженных коррозии.

Дерево – один из самых экологичных и эстетичных материалов, широко используемых в строительстве. Однако оно обладает невысокой прочностью и деформируется в зависимости от погодных условий: при повышенной влажности разбухает, а при высыхании сжимается.

Невысокие прочностные показатели и изменение состояния древесины в процессе эксплуатации нарушает пропорции всей конструкции и может стать причиной её непригодности. В качестве примеров можно привести балки перекрытий, перегрузка которых приводит к большим прогибам.

— Чтобы не допустить подобных изменений, обычно дерево укрепляют металлическими пластинами, стержнями или волокнами. Здесь тоже есть свои минусы: появление ржавчины на металле при контакте с влажной древесиной. Из-за отличий в прочности древесины и волокон металла они по-разному реагируют на нагрузки. В конечном итоге такой метод работает недостаточно эффективно, – комментирует Денис Злобин, магистр кафедры «Строительные технологии» ПГАТУ.

Учёные из Пермского Политеха и Пермского государственного аграрно-технологического университета имени академика Д. Н. Прянишникова предложили новый способ – армирование, то есть усиление древесины базальтовыми волокнами (тонкими нитями из расплавленного камня). Они были выбраны в качестве укрепляющего материала, так как не ржавеют, хорошо совместимы с деревом, не создают внутренних напряжений.

— В отличие от традиционных способов, где часто армируются только поверхности, наш подход предполагает смешивание с клеем и равномерное распределение волокон внутри изделия, клеёного из доски – а именно в швах между отдельными досками.

Для проверки эффективности нашей технологии мы сравнили образцы, укреплённые базальтовыми волокнами, с обычными. Затем на специальной установке прикладывали нагрузку сверху и изучали, через какое время материал не просто гнётся под весом, а начинает ломаться.

Результаты показали, что армированные объекты выдерживают нагрузку на 9% больше, а разрушаются более плавно, что говорит о повышенной устойчивости к воздействиям.

Базальт также обладает высокой стойкостью к коррозии и лучше сочетается с древесиной, чем металлическая арматура, – комментирует Ольга Третьякова, доцент кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение» ПНИПУ, кандидат технических наук.

Новый подход может стать важным шагом в развитии экологичного и экономичного строительства благодаря сочетанию природных материалов с современными технологиями армирования. Методика учёных Пермского Политеха позволяет укрепить прочность древесины для более обширного применения и выдерживания больших грузов, например, в мостах, многоэтажных зданиях или большепролётных конструкциях.

В дальнейшем учёные планируют изучить другие виды волокон (стекло, углерод), поведение укреплённых ими конструкций под разными нагрузками и разработать практические рекомендации для строителей.