ПРОЧНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИЕЙ С НАНОСТРУКТУРНЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ

Увеличение прочностных свойств деревянных конструкций является важной задачей. Древесина может иметь множество дефектов, связанных с природным строением (пороки) или полученных во время эксплуатации (загнивание, усушка и т.д.). Для повышения прочности древесины и, следовательно, несущей способности конструкций на ее основе, используют как традиционные методы (усиление металлом, бетоном или железобетоном), так и перспективные в настоящее время методы модификации полимерными составами, в том числе с наноструктурным наполнителем. В настоящей работе выполнено исследование по определению прочности образцов модифицированной древесины на сжатие вдоль волокон. Были рассмотрены четыре различные смолы и два наполнителя - углеродные нанотрубки и карбоксилированные углеродные нанотрубки, которые добавлялись в связующее в разных процентных соотношениях (от 0 до 1,1 %). В качестве модификации была применена технология импрегнирования низковязкой полимерной композиции в тело древесины с использованием импульсного воздействия избыточного давления по режиму 10-5-10-5-10 мин. Модифицированные образцы испытывались при кратковременном действии нагрузок до разрушения. Результатами испытания на образцах определена возможность повышения прочности и снижения деформативности деревянных конструкций, модифицированных полимерной композицией на основе смолы с добавлением наноструктурного наполнителя.

строительство, древесина, модификация, полимер, прочность

1. Bukauskas Aurimas, Mayencourt Paul, Shepherd Paul, Sharma Bhavna, Mueller Caitlin, Walker Pete, Bregulla, Julie. Whole Timber Construction: A State of the Art Review. Construction and Building Materials. 2019. No. 213. Pp. 748-769. doi:10.1016/j.conbuildmat.2019.03.043

2. Chaoji, Chen and Kuang, Yudi and Zhu, Shuze and Burgert, Ingo and Keplinger, Tobias and Gong, Amy and Li, Teng and Berglund, Lars and Eichhorn, Stephen and Hu, Liangbing. Structure-property-function relationships of natural and engineered wood. Nature Reviews Materials. 2020. No. 5. Pp. 1-25. doi:10.1038/s41578-020-0195-z

3. Donaldson, Lloyd. Wood cell wall ultrastructure The key to understanding wood properties and behaviour. IAWA Journal. 2019. No. 40. Pp. 645-672. doi:10.1163/22941932-40190258

4. Walsh-Korb, Zarah and Avérous, Luc. Recent developments in the conservation of materials properties of historical wood. Progress in Materials Science. 2018. No. 102. doi:10.1016/j.pmatsci.2018.12.001

5. Roshchina S., Lukin M., Lisyatnikov M.Compressed-Bent Reinforced Wooden Elements with Long-Term Load. Proceedings of EECE 2019 : Energy, Environmental and Construction Engineering. St. Petersburg, Russia. 2019. Pp. 81-91. doi:10.1007/978-3-030-42351-3_7

6. Лукина А.В. Совершенствование технологии восстановления деструктированной древесины в элементах деревянных конструкций: специальность 05.21.05 "Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки": автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Лукина Анастасия Васильевна. Архангельск, 2014. 22 с

7. Tanasa, Fulga and Teacă, Carmen-Alice and Zănoagă, Mădălina. Protective coatings for wood. 2021. doi:10.1016/b978-0-444-63237-1.00006-1

8. Lisyatnikov M.S., Roshchina S.I., Chukhlanov V.Y., Ivaniuk A.M. Repair compositions based on methyl methacrylate modified with polyphenylsiloxane resin for concrete and reinforced concrete structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vladimir, 2020. 012113 p. doi:10.1088/1757-899X/896/1/012113

9. Lukin M., Prusov E., Roshchina S. [et al.]. Multi-Span composite timber beams with rational steel reinforcements. Buildings. 2021. Vol. 11. No. 2. Pp. 1-12. doi:10.3390/buildings11020046

10. Friedrich, Daniel. Thermoplastic moulding of Wood-Polymer Composites (WPC): A review on physical and mechanical behaviour under hot-pressing technique.Composite Structures. 2021. No. 262. P. 113649. doi:10.1016/j.compstruct.2021.113649

11. Lee, Seng Hua and Ashaari, Zaidon and Lum, Wei and Ang, Aik and Juliana, A.H. PENG, TAN and Chin, Kit Ling and M. Tahir, Paridah. Thermal treatment of wood using vegetable oils: A review. Construction and Building Materials. 2018. No. 181. doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.06.058

12. Roshchina S., Gribanov A., Lukin M. [et al.]. Investigation of the Stress-Strain State of Wooden Beams with Rational Reinforcement with Composite Materials. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. Vol. 182. Pp. 475-483. doi:10.1007/978-3-030-85236-8_42

13. Wang, Xianju and Tu, Dengyun and Chen, Chuanfu and Zhou, Qiaofang and Huang, Huixian and Zheng, Zehao and Zhu, Zhipeng. A thermal modification technique combining bulk densification and heat treatment for poplar wood with low moisture content. Construction and Building Materials. 2021. No. 291. P. 123395. doi:10.1016/j.conbuildmat.2021.123395

14. Лукина А.В., Сергеев М.С. Исследование напряженно-деформированного состояния композитных деревянных балок // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы Международных академических чтений. Курск: Курский государственный университет, 2021. С. 183-190

15. Broda, Magdalena and Mazela, Bart. Application of methyltrimethoxysilane to increase dimensional stability of waterlogged wood. Journal of Cultural Heritage. 2017. No. 25. Pp. 149-156. doi:10.1016/j.culher.2017.01.007

16. Broda, Magdalena and Mazela, Bart. Application of methyltrimethoxysilane to increase dimensional stability of waterlogged wood. Journal of Cultural Heritage. 2017. No. 25. Pp. 149-156. doi:10.1016/j.culher.2017.01.007

17. Сергеев М.С., Лукина А.В., Грибанов А.С., Стрекалкин А.А. Развитие исследования деревокомпозитных балок с симметричным армированием // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. №7. С. 46-49

18. Britch M. and Gorbachov N. and Koznacheev Ivan and Makarenko D. Elastic tensions in a wood material subjected to thermo-mechanical treatment by pressure drop. Thermal Science and Engineering Progress. 2019. No. 16. P. 100457. doi:10.1016/j.tsep.2019.100457

19. Патент № 2697564 C1 Российская Федерация, МПК C08L 63/02, C08K 5/17, C08K 5/10. Компонентный состав полимерной композиции для восстановления деструктивных участков элементов деревянных конструкций : № 2018124141 : заявл. 02.07.2018 : опубл. 15.08.2019 / С.И. Рощина, Е.А. Смирнов, М.В. Лукин [и др.], заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)

20. Патент № 2713115 C1 Российская Федерация, МПК B27K 3/08. Способ локальной модификации древесины в строительных конструкциях: № 2018139477 : заявл. 07.11.2018 : опубл. 03.02.2020 / С. И. Рощина, А.С. Грибанова, М.С. Лисятников [и др.], заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)

21. Lukina A., Roshchina S., Lisyatnikov M. [et al.]. Technology for the Restoration of Wooden Beams by Surface Repair and Local Modification. Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. Vol. 403. Pp. 1371-1379. doi:10.1007/978-3-030-96383-5_153

22. Болтовский В.С., Остроух О.В., Кардаш Ю.Н. Термохимическое модифицирование древесины диановой смолой // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. 2018. Т. 54. №1. С. 103-108

23. Lukina A., Roshchina S., Gribanov A. Method for Restoring Destructed Wooden Structures with Polymer Composites. Proceedings of EECE 2020 : Energy, Environmental and Construction Engineering. St. Petersburg, Russia. 2020. Pp. 476-474. doi:10.1007/978-3-030-72404-7_45

24. Qiu H. and Han Y. and Fan D. and Li G. and Chu F. Progress in Chemical Modification of Fast-Growing Wood. Cailiao Daobao/Materials Review. 2018. No. 32. Pp. 2701-2708. doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2018.15.023

25. Gribanov A., Glebova T., Roschina S. Restoration of Destructive Wood in Supporting Zones of Wooden Beams. Proceedings of EECE 2019: Energy, Environmental and Construction Engineering. St. Petersburg, Russia, 2019. Pp. 157-166. doi:10.1007/978-3-030-42351-3_14

26. Sandberg Dick and Kutnar Andreja and Mantanis George. Wood modification technologies - A review. IForest - Biogeosciences and Forestry. 2017. No. 10. Pp. 895-908. doi:10.895-908.10.3832/ifor2380-010

27. Gribanov A.S., Roshchina S.I., Naichuk A.Y., Melekhov V.I. Wooden beams with local wood modification. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vladimir, 2020. 012067 p. doi:10.1088/1757-899X/896/1/012067

28. Miklečić Josip and Turkulin H. and Jirous-Rajkovic, Vlatka. Weathering performance of surface of thermally modified wood finished with nanoparticles-modified waterborne polyacrylate coatings. Applied Surface Science. 2017. No. 408. doi:10.1016/j.apsusc.2017.03.011

29. Łukawski, Damian and Lekawa-Raus, Agnieszka and Lisiecki, Filip and Koziol, Krzysztof and Dudkowiak, Alina. Towards the development of superhydrophobic carbon nanomaterial coatings on wood. Progress in Organic Coatings. 2018. No. 125. Pp. 23-31. doi:10.1016/j.porgcoat.2018.08.025

30. Papadopoulos Antonios and Bikiaris Dimitrios and Mitropoulos Athanasios and Kyzas George. Elastic tensions in a wood material subjected to thermo mechanical treatment by pressure drop. Nanomaterials. 2019. No. 9. P.607. doi:10.3390/nano9040607

31. Teng Teck Jin and Mat Arip, Mohamad Nasir and Sudesh, Kumar and Nemoikina, Anna and Jalaludin, Zaihan and Ng, Eng-Poh and Lee, Hooi-Ling. Conventional Technology and Nanotechnology in Wood Preservation: A Review. Bioresources. 2018. No. 13. Pp. 9220-9252. doi:10.15376/biores.13.4.Teng

32. Muhammad, Adamu and Rahman, Md and Hamdan, Sinin and Bakri, Muhammad Khusairy and Md Yusof, Fahmi Asyadi. Impact of Polyvinyl Alcohol/Acrylonitrile on Bamboo Nanocomposite and Optimization of Mechanical Performance by Response Surface Methodology. Construction and Building Materials. 2020. No. 258. P. 119693. doi:10.1016/j.conbuildmat.2020.119693

33. Chen, Fengjuan and Gong, Amy and Zhu, Mingwei and Chen, Guang and Lacey, Steven and Jiang, Feng and Li, Yongfeng and Wang, Yanbin and Dai, Jiaqi and Yao, Yonggang and Song, Jianwei and Liu, Boyang and Fu, Kun and Das, Siddhartha and Hu, Liangbing. Mesoporous. Three-Dimensional Wood Membrane Decorated with Nanoparticles for Highly Efficient Water Treatment. ACS nano. 2017. No. 11. doi:10.1021/acsnano.7b01350

34. Gao, Chang and Huang, Liang and Yan, Libo and Jin, Ruoyu and Chen, Haoze. Mechanical properties of recycled aggregate concrete modified by nano-particles. Construction and Building Materials. 2020. No. 241. doi:10.1016/j.conbuildmat.2020.118030

35. Esmailpour, Ayoub and Majidi, Roya and Taghiyari, Hamid Reza and Ganjkhani, Mehdi and Mohseni, Seyed Majid and Papadopoulos, Antonios. Improving Fire Retardancy of Beech Wood by Graphene. Polymer. 2020. No. 12. P. 303. doi:10.3390/polym12020303

36. Kolya, Haradhan and Kang, Chunwon. Polyvinyl acetate/reduced graphene oxide-poly (diallyl dimethylammonium chloride) composite coated wood surface reveals improved hydrophobicity. Progress in Organic Coatings. 2021. No. 156. P. 106253. doi:10.1016/j.porgcoat.2021.106253

37. Papageorgiou, Dimitrios and Kinloch, Ian and Young, Robert. Mechanical Properties of Graphene and Graphene-based Nanocomposites. Progress in Materials Science. 2017. No. 90. doi:10.1016/j.pmatsci.2017.07.004

38. Iqbal, Akm and Sakib, Nazmus and Iqbal, A.K.M. and Nuruzzaman, Dewan. Graphene-based nanocomposites and their fabrication, mechanical properties and applications. Materialia. 2020. No. 12. P. 100815. doi:10.1016/j.mtla.2020.100815