Український журнал лісівництва та деревинознавства

Обґрунтування ефективності виробництва пустотілого брусу з низькосортної деревини сосни

Юрій Лакида, Артем Харчук*

gunevich3@gmail.com

Завантажити статтю
Анотація

Актуальність дослідження зумовлена необхідністю раціонального використання лісових ресурсів та переходу будівельної галузі на засади циркулярної економіки. Тонкомірна деревина сосни звичайної (Pinus sylvestris), яка часто вважається відходом або дров’яною сировиною, має значний потенціал для створення високонавантажених конструкційних елементів. Метою роботи було механіко-технологічне обґрунтування використання природних обкорованих поверхонь для формування внутрішньої порожнини брусу та визначення оптимального типу адгезиву. Для досягнення мети використано методи експериментальної механіки: зразки піддавали чотириточковому статичному згину відповідно до вимог стандарту ДСТУ EN 408:2007. Оцінено вплив полівінілацетатної дисперсії (ПВА) та поліуретанового клею (ПУР) на міцність складених балок. Основні результати дослідження доводять, що переріз із «зіркоподібною» порожниною дозволяє зменшити масу виробу на 14 % при втраті моменту опору лише на 0,77 %. Експериментально підтверджено, що застосування полівінілацетатного адгезиву нівелює концентрацію напружень у гострих кутах порожнини, утвореної обкорованою деревиною ламелей. Це забезпечує зростання межі міцності на 85,8 % порівняно з цільним брусом. Встановлено, що руйнування таких зразків носить виключно когезійний характер по масиву деревини, що свідчить про високу надійність армуючого полімерного каркаса. Натомість використання еластичного поліуретанового клею виявилося неефективним через ініціацію адгезійного розшарування (приріст міцності склав лише 2,0 %). Фрактографічний аналіз показав, що мікропориста структура поліуретану не витримує пікових напружень. Розроблена ресурсозберігаюча технологія пустотілого брусу дозволяє отримати виріб, конструктивна якість (питома міцність) якого на 116 % перевищує показники суцільного масиву. Впровадження таких інноваційних підходів мінімізує енерговитрати на механічну обробку та сприяє довготривалому депонуванню вуглецю в будівельних конструкціях

Ключові слова

пустотілий брус; тонкомірна деревина; полівінілацетатна дисперсія; статичний згин; циркулярна економіка; обкорована поверхня

ЦИТУВАТИ
Lakyda, Yu., & Kharchuk, A. (2026). The justification for the efficiency of manufacturing hollow timber beams from low-grade Scots pine timber. Ukrainian Journal of Forest and Wood Science, 17(1), 57-71. https://doi.org/10.31548/forest/1.2026.57
Використані джерела
  1. Abad, F., Rameezdeen, R., & Chileshe, N. (2024). Circular economy design strategies in mass timber construction: A systematic literature review. Smart and Sustainable Built Environment. doi: 10.1108/SASBE-05-2024-0183.
  2. Balasbaneh, A.T., & Sher, W.A. (2026). Systematic literature review of life cycle sustainability assessment of mass timber in the construction industry toward circular economy. Environment, Development and Sustainability, 28, 14073-14109. doi: 10.1007/s10668-024-05377-9.
  3. DSTU EN 408:2007 “Structural timber. Structural and glued laminated timber. Determination of certain physical and mechanical properties”. (2007). Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=66659.
  4. European Green Deal. (2019, December). Retrieved from https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=COM%3A2019%3A640%3AFIN.
  5. European Panel Federation. (2024). Annual report. Brussels: European Panel Federation.
  6. Faircloth, A., Gilbert, B.P., Kumar, C., Leggate, W., & McGavin, R.L. (2024). Understanding the adhesion performance of glued laminated timber manufactured with Australian softwood and high-density hardwood species. European Journal of Wood and Wood Products, 82(6), 2013-2028. doi: 10.1007/s00107-024-02138-3.
  7. Frihart, C.R. (2005). Wood adhesion and adhesives. In R.M. Rowell (Ed.), Handbook of wood chemistry and wood composites (pp. 215-278). Boca Raton: CRC Press. doi: 10.1201/9781420004926.
  8. Ghobadi, M., & Sepasgozar, S.M.E. (2023). Circular economy strategies in modern timber construction as a potential response to climate change. Journal of Building Engineering, 77, article number 107229. doi: 10.1016/j.jobe.2023.107229.
  9. Hass, P., Wittel, F.K., & Niemz, P. (2013). Generic failure mechanisms in adhesive bonds. Holzforschung, 67. doi: 10.48550/arXiv.1509.03437.
  10. Iždinský, J., Reinprecht, L., Sedliačik, J., Kúdela, J., & Kučerová, V. (2021). Bonding of selected hardwoods with PVAc adhesive. Applied Sciences, 11(1), article number 67. doi: 10.3390/app11010067.
  11. Kamke, F.A., & Lee, J.N. (2007). Adhesive penetration in wood a review. Wood and Fiber Science, 39(2), 205-220.
  12. Kläusler, O., Clauß, S., Lübke, L., Trachsel, J., & Niemz, P. (2013). Influence of moisture on stress-strain behaviour of adhesives used for structural bonding of wood. International Journal of Adhesion and Adhesives, 44, 57-65. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2013.01.015.
  13. McGavin, R.L., & Leggate, W. (2019). Comparison of processing methods for small-diameter logs: Sawing versus rotary peeling. BioResources, 14(1), 1545-1563. doi: 10.15376/biores.14.1.1545-1563.
  14. Niemz, P., & Sonderegger, W. (2017). Physics of wood and wood-based materials. Munich: Carl Hanser Verlag. doi: 10.3139/9783446445468.
  15. Perković, N., & Rajčić, V. (2022). Mechanical and fire performance of innovative hollow glue-laminated timber beams. Polymers, 14(16), article number 3381. doi: 10.3390/polym14163381.
  16. Perković, N., Barbalić, J., Rajčić, V., & Duvnjak, I. (2022). Compressive strength properties perpendicular to the grain of hollow glue-laminated timber elements. Polymers, 14(16), article number 3403. doi: 10.3390/polym14163403.
  17. Schubert, M., & Kläusler, O. (2020). Applying machine learning to predict the tensile shear strength of bonded beech wood as a function of the composition of polyurethane prepolymers and various pretreatments. Wood Science and Technology, 54, 19-29. doi: 10.1007/s00226-019-01144-6.
  18. Shang, P., Sun, Y., Zhou, D., Qin, K., & Yang, X. (2018). Experimental study of the bending performance of hollow glulam beams. Wood and Fiber Science, 50(1), 3-19. doi: 10.22382/WFS-2018-002.
  19. Tran, A., Konnerth, J., & Gindl-Altmutter, W. (2024). Adhesive strength and micromechanics of wood bonded at different moisture contents. International Journal of Adhesion and Adhesives, 132, article number 103688. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2024.103688.
  20. UNECE/FAO. (2023). Circularity concepts in wood construction (ECE/TIM/DP/95). Geneva: United Nations Economic Commission for Europe and Food and Agriculture Organization.
  21. Xu, C., Cao, Y., Chen, H., & Nie, Y. (2022). Large-scale and high-resolution visualization of static mechanical properties of wood-adhesive interphase utilizing nanoindentation mapping. Wood Science and Technology, 56, 1029-1045. doi: 10.1007/s00226-022-01394-x.