Hybridní lepené lamelové dřevo – to nejlepší z obou světů

2. července 2024

MATRIX A. S. DLOUHODOBĚ SPOLUPRACUJE S VYSOKÝMI ŠKOLAMI. SPOLUPRÁCE PROBÍHÁ V RŮZNÝCH DIVIZÍCH RŮZNÝMI ZPŮSOBY.

Divize MATRIX WOOD spolupracuje s Lesnickou a dřevařskou fakultou Mendelovy univerzity v Brně na vědeckém výzkumu. V jeho průběhu realizoval Michal Mazura v závodě v Třebešově svou diplomovou práci na téma „Experimentální mechanická analýza lepeného nosníku tvořeného kombinací lamel jehličnatých a listnatých dřev“. Diplomová práce navazuje na dříve řešený projekt Technologické agentury ČR „Tyčové a skeletové dřevostavby s využitím tvrdého dřeva“ (TJ02000171). Cílem diplomové práce bylo posoudit možnost uplatnění kombinací jehličnatého a listnatého dřeva pro hybridní lepené lamelové dřevo.

 

Nejdříve si vysvětleme, co přesně rozumíme pod pojmem lepené lamelové dřevo (známé též jako BSH–Brettschichtholz nebo GLT–Glued laminated timber). Jedná se o poměrně starý vrstvený lepený lamelový konstrukční prvek patentovaný firmou Otto Hetzerem AG již v roce 1920. Jedná se o rozměrově stabilní a přesné prvky s nízkou vlastní hmotností v poměru k hustotě vstupní suroviny. Princip výroby spočívá v plošném tloušťkovém slepení lamel ve více vrstvách na sebe do přímých nebo tvarových průvlaků (nosníků) nebo sloupů. Výhodou LLD je možnost zhotovit prvky velkých průřezů a délek obvykle do 35 m, ale v případě požadavků zákazníka můžeme spojením několika prvků dosáhnout až délek 50–100 m.

Technické požadavky a výroba LLD se řídí harmonizovanou normou ČSN EN 14080 (2013). Dominantní vstupní surovinou na evropském trhu je smrk, jsou dostupné i prvky z borovice, modřínu, buku, dubu nebo dokonce jasanu. Norma požaduje, aby lamely pro LLD byly vyrobeny z pevnostně tříděného (vizuálně nebo strojně) uměle sušeného pilařského řeziva, které je obvykle délkově nastaveno pomocí ozubového spoje. Z hlediska pevnostních tříd lamel norma definuje dvě možné varianty skladby LLD: homogenní (GLh) – všechny lamely v celém průřezu mají třídu stejnou; nebo kombinovaný (GLc) – povrchové lamely mají pevnostní třídu vyšší než středové.

Nedávné kalamity, které napáchaly škodu na smrkových porostech, a očekávaná změna druhové skladby evropských lesních porostů staví do pozornosti dřevařského průmyslu dříve opomíjené dřeviny.

Pro naplnění cílů diplomové práce byly vybrány tři dřeviny: smrk, modřín a bříza. Dřevo modřínu opadavého (Larix decidua) vyniká svojí trvanlivostí, dobrými mechanickými (MoE* = 13 500 MPa) a estetickými vlastnostmi. Bříza (Betula pendula) patří mezi roztroušeně pórovité listnaté dřeviny, je homogenní a má vyšší pevnost a tuhost (MoE = 16 100 MPa) než modřín. Obě dřeviny jsou považovány za těžko slepitelné, proto bylo dílčím cílem projektu zjistit, zda je 1K-PUR lepidlo vhodné pro výrobu tohoto typu prvku. 

Celkem bylo navrženo pět variant skladeb zkušebních prvků s rozměry (v. × š. × d.) 150 × 100 × 3 050 mm (dle ČSN EN 408+A1:2013). Vstupním materiálem byly podélně nastavené lamely o průřezu 38 × 110 mm, které byly vyrobeny na lince Leiße. Pevnost a tuhost lamely se odvíjí od kvality provedení ozubového spoje. Lepený spoj byl vytvořen pomocí lepidla PUR PURBOND S109 (10/25 min). Pro plošné lepení bylo použito 1K-PUR lepidlo Jowapur 681.30 s otevřenou dobou 30 min. Nános lepidla a souborování do lisu bylo provedeno ručně. Doba lisování byla stanovena na 120 min. 

Zkušební tělesa byla následně klimatizována ve standardních podmínkách 20 °C/65 % RVH. Před provedením mechanické zkoušky byla jedna plocha těles opatřena kontrastním bílo-černým vzorem, který umožnil následné získání pole deformací z obrazového záznamu mechanické zkoušky. Mechanická zkouška 4bodovým ohybem byla provedena ve Výzkumném centru Josefa Ressela (LDF, MENDELU v Brně) dle ČSN EN 408+A1 (2013) na hydraulickém univerzálním zkušebním stroji Labortech LabTest 6.500 schopném vyvodit zatížení 500 kN (50 t). Testované prvky byly podepřeny v rozponu 2 850 mm. Obrazový záznam zkoušky byl následně analyzován a pole deformací pro každý zkušební prvek byla získána metodou korelace digitálního obrazu (DIC).

Vyhodnocení výsledků ohybových zkoušek jednoznačně neprokázalo statisticky významné rozdíly mezi jednotlivými skupinami zkoušených variant. Z hlediska pevnosti a tuhosti však dosahovaly prvky s březovými lamelami vyšších hodnot. Nejvyšší zaznamenané zatížení přenesl prvek var. BR-BR, kdy zatížení při porušení dosáhlo 75 000 N, což odpovídá hmotnosti 7,5 t. Důležitým zjištěním bylo vytvoření vysoce kvalitního lepeného spoje 1K-PUR lepidlem, jak pro podélného nastavení lamel, tak i pro plošné lepení běžně těžko slepitelných dřevin. Z celkem 30 testovaných těles se částečné porušení v ozubových spojích objevilo pouze  dvou těles a delaminace plošného lepeného spoje pouze v případě jednoho zkoušeného prvku.

Výsledky této pilotní studie ukazují, že hybridní nosníky vytvořené kombinací listnatých a jehličnatých lamel mohou v budoucnu plnohodnotně nahradit v současnosti běžné jednodruhové lamelové prvky. V případě nedostatku jehličnatého řeziva odpovídající kvality lze uvažovat o jeho nahrazení i kulturně (plantážně) pěstovanými druhy dřev.

 

Obrázky zdroje: 
1) VARIANTY SKLADEB NOSNÍKŮ (ZKUŠEBNÍCH TĚLES) - zdroj: Bc. Mazura
2) PODÉLNĚ NASTAVENÉ LAMELY - zdroj: Ing. Děcký
3) LISOVÁNÍ SOUBORU VARIANTY MD-SM - zdroj: Ing. Děcký
4) MECHANICKÁ ZKOUŠKA 4BODOVÝM OHYBEM (PRVEK MD-MD) - zdroj: Bc. Mazura