(ПГС02 2016) Строительные материалы. Нормативная база Материаловедение

• Название: Нормативная база Материаловедение
• Анкор: (ПГС02 2016) Строительные материалы
• Дата: 24.02.2023
• Размер: 1.71 Mb.
• Имя файла: (ПГС02 2016) Строительные материалы.docx
• Тип: Закон; #953171
• страница: 6 из 19

4.5. Механические свойства древесины

Описание

Все механические свойства древесины как анизотропного волокнистого материала в большей степени зависят от того, под каким углом к волокнам направлена сила, наличие пороков, породы дерева, его плотности, влажности. Прочность древесины определяют путем испытания малых, чистых без видимых (без видимых пороков) образцов древесины.
4.5.1. Определение предела прочности древесины на сжатие вдоль волокон

(ГОСТ 16483.10-73. Древесина. Метод определения предела прочности при сжатии вдоль волокон)

Для определения предела прочности при сжатии древесины вдоль волокон перед испытанием вычисляют площадь поперечного сечения образца-призмы F(см²), измеряя его размеры посередине длины с погрешностью не более 0,1мм.Образец помещают строго по центру плиты пресса (в приспособление для испытания на сжатие)и нагружают равномерно с такой скоростью, чтобы он разрушился через (1,0±0,5)мин после начала нагружения (см. рис. 4.4). Разрушающую нагрузку P измеряют с погрешностью не более 1%.

Рис. 4.4. Определение предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон

 

Предел прочности образца при сжатии вдоль волокон R_cж^W (МПа) при влажности W в момент испытания определяют по формуле:

RcжW=(P/F)·10  (МПа),

(4.2)

где: P–  разрушающая нагрузка, кН.

F – площадь поперечного сечения образца, см².

Результат вычисляют и округляют до 0,5 МПа.

Предел прочности  древесины при сжатии вдоль волокон  вычисляют как среднее арифметическое значение результатов испытаний не менее чем трех образцов.

Для пересчета предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон к стандартной влажности(12 %) используют формулу:

Rcж12 =RcжW·[1+α·(W–12)]  (МПа),

(4.3)

где: R_cж^W– предел прочности образца древесины при сжатии вдоль волокон с  влажностьюWв момент испытания, МПа;

W–  влажность образца древесины в момент испытания, %.

α = 0,04 – поправочный коэффициент на влажность, показывающий, насколько изменяется прочность при изменении влажности на 1 %.
4.5.2. Определение предела прочностипри местном смятии поперек волокон

(ГОСТ 16483.2-70. Древесина. Метод определения условного предела прочности при местном смятии поперек волокон).

Согласно требованиям ГОСТа испытания проводят на образцах в виде прямоугольных призм с основанием 20х20 мм и длиной вдоль волокон 60 мм. Образец укладывают на центр плиты пресса тангенциальной или радиальной поверхностью кверху. Усилие на образец передается через пуансон (металлическая накладка), устанавливаемый крестообразно на образец. Ширина рабочей площадки пуансона, вдавливаемой в  древесину – 20 мм.Из-за того, что ребра пуансона закруглены (R = 2 мм), расчетная ширина принимается 18 мм. Таким образом, площадь, воспринимающая нагрузку при испытании F = (1,8хb)см²,  где  b – ширина образца, см.

В процессе нагружения образца через каждые 200Н для мягких пород и 400Н для твердых пород измеряют деформацию образца с погрешностью не более 0,01 мм. Испытания продолжают до превышения условного предела прочности, это характеризуется резким увеличением деформации. По результатам измерений строят диаграмму (рис. 4.5) зависимости деформаций древесины от приложенной силы.



Рис.4.5. Диаграмма деформации образца древесины при местном смятии поперек волокон

 

На диаграмме после некоторого прямолинейного участка, на котором деформация пропорциональна приложенной силе, появляется криволинейный участок, когда деформации начинают расти очень быстро, т.е. появляется пластическая деформация. За разрушающую нагрузку принимают ординату точки перехода прямолинейного участка в явно криволинейный.

На практике за разрушающее усилие P_усл(кН) принимают усилие, при котором деформации начинают расти непропорционально, пуансон войдет в образец на 2…4 мм, а на торцах образца появятся первые трещины (рис. 4.6).

а)	б)

Рис. 4.6. Внешний вид образца древесины при определении условного предела прочности

при местном смятии поперек волокон: а - образец до испытания; б - образец после испытания

 

Значение напряжений соответствующее разрушающей нагрузке, принимают за условный предел прочности древесины при местном смятии поперек волокон. По найденному P_усл рассчитывают условный предел прочности образца при смятии поперек волокон R_cм^W(МПа) по формуле:

RcмW=(Русл/F)·10 (МПа)

(4.4)

где: R_cм^W – условный предел прочности образца древесины при местном смятии поперек волокон с влажностьюWв момент испытания, МПа;

P_усл – разрушающее усилие, соответствующее  условному пределу прочности при местном смятии поперек волокон, кН;

F – площадь образца, воспринимающая нагрузку, см².

Условный предел прочности древесины при местном смятии поперек волокон вычисляют как среднее арифметическое значение результатов испытаний не менее чем трех образцов.

Для пересчета условного предела прочности при местном смятии поперек волокон к стандартной влажности (12 %) используют формулу:

Rcм12= RcмW·[1+α·(W–12)](МПа),

(4.5)

где: R_cм^W – условный предел прочности образца древесины при местном смятии поперек волокон с влажностьюW в момент испытания, МПа;

α = 0,035 – поправочный коэффициент на влажность, показывающий, насколько изменяется прочность при изменении влажности на 1 % (для всех пород древесины).

W– влажность образца древесины в момент испытания, %.
4.5.3. Определение предела прочности при статическом изгибе

(ГОСТ 16483.3-84. Древесина. Метод определения предела прочности при статическом изгибе).

Сущность метода заключается в определении максимальной нагрузки при разрушении образца и вычислении предела прочности при изгибе.

Образцы изготавливают в форме прямоугольной призмы с поперечным сечением 20х20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм.На середине длины образца измеряют ширину b и высоту h с погрешностью не более 0,1 мм.Затем образец помещают в испытательную машину (рис. 4.7 а)и нагружают по схеме (рис.4.7 б). Для этого используют приспособление, обеспечивающее изгиб образца приложением нагрузки к его боковой поверхности в середине расстояния между центрами опор. Радиус закругления опор и нагружающего ножа должен быть 30 мм. Скорость нагружения образца (1350±150)Н/мин. Образец доводят до разрушения и определяют максимальную нагрузку  P_разр (Н) с погрешностью не более 1 %.

а)	б)

Рис. 4.7. Испытание древесины при статическом изгибе

 

Предел прочности при статическом изгибе образца   R_и^W(МПа) вычисляют по формуле:

RиW=3·Рразр·l/(2·b·h2) (МПа)

(4.6)

где: R_и^W– предел прочности образца древесины при статическомизгибе с влажностьюW в момент испытания, МПа;

P_разр – разрушающая нагрузка, Н;

l = 240 мм – расстояние между центрами опор;

b, h – соответственно ширина и высота образца, мм.

Прочность  древесины при статическом изгибе находят как среднее арифметическое значение результатов испытаний не менее чем трех образцов.

Для пересчета предела прочности при статическом  изгибе  к стандартной влажности (12 %) используют следующую формулу:

Rи12 = RиW·[1+α·(W–12)] (МПа),

(4.7)

где: R_и^W– предел прочности образца древесины при статическом изгибе с влажностьюW в момент испытания, МПа

W– влажность образца древесины в момент испытания, %.

α = 0,04 – поправочный коэффициент на влажность, показывающий, насколько изменяется прочность при изменении влажности на 1 % (для всех пород древесины).
4.6. Пороки древесины

Описание

Пороками называют недостатки древесины, появляющиеся во время роста дерева и хранения пиломатериалов на складе. Степень влияния пороков на пригодность древесины в строительстве зависит от их вида, места расположения, размеров, а так же назначения древесной продукции. Один и тот же порок в некоторых видах лесопродукции делает древесину непригодной, а в других понижает ее сортность или не имеет существенного значения. Поэтому в стандартах на конкретные виды лесопродукции имеются указания о допустимых пороках.

Пороки древесины можно разделить на несколько групп: пороки формы ствола, пороки строения древесины, сучки, трещины, химические окраски и грибковые поражения.
4.6.1. Химические окраски и грибные поражения

Неестественные окраски возникают в срубленном дереве в результате химических и биохимических процессов, в большинстве случаев вызывающих окисление дубильных веществ (рис. 4.12). Бывают светлые и темные химические окраски, они не влияют на физико-механические свойства древесины, но могут портить внешний вид облицовочных материалов.

а	б	в

Рис. 4.12. Грибные ядровые пятна и полосы:

а - срез сосны, б- срез ели, в- срез березы

 

Ядровая гниль, развивается в растущем дереве под действием дереворазрушающих грибов, существенно снижает механические свойства и сортность древесины (рис. 4.13).

Наружная трухлявая гниль возникает вследствие поражения древесины дереворазрушающими грибами; на поверхности пораженной древесины наблюдаются тяжи грибницы и плодовые тела, при этом пораженная древесина распадается на части и растирается в порошок. Этот вид гнили резко снижает механические свойства древесины вплоть до полной ее пригодности.

а	б	в	г

Рис. 4.13. Разновидности гнили: а - бурая трещиноватая гниль (срез ели), б - белая волокнистая гниль (срез березы),

в - твердая заболонная гниль (срез березы), г - мягкая забеленная гниль (сосна)
4.6.2. Защита древесины от гниения, поражения биовредителямии, возгорания

К числу способов защиты древесины от гниения, поражения насекомыми и возгорания относят сушку древесины (естественная и искусственная), конструктивные меры по предотвращению увлажнения конструкций в процессе эксплуатации   (изоляция от грунта, установка специальных каналов для проветривания), пропитку древесины антисептиками и антипиренами.

Антисептики – ядовитые вещества, применяемые против дереворазрушающих грибов: они или замедляют рост грибов или вызывают их гибель.  Вещества антисептики должны удовлетворять следующим требованиям: ядовитость по отношению к грибам; легкость проникновения в древесину; стойкость во времени; не быть ядовитыми для человека и животных; не оказывать разрушающего воздействия на древесину и металлы.

Водонерастворимые антисептики - антраценовое масло, каменноугольное масло, сланцевое масло (темно-коричневого цвета жидкости с резким запахом; окрашивают древесину в темный цвет не выщелачиваются водой, металл не корродируют)  -  применяют для пропитки деревянных элементов, находящихся на воздухе, в земле или воде.

Водорастворимые антисептики – пропитывают древесину, которая в процессе эксплуатации будет защищена от непосредственного увлажнения и вымывающего действия воды. К ним относят фторид натрия  NaF; кремнефторид натрия  Na₂Si₆F; хлорид цинка ZnCl₂.

Для защиты деревянных конструкций от возгоранияприменяют специальные меры (отдаление дерев.частей конструкций от источников нагревания; покрытие штукатуркой и нанесение огнезащитных составов  или пропитка древесины химическими веществами – антипиренами ( от греческого слова  pyr - огонь).

В качестве антипиренов применяют буру Na₂B₄O₇·10H₂O, фосфат аммония, сульфат аммония; борная кислота H₃BO₂.

Так как технология пропитки антисептиками и антипиренами одинаковая. То часто используют комплексную обработку древесины против гниения и возгорания. Проводится она до окраски деревянных конструкций. Пропитка может быть поверхностная (путем 2-3 кратной обработки дерев. констр. концентрированными растворами с помощью кисти или распылителя) и глубокая (проникновение в глубину древесины – метод горячехолодных ванн и автоклавно- диффузионный метод).