|
Механические свойства. Прочность древесины (материала волокнистого строения) имеет большое различие вдоль и поперек волокон (при растяжении вдоль волокон в 20...30 раз, а при сжатии в 3...6 раз больше, чем поперек волокон). Прочность древесины зависит от того, Под каким углом к волокнам направлено разрушающее усилие, а также От породы дерева, плотности, косвенно характеризующей пористость мренссины, наличия пороков и особенно от влажности в пределах и.10 % (рис. 3.11). Поэтому при определении механических свойств иренесины необходимо всегда учитывать ее влажность, направление ж'йствия нагрузки и применять стандартные образцы, не имеющие пороков (так называемые «малые чистые образцы»).
------ Методы определения мехяни^гуиу гипйстя древесины регламен-
шрованы соответствующими ГОСТами и описаны в лабораторной 1<иботе № 4.
Прочность при сжатии вдоль волокон достаточно высока и составляет в среднем 40...60 МПа, т. е. сопоставима; с прочностью бетона. Это объясняется тем, что пустотелые волокна древесины работают как жесткие пространственные элементы.
Прочность при сжатии поперек волокон составляет примерно 0,15...0,3 от предела прочности вдоль волокон. Это объясняется тем, что при сжатии поперек волокон в действительности происходит смятие волокон древесины без явного разрушения стенок. Поэтому за прочность в этом случае принимают условный предел прочности, равный наибольшему напряжению, при котором еще сохраняется линейная зависимость между напряжением и деформацией.
Прочность при растяжении вдоль волокон в 2...3 раза больше прочности при сжатии в этом направлении и составляет 100.,. 120 МПа. Прочность при растяжении сильно зависит
; от наличия некоторых пороков (сучки, косослой и др.), но мало изменяется от влажности.
Прочность при изгибе в 1,5... 2 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон, но несколько меньше прочности при растяжении и составляет в среднем 60... 110 МПа. Прочность при изгибе у древесины значительно выше, чем у большинства строительных материалов (бетон, керамика и т. д.) и сопоставима с прочностью металлов.
Прочность древесины при скалывании и перерезании имеет важное значение для соединения деревянных элементов (для врубок, шпонок, нагелей и т. д.).
При скалывании вдоль волокон целостность самих древесных волокон не нарушается, а разрушение древесины происходит вследствие нарушения сцепления между волокнами. Предел прочности при скалывании вдоль волокон составляет 10...20 % от предела прочности при сжатии в этом же направлении.
При перерезании внешние силы направлены перпендикулярно волокнам. Для разрушения древесины в этом случае необходимо разрезать волокна, что значительно трудней, чем расщепить. Поэтому предел прочности при перерезании в 3...4 раза выше, чем при скалывании.
Зависимость прочности от влажности. В связи с тем, что механические свойства древесины зависят от влажности (рис. 3.11), для получения сравнимых результатов испытания прочность древесины при фактической влажности пересчитывают на прочность при стандартной
12 %-ной влажности. При фактической влажности 8...20 % пересчет производят по формуле
Rn = Rr[l+a(JV-12)l,
где jR,2 и Rw— предел прочности образцов соответственно при 12 %-ной и фактической влажности W в момент испытаний; а — поправочный коэффициент на влажность, показывающий, насколько изменяется прочность при изменении влажности на 1 %. Значения а при сжатии и изгибе составляют 0,04, при смятии —0,035.
Основные физико-механические свойства древесины хвойных и лиственных пород, применяемых в строительстве, приведены в табл.
3.1 (средние значения при влажности 12 %).
Таблица 3.1. Средние показатели физико-механических свойств древесины хвойных и лиственных пород при стандартной 12 %-ной влажности
|
Порода | рот, кг/м3 | Пористость, | Предел прочности, | МПа | |
|
| % | /еж | Дизг |
|
Av<> | |||||
Ьук | 55 - | ||||
Ьгрсза | |||||
Осипа |
Wcж — предел прочности при сжатии вдоль волокон. |
Стандартные методы определения механических свойств на малых чистых» образцах позволяют сравнивать между собой прочность дре- пгеины одной породы или разных пород и оценивать качество древе-
> нмы из данного лесонасаждения.
Фактическая прочность строительной древесины в изделиях стандартных размеров (досок, брусьев, бревен), имеющих те или иные дефекты строения и другие особенности, существенно ниже с тандартной прочности; поэтому при нормировании допускаемых напряжений (расчетных сопротивлений) устанавливают относительно большие коэффициенты запаса.
Кроме того, при долговременном действии нагрузки разрушение Ч'снесины наступает при напряжениях меньших, чем при стандартных испытаниях. Так, предел долговременного сопротивления при изгибе
• I и гавляет 0,6...0,65 от предела прочности при стандартном испытании.
При многократных нагружениях наблюдается усталость древесины Предел выносливости при изгибе равен в среднем 0,2 от статиче- кого предела прочности.
3.5. ОСНОВНЫЕ ДРЕВЕСНЫЕ ПОРОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Древесные породы по ряду биологических признаков принято разделять на хвойные и лиственные. Такое же деление принято и в с гроительстве.
Хвойные породы в средней полосе составляют основные запасы еловой древесины. В строительстве в основном применяется древе- ина хвойных пород, отличающаяся правильным (с меньшим количе- тиом пороков) строением ствола и большей устойчивостью к Отпиванию, которая связана со смолистостью хвойной древесины. Из мойных пород чаще всего применяют сосну, лиственницу, ель, пихту, сдр (их физико-механические свойства приведены в табл. 3.1).
Сосна — наиболее распространенная хвойная порода. Древесина сосны светло-золотистого цвета; она характеризуется высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами и хорошо под-, дается обработке. Из сосны изготовляют несущие деревянные конструкции, различные столярные изделия, фанеру и др.
Древесина лиственницы по внешнему виду напоминает древесину сосны, но обладает большей плотностью и прочностью. Цвет ее более темный, чем у сосны. Древесина лиственницы характеризуется повышенной стойкостью против загнивания в условиях переменной влажности благодаря высокой смолистости. Поэтому ее применяют для гидротехнических и подземных сооружений, а также для изготовления шпал.
Ель — распространенная хвойная порода, древесина которой отличается малой смолистостью при относительно высоких прочностных показателях. Однако при использовании в сырых местах быстро зашивает. Из ели изготавливают строительные конструкции, эксплуатируемые в сухих условиях.
Древесина пихты белого цвета, по внешнему виду напоминает древесину ели. Физико-механические ее свойства близки к свойствам ели, однако она еще менее стойка к загниванию. В строительстве используют для тех же целей, что и древесину ели.
Кедр имеет легкую прочную и хорошо обрабатывающуюся древе- сину. Его применяют в столярном и мебельном производстве.
Лиственные породы в строительстве используют значительно реже, чем хвойные. Среди многообразия лиственных пород наибольшее применение в строительстве нашли дуб, ясень, бук, береза, осина.
Дуб обладает тяжелой, плотной, твердой и очень прочной древесиной желтоватого цвета с красивой текстурой; она хорошо сохраняется как на воздухе, так и под водой. Из дуба делают высококачественный паркет, фанеру, мебель.
Ясень имеет тяжелую, твердую и прочную древесину, по виду и строению напоминающую древесину дуба, но более светлой окраски.
Бук имеет плотную и прочную древесину белого цвета с красноватым оттенком. Бук применяют для изготовления паркета, фанеры, высококачественных столярных изделий и мебели.
Береза — самая распространенная в наших лесах лиственная порода. Древесина ее твердая и прочная, но недолговечная в условиях попеременного увлажнения и высушивания. Это основное сырье для изготовления фанеры, столярных изделий и мебели.
Осина имеет мягкую и легкую древесину белого цвета с зеленоватым оттенком; во влажном состоянии она быстро загнивает. Осина легко раскалывается вдоль волокон, поэтому применяется для изготовления фанеры, кровельных материалов (щепы, гонта, лемеха) и тары.
Лесоматериалами (лесным сортиментом) называют материалы из |цгиссины, сохранившие ее природную структуру и состав. Их подраз- I»'пи ют на необработанные (круглые) и обработанные (пиломатериалы, номотые материалы, шпон и др.). Изделия из древесины получают из I его материалов путем механической обработки и в ряде случаев соединения отдельных фрагментов в изделие с помощью склейки или крепежных материалов.
Круглые лесоматериалы — очищенные от сучьев отрезки древесных
■ г иолов. В зависимости от диаметра верхнего торца круглые лесоматериалы подразделяют на бревна, подтоварник и жерди.
Чревна строительные и пиловочные из хвойных и лиственных пород должны иметь диаметр верхнего торца не менее 14 см и длину I 6,5 м, ошкуренную поверхность, а торцы их должны быть опилены
(Дания, гидротехнические сооружения, мосты и т. п.) обычно при меняют бревна из хвойных пород. Пиловочные бревна готовят и I хвойных и лиственных пород для получения различных пилома- |гриалов.
R последние годы получили распространение оцилиндрованные брев- ц,1. получаемые из обычных бревен обработкой их на токарном станке, чультате чего они приобретают цилиндрическую форму (без «сбе-
1 Такая форма облегчает воз-! I ие срубов и другие плотниц-
>м.- работы.
Подтоварник — часть ствола | | >с.ва с диаметром верхнего тор- н.1 К...13 см и длиной 3...9 м. Их |" пользуют для различных целей и /килом и сельскохозяйственном строительстве, а также для вспомогательных сооружений.
Жерди имеют диаметр верхнего торца менее 8...3 см и длину
3...9 м; их применяют для вспомогательных (изгороди и т. п.) и временных сооружений.
Пиломатериалы получают ири продольной распиловке бремен. По форме поперечного сечения различают следующие основные виды пиломатериалов: пластины, четвертины, горбыль, донки, брусья и бруски (рис. 3.12).
^ ~ Рис. ЗЛЗ. Строганый и профилированный погонаж:
а — шпунтованные доски с прямоугольным пазом и гребнем; б — фальцованные доски (в четверть); в — плинтус; г ~ наличник
Пластины получают при продольном распиливании бревен на две половины, четвертины — по двум взаимно перпендикулярным диаметрам.
Горбыль — срезанная во всю длину наружную часть бревна, имеющая с другой стороны плоскую поверхность распила; применяется для вспомогательных и временных построек.
Доски в зависимости от чистоты опиловки продольных кромок бывают необрезные с неопиленными кромками на длину более половины длины доски и обрезные — опиленные полностью или более чем на половину длины доски. Длина досок до 6,5 м с градацией через 0,25 м. В зависимости от качества древесины и ее обработки (наличие обзола) доски делят на пять сортов. Доски высших сортов используют для изготовления элементов деревянных конструкций и столярных изделий.
Брусья имеют квадратное или прямоу гольное сечение (а: Ъ < 2); брусья, опиленные с двух противоположных сторон, называют двух- кантными, а опиленные с четырех сторон — четырехбитными. Длина брусьев такая же, как у бревен 4...6,5 м. Брусья используют для устройства стен, перекрытий, стропил и т. д.
Бруски — пиломатериал, аналогичный брусьям, но имеющий толщину менее 100 мм; длина такая же, как у брусьев; из брусков изготовляют элементы деревянных конструкций и столярные изделия.
Изделия из древесины. Из древесины хвойных и лиственных пород изготовляют большой ассортимент погонажных изделий, паркета и паркетных изделий, столярных плит, фанеры и т. п.
Погонажные изделия включают: шпунтованные доски для полов, у которых на одной кромке имеется паз, а на другой гребень (выступ),
мьггиечивающие плотное *•< и-л hi юние досок; доски с фпш.цсм (вагонка) для об- Ш п ПК и стен; профильные и i/i глии — плинтусы, наличники и т. п. (рис. 3.33).
Штучный паркет пред- Iииляст собой дощечки /Инной от 150 до 450 мм, Шириной от 30 до 60 мм и
(шкциной 16 и 19 мм. Дощечки имеют пазы и гребни, аналогичные доскам для пола.
Паркетные щиты и доски представляют собой трехслойную клееную конструкцию, состоящую из лицевого покрытия в виде тонких (4...10 Мм) планок из твердых пород (дуб, бук и т. п.), основания из сосновых Ими еловых реек и слоя шпона. Волокна древесины в соседних слоях шимно перпендикулярны. Длина досок 1,2...3 м при ширине 200...250 М м, Паркетные щиты и доски позволяют экономить дорогую древесину ускоряют работы по настилке пола (рис. 3.14).
Фанера (от фр. fournir— накладывать) — многослойный листовой Материал, состоящий из склеенных между собой трех и более листов пшоиа; шпон получают лущением (срезанием тонкого слоя в виде in-прерывной широкой ленты) предварительно распаренных кряжей —
111 чстых и коротких (2...2,5 м) бревен преимущественно лиственных •(■•род: березы, ольхи, осины и др. (рис. 3.15).
1? фанере листы шпона располагают так, чтобы волокна древесины и смежных слоях находились во взаимно перпендикулярных направ- и' пнях. Этим достигается изотропность материала при высоких прочностных показателях, характерных для цельной древесины без пороков.
В зависимости от вида использованного клея фанера может быть:
повышенной водостойкости (ВСФ) на фенол-формальдегидных Кпсих;
водостойкой (ФК) на карбамидном клее;
неводостойкой (ФБА) на белковом (альбуминовом, казеиновом) Клее.
б) |
Р и с. 3.15. Схема изготовления фанеры:
а — лущение шпона; 1 — нож; 2 — шпон; 3 — прижим; 6 — склеивание листов шпона (волокна
смежных листов взаимно перпендикулярны)
Толщина листов фанеры от 3 до 19 мм; размеры по длине (ширине) от 725 до 2240 мм.
В строительстве фанера применяется для изготовления дверей, встроенной мебели, перегородок, панелей, подшивки потолков, при устройстве сплошной обрешетки кровли и т. п.
Кроме обычной выпускается декоративная фанера, облицованная! шпоном ценных пород или декоративными полимерными пленками.,| Для использования во влажных условиях в нагруженных конструкциях I производится бакелитизированная фанера (марок ФБС и ФБ), в которой I шпон пропитывается фенолформагсьдегидными смолами. Благодаря пропитке и интенсивному горячему прессованию фанера приобретает \ абсолютную водостойкость и очень высокую прочность (близкую к прочности стали); плотность такой фанеры до 1200 кг/м3. Из бакели- тизированной фанеры изготавливают опалубку для бетона, кровельные плиты, трубы и т.п.
Столярные плиты получают склеиванием деревянных реек сечением не более 30 мм в сплошную плиту больших размеров с последующей оклейкой шпоном с одной или двух сторон. Применяют такие плиты для изготовления дверей, мебели и т. п.
Столярные изделия строительного назначения —- это, главным образом, оконные блоки (оконная коробка и рамы) и дверные блоки (дверная коробка и дверное полотно). Эти и другие столярные изделия выпускают деревообрабатывающие комбинаты (ДОК) в виде полностью готовых (антисептиро ванных и окрашенных) изделий.
Строительные конструкции и детали из древесины изготавливают на ДОКе и доставляют на строительство в готовом виде. К ним относятся комплекты для сборных деревянных домов, детал и и конструкции для малоэтажных зданий (балки, фермы).
I 1!аиболее перспективны клееные деревянные конструкции. Их получают оклеиванием реек и мелкоразмерных досок из древесины хвойных ■к 1|><>д в большеразмерные конструкции любой заданной формы (балки, югрмы) с помощью водостойких полимерных клеев. Ширина деревок- шсспых конструкций 120...200 мм, а высота до 1500 мм. Швы склеиваем их элементов делаются «вразбежку». Клееные конструкции имеют Много преимуществ перед конструкциями из цельных крупноразмерных пиломатериалов (брусьев, досок). Технология клееных конструкций позволяет:
• максимально полно использовать древесину, в том числе и «не- Лгмовую»;
• удалить из древесины дефектные участки (сучки, косослой и I' "•);
j • полнее защитить древесину от гниения и возгорания;
• снизить гигроскопичность и предотвратить коробление элемен-
1(Н»;
• получать конструкции любого требуемого размера и формы.
Клееные деревянные конструкции при современной технологии
Превосходят по эффективности железобетонные. Во многих странах Мира они рекомендованы для многоэтажных жилых и общественных шпний (например, в строящемся комплексе посольства Великобритании в Москве из клееных балок переменного сечения выполнено перекрытие главного корпуса).
Материалы и изделия из отходов древесины. Для целей строитель-
II на производится довольно много материалов на базе не деловой древесины и отходов деревообработки. К ним относятся древесностружечные плиты — ДСП (см. § 15.3), цементностружечные плиты — ЦСП (см. § 14.6) и древесноволокнистые плиты — ДВП, фибролит и ирболит (см. § 14.6). В этих материалах древесина в виде стружек или опилок используется как наполнитель совместно с полимерным (в случае ДСП) или минеральным связующим.
Древесноволокнистые плиты получают путем распушки размягченной горячей водой или паром древесины до состояния волокна. Полокнистая масса, суспензированная в воде, выливается на частую модную сетку для отфильтровывания воды и образует на ней ковер. В швисимости от вида производимой плиты этот ковер сушится или прессуется на горячем прессе. В первом случае получается легкая малопрочная мягкая плита, используемая для тепловой изоляции (подробнее см. § 17.3), во втором — тонколистовой прочный материал
< гладкой поверхностью — твердые ДВП или оргалит, используемый мня обшивки стен, потолков, устройства полов и т. п. Плотность I иердых ДВП плит 800... 1000 кг/м3. Размеры ДВП: толщина 2,5...6 мм; 'шина 6,0..Л,2 м; ширина 2,0...0,6 м.
Сверхтвердые ДВП (плотностью 1100... 1200 кг/м3), обладающие повышенной водостойкостью, получают при добавлении в волокнистую массу синтетических смол. Такие плиты, окрашенные с поверхности или покрытые декоративными полимерными пленками (ламинированные), используют для помещений с повышенной влажностью.
3.7. ЗАЩИТА ДРЕВЕСИНЫ ОТ ГНИЕНИЯ И ВОЗГОРАНИЯ |
Склонность древесины к гниению и возгоранию делает деревянные конструкции недолговечными и ненадежными. Поэтому принимаются меры по снижению горючести и повышению биостойкости древесины.
Защита от гниения. Как уже указывалось в § 3.3, гниение древесины происходит в тех случаях, когда на ней начинают развиваться грибы, использующие древесину как питательную среду. Для их развития необходимы определенные условия: влажность древесины не менее
18...20 %; свободный доступ кислорода; температура + 5...+ 40° С.
Если какое-либо условие не выполняется, гниения древесины не происходит. Наиболее радикальный и реальный с конструктивной точки зрения путь защиты древесины от гниения — сухой режим эксплуатации (влажность древесины должна быть не более 15 %).
Если этот путь невозможен, то можно сделать древесину ядовитой для грибов. Последний прием называют антисептированием (от греч. Septikos — вызывающий гниение). Этот путь защиты древесины использовался с давних времен. Например, древесину обжигали до образования на поверхности слоя древесного угля. Более эффективна пропитка древесины дегтем, ароматические компоненты которого (фенолы, крезол и др.) обеспечивают его антисептическое действие (о дегте подробнее см. § 9.2). Кроме того, такая обработка придает древесине шдрофобность. Но при этом древесина приобретает темно- коричневую окраску и характерный дегтярный запах.
Для антисептирования деревянных конструкций, с которыми человек находится в непосредственном контакте, используют водорастворимые антисептики — соли фтористоводородной и кремнефтористых кислот (NaF; Na2SiF6) и другие ядовитые для грибов соединения (хлорид цинка, пентахлорфенол). Эти антисептики не имеют цвета и запаха, а пропитка ими не препятствует склейке и окраске древесины.
Защита от возгорания. Древесина относится к сильногорючим и легковоспламеняемым материалам. Возгорание древесины при контакте с открытым огнем происходит при температуре 260...290° С, а при нагреве выше 350° С газы, выделяющиеся из древесины, способны самовозгораться. Для предупреждения возгорания древесины применяют специальные меры конструктивного характера, сводящие к ми- 50
и и му му вероятность нагрева древесины и ее контакта с огнем. Другой муть защиты древесины — снижение возгораемости самой древесины.
Снижение возгораемости древесины вплоть до перевода ее в группу I рудносгораемых можно достичь двумя путями: покрытием древесины ш т- инцитными составами; пропиткой древесины антипиренами (от |ргч. /пт — огонь).
Огнезащитные покрытия могут быть в виде обмазок, красок и лаков. Ыизки состоят из неорганических связующих (глина, известь, гипс), inолнителей (слюда, асбест и т. п.) и антипиренов. Обмазки наносят Юем 2—3 мм на деревянные конструкции, к которым не предъявляла! декоративные требования. Огнезащитные краски образуют более жоративные покрытия. Огнезащитная функция заключается в обра- Ьпапии оплавленных стекловидных пленок, предотвращающих доступ |Ислорода к древесине и защищающих ее от нагрева. Огнезащитные |ки используются в тех случаях, когда необходимо сохранить видимой |риродную текстуру дерева. При контакте с огнем лаковая пленка щучиваегся (наподобие «воздушной кукурузы») и образует теплоизо- |Ирующее трудносгораемое покрытие на поверхности древесины.
Огнезащитные пропитки — растворы солей и некоторых других ицеств — антипиренов, которыми пропитывают древесину.
При нагреве до температуры возгорания древесины антипирены Действуют по следующим схемам:
• разлагаются с выделением газов, не поддерживающих горение |t'02, NH3 и др.);
> плавятся с образованием газонепроницаемой стеклообразной Цленки;
• вспучиваются, а затем обугливаются, образуя теплоизолирующее рокрытие.
Пока протекают эти процессы, древесина не загорается.
Наиболее распространенные антипирены: фосфат и сульфат аммонии, бура (Na2B407 • ЮН20), поташ (К2СОэ), борная кислота (Н3В02). И последнее время в качестве антипиренов предложены элементорга- Мичсские соединения, содержащие галогены и фосфор (например, [г|)п хлорэтилфосфат).
Так как технология пропитки антисептиками и антипиренами [одинаковая, то часто проводят комплексную обработку древесины [против гниения и возгорания. Для этого используется, например, ■видный раствор, содержащий 15 % антипиренов (диаммоний фосфата 17,5 %, сернокислого аммония — 7,5 %) и 2 % антисептика — фтористого натрия.
Пропитка древесины может быть поверхностная или глубокая. I Проводится она до окраски деревянных конструкций или столярных Изделий.
Поверхностная пропитка производится путем 2—3-кратной обработки деревянных элементов концентрированными растворами с помощью кисти или распылителя. Ее производят обычно в построечных условиях на готовых конструкциях. Недостаток такой обработки — возможность вымывания пропитывающего состава и появления высо- лов на конструкции. Механическая обработка (острожка, шлифование) после пропитки не допускается, так как при этом снимается пропитанный слой древесины.
Глубокая пропитка обеспечивает проникновение антисептиков и антипиренов в глубину древесины, что повышает надежность пропитки. Ее производят в заводских условиях; при этом пропитывают обычно подкрашенным раствором. Используют два метода глубокой пропитки.
• Метод горяче-холодных ванн: обрабатываемую древесину сначала помещают в горячий раствор. В нем из древесины выходит воздух и пары воды. Затем древесину перемещают в холодный раствор; в порах древесины при этом образуется разряжение и туда активно засасывается раствор.
• Автоклавно-диффузионный метод: древесину помещают в автоклав (толстостенную герметически закрывающуюся емкость), в котором создают разряжение 0,06...0,08 МПа. Затем туда подают пропиточный состав с температурой не ниже 70° С и постепенно поднимают давление.
Лабораторная работа №3 Физико-механические свойства древесины
Цель: определить влажность, плотность и прочность древесины.
Материалы: малые чистые образцы-призмы из испытуемой древесины размером 2х2х4сми2х2х6смпоЗ шт. психрометрическая таблица, номограмма равновесной влажности, пресс гидравлический с максимальным усилием 50...10 кН, металлический брусок шириной 20 мм и длиной 40...60 мм. |
|
т
Равновесная влажность древесины, соответствующая температуре И книжности воздуха Wp=___________________ %.
I II. Определение средней плотности древесины -
I Размеры образца, см: а =_________; Ъ —______; h —______.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 26 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |