Лекція 1 Властивості древесіни.doc
Властивості деревини як конструкційного матеріалу.
Види і властивості будівельної фанери.
Захист дерев'яних конструкцій від гниття і займання.
Наша країна є першою в світі за кількістю лісових площ, які займаю майже половину території Росії-приблизно 12,3 млн. Км 2. Основна частина лісів Росії, близько 3/4, розташована в районах Сибіру, Далекого Сходу, в північних областях європейської частини країни . Переважаючими породами є хвойні: 37% лісів займає модрина, 19% - сосна, 20% - ялина і ялиця, 8% - кедр. Листяні породи займають близько ¼ площі наших лісів. Найбільш поширеною породою є береза, що займає близько 1/6 загальної площі лісів.
Запаси деревини в наших лісах становлять близько 80 млрд. М 3. Щорічно заготовлюється близько 280 млн. М 3. ділової деревини, тобто придатної для виготовлення конструкцій і виробів. Однак, це кількість далеко не вичерпує природного річного приросту деревини в віддалених районах Сибіру і Далекого Сходу.
Заготовлений ліс у вигляді відрізків стовбурів стандартної довжини доставляється автомобільним, залізничним і водним транспортом або шляхом сплаву по річках і озерах на деревообробні підприємства. Там з нього виготовляють пиляного матеріали, фанеру, деревні плити, конструкції і будівельні деталі. При лісозаготівлі і обробці деревини утворюється велика кількість відходів, ефективне використання яких має велике народно-господарське значення. Виготовлення з відходів деревини ізоляційних деревоволокнистих і деревостружкових плит, широко застосовуваних у будівництві, дозволяє економити велику кількість ділової деревини.
Хвойну деревину використовують для виготовлення основних елементів дерев'яних конструкцій і будівельних деталей. Прямі високі стовбури хвойних дерев з невеликою кількістю сучків дозволяють отримувати прямолінійні пиломатеріали з обмеженою кількістю вад. Хвойна деревина містить смоли, завдяки чому вона краще чинить опір зволоженню і загнивання, ніж листяна.
Листяна деревина більшості порід є менш прямолінійної, має більше сучків і більш схильна до загнивання, ніж хвойна. Вона майже не застосовується для виготовлення основних елементів дерев'яних будівельних конструкцій.
Дубова деревина вирізняється з-поміж листяних порід підвищену міцність і стійкістю до загнивання. Однак, з огляду на дефіцитності і високої вартості вона використовується тільки для невеликих сполучних деталей.
Березова деревина так само відноситься до твердих листяних порід. Її використовують, головним чином, для виготовлення будівельної фанери. Потребує захисту від загнивання.
В
Деревні волокна розташовуються концентричними шарами навколо осі стовбура, які називаються річними шарами, тому що кожен шар наростає протягом року. Вони добре помітні у вигляді ряду кілець на поперечних розрізах стовбура, особливо хвойних дерев. За їх кількістю можна визначити вік дерева.
Кожний річний шар складається з двох частин. Внутрішній шар (більш широкий і світлий) складається з м'якої ранньої деревини, що утворюється навесні, коли дерево росте швидко. Клітини ранньої деревини мають більш тонкі стінки і широкі порожнини. Клітини пізньої деревини мають більш товсті стінки і вузькі порожнини. Міцність і щільність деревини залежить від відносного вмісту в ній пізньої деревини.
Середня частина стовбурів деревини хвойних порід має більш темний колір, містить більше смоли і називається ядро. Потім йде заболонь і, нарешті, кора.
Крім того в деревині є горизонтальні серцевинні промені, м'яка серцевина, смоляні ходи, сучки.
Сортамент, пороки і якість деревини
Лісоматеріали, одержувані будівництвом, ділять на круглі і пиляного.
До
Пиломатеріали отримують в результаті поздовжнього розпилювання колод на лісопильних рамах або круглопилкових верстатах. Вони мають прямокутний або квадратний перетин. Ширші боку пиломатеріалів називають пластями, а вузькі - крайками. Пиломатеріали мають стандартну довжину 1 - 6,5 м. З градацією через кожні 0,25 м. Ширина пиломатеріалів коливається від 75 до 275 мм, товщина - від 16 до 250 мм.
Якість лісоматеріалів визначається, в основному, ступенем однорідності будови деревини, від якої залежить її міцність. Ступінь однорідності деревини визначається розмірами і кількістю ділянок, де однорідність її будови порушена і міцність знижена. Такі ділянки називають пороками.
^ Основними неприпустимими пороками деревини є: гниль, червоточини і тріщини в зонах сколювання в з'єднаннях.
Найбільш поширеними і неминучими вадами деревини є сучки - зарослі залишки колишніх гілок дерева. Сучки є допустимими з обмеженнями пороками.
Нахил волокон (косослой) щодо осі елемента так само є допустимим з обмеженням пороком. Він утворюється в результаті природного винтообразного розташування волокон в стовбурі, а так само при розпилюванні колод в результаті їх збігу.
Тріщини, що виникають при висиханні деревини, теж відносяться до числа обмежено допускаються пороків.
До вад відносяться так само м'яка серцевина, що випадають сучки і інші, менш поширені порушення однорідності будови деревини.
Якість лісоматеріалів визначається сортом (добірний, I, II, III, IV), що встановлюються в залежності від виду, величини, розташування і кількості пороків. Деревина для несучих елементів дерев'яних конструкцій повинна задовольняти вимогам I, II і III сортів.
Д
ДревесінаIIсорта використовується в стислих і згинаються елементах. Це один чи декілька стиснутих стрижні, дошки крайніх зон клеєних балок висотою менше 50 см .; дошки крайней стиснутої зони і розтягнутої зони, розташованої вище дощок 1-го сорту в клеєних балках висотою більше 50 см. дошки крайніх зон робочих клеєних стислих, що згинаються і стиснуто-зігнутих стрижнів.
ДревесінаIIIсорта використовується в менш напружених середніх клеєних стислих, що згинаються і стиснуто-зігнутих елементів, а також в мало відповідальних елементах настилів і риштувань.
Густина. Деревина відноситься до класу легких конструкційних матеріалів. Її щільність залежить від відносного обсягу пір і змісту в них вологи. Стандартна щільність деревини повинна визначатися при вологості 12%. Свежерубленная деревина має щільність 850 кг / м 3. Розрахункова щільність деревини хвойних порід у складі конструкцій в приміщеннях зі стандартною вологістю повітря 12% приймають рівною 500 кг / м 3. в приміщенні з вологістю повітря більше 75% і на відкритому повітрі - 600 кг / м 3.
^ Температурное розширення. Лінійне розширення при нагріванні, що характеризується коефіцієнтом лінійного розширення, в деревині різному вздовж і під кутами до волокон. Коефіцієнт лінійного розширення α уздовж волокон складає (3 ÷ 5) ∙ 10 -6. що дозволяє будувати дерев'яні будівлі без температурних швів. Поперек волокон деревини цей коефіцієнт менше в 7 - 10 разів.
Теплопровідність деревини завдяки її трубчастого будовою дуже мала, особливо поперек волокон. Коефіцієнт теплопровідності сухої деревини поперек волокон λ ≈ 0,14Вт / м ∙ ºС. Брус товщиною 15 см еквівалентний по теплопровідності цегляної стіни товщиною в 2,5 цегли (51 см) волі, а так жетакже при розпилюванні колод в результаті їх збігу.
ласти, опільних верстатах. - торцамі.ніванію, ніж хвой.
Теплоємність деревини значна, коефіцієнт теплоємності сухої деревини становить ^ С = 1,6КДЖ / кг ∙ ° С.
Ще одним цінним властивістю деревини є її стійкість до багатьох хімічних і біологічних агресивним середу. Вона є хімічно більш стійким матеріалом, ніж метал і залізобетон. При звичайній температурі плавикова, фосфорна і соляна (низької концентрації) кислоти не руйнують деревину. Більшість органічних кислот при звичайній температурі не послаблюють деревину, тому вона часто використовується для конструкцій в умовах хімічно агресивних середовищ.
Механічні властивості деревини
Міцність. Деревина відноситься до матеріалів середньої міцності, однак, її відносна міцність з урахуванням малої щільності дозволяє порівнювати її зі сталлю.
Деревина є анізотропним матеріалом, тому її міцність залежить від напрямку дії зусиль по відношенню до волокон. При дії зусиль уздовж волокон, оболонки клітин працюють в найсприятливіших умовах і деревина показує найбільшу міцність.
Середній межа міцності деревини сосни без вад уздовж волокон складає:
При розтягуванні - 100 МПа.
При вигині - 80 МПа.
При стисненні - 44 МПа.
При розтягуванні, стисненні і сколюванні поперек волокон ця величина не перевищує 6,5 МПа. Наявність вад значно (
на30%) знижує міцність деревини при стисненні і вигині, а особливо (
на 70%) при розтягуванні. Тривалість дії навантаження істотно впливає на міцність деревини. При необмежено тривалому навантаженні її міцність характеризується межею тривалого опору, який становить лише 0,5 межі міцності при стандартному навантаженні. Найбільшу міцність, в 1,5 рази перевищує короткочасну, деревина показує при найкоротших ударних і вибухових навантаженнях. Вібраційні навантаження, що викликають змінні за знаком напруги, знижують її міцність.
^ Жорсткість деревини (її ступінь деформативности під дією навантаження) істотно залежить від напрямку дії навантажень по відношенню до волокон, їх тривалості і вологості деревини. Жорсткість визначається модулем пружності Е.
Для хвойних порід вздовж волокон Е = 15000 МПа.
В СНиП II-25-80 модуль пружності для будь-якої породи деревини Ео = 10000 МПа. Е90 = 400 МПа.
При підвищеній вологості, температура, а також при спільній дії постійних і тимчасових навантажень значення Е знижується коефіцієнтами умови роботи mв. mт. mд <1.
^ В
Поперечний зміна вологості (усушка і розбухання) призводять до викривлення деревини. Найбільша усушка відбувається поперек волокон, перпендикулярно річних шарів. Деформації усушки розвиваються нерівномірно від поверхні до центру. При усушку з'являється не тільки викривлення, але і тріщин від усихання.
Для порівнювання показників міцності і жорсткості деревини встановлено значення стандартної вологості 12%
де α - поправочний коефіцієнт, при стисненні і вигині α = 0,04.
^ Вплив температури. При підвищенні температури межа міцності і модуль пружності знижуються, а крихкість деревини підвищується. Межа міцності деревини Gt при температурі t в межах від 10 до 30 о С можна визначати виходячи з її початкової міцності - G20 при температурі 20 о С з урахуванням поправочного коефіцієнта β = 3,5 МПа.
З
СНиП II-25-80 з проектування дерев'яних конструкцій рекомендує наступні види водостійкої фанери в якості будівельної:
1. Фанера марки ФСФ, склеєна фенолоформальдегідні клеями. Ця фанера випускається:
- з деревини берези (5-ти і 7-ми шарова, товщиною 5 - 8 мм і більше).
- з деревини лічтвенніци (7-шарова, товщиною 8 мм і більше).
Листи клеєної фанери товщиною понад 15 мм називають фанерними плитами. Міцність клеєної фанери на зріз в площині перпендикулярній листу приблизно в 3 рази перевищує міцність деревини при сколюванні вздовж волокон, що є її важливою перевагою.
Модуль пружності березової фанери уздовж волокон складає 90%, а поперек - 60% від модуля пружності деревини уздовж волокон. Модулі пружності фанери з модрини складають відповідно 70% і 50% від Ео древеспіни.
Банелізірованная фанера (ФБС) відрізняється від фанери марки ФСФ тим, що її зовнішні шари просочують водостійкими спирторозчинні смолами. Вона має товщину 7 - 18 м. Її міцність уздовж волокон в 2,5 рази, а поперек в 2 рази перевищує міцність хвойної деревини уздовж волокон. Застосовується в особливо несприятливих вологісних умовах.
Гниття і захист дерев'яних конструкцій від гниття
Гниття - це руйнування деревини найпростішими рослинними організмами - дереворазрушающими грибками. Деякі гриби вражають ще ростуть і висихають дерева в лісі. Складські гриби руйнують лісоматеріал під час зберігання їх на складах. Будинкові гриби - (меріліус, порія і ін.) Руйнують деревину будівельних конструкцій в процесі експлуатації.
Гриби розвиваються з клітин - суперечка, які легко переносяться рухом повітря. Приріст, суперечки утворюють плодове тіло і грибницю гриба - джерело нових спор.
1. Стерилізація деревини в процесі високотемпературної сушки. Прогрів деревини при t> 80 ° С, що призводить до загибелі спор грибів, грибниць і плодових тіл гриба.
2. Конструктивна захист передбачає режим експлуатації, коли вологість деревини W<20% (наименьшая влажность при которой могут расти грибы).
2.1. Захист деревини від атмосферної вологи - гідроізоляція покриттів, необхідний ухил покрівлі.
2.2. Захист від конденсаційної вологи - пароізоляція, провітрювання конструкцій (осушують продухи).
2.3. Захист від зволоження капілярної вологою (від землі) - пристрій гідроізоляції. Дерев'яні конструкції повинні спиратися на фундамент (з бітумної або рубероидной ізоляцією) вище рівня грунту або статі мінімум на 15 см.
^ 3. Хімічний захист від гниття необхідна, коли зволоження деревини неминуче. Хімічний захист полягає в просочуванні отруйними для грибів речовинами - антисептиками.
^ Водорозчинні антисептики (фтористий, кремнефторістий натрій) - це речовини не мають ні кольору ні запаху, нешкідливі для людей. Використовуються в закритих приміщеннях.
^ Маслянисті антисептики - це мінеральні масла (каменноугольное, антросценовое, сланцевое, деревне креозот та ін.). Вони не розчиняються у воді, але шкідливі для людини, тому використовуються для конструкцій на відкритому повітрі, в землі, над водою.
Просочення виконується в автоклавах під високим тиском (до 14 МПа).
^ Захист від жуків точильщиков - нагрівання до t> 80 o C або обкурювання отруйними газами типу гексахлорана.
Горіння і захист дерев'яних конструкцій від загоряння
Характеризується межею вогнестійкості (близько 40 хв. Для бруса 17 х 17 см, навантаженого до напруги 10 МПа.).
1. Конструктивна. Ліквідація умов, сприятливих для загорянь.
2. Хімічна (протипожежна просочення або забарвлення). Просочують речовинами, які називаються антипіренами (наприклад, амонійна сіль, фосфорна та сірчана кислота). Просочення виконують в автоклавах одночасно з антисептуванням. При нагріванні антипірени розплавляються, утворюючи вогнезахисну плівку. Захисна забарвлення виконується складами на основі рідкого скла, суперфтора і т.д.