Лабораторна робота 12
ФІЗИЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ

ПОПЕРЕДНЯ           ЗМІСТ          НАСТУПНА

12.1 Основні положення
Деревина – один з найважливіших видів будівельних матеріалів; її широко застосовують у будівництві завдяки ряду позитивних властивостей: високій міцності та пружності за невеликої середньої густини, малої теплопровідності, легкості обробки, простоті скріплення окремих елементів, високій морозостійкості та стійкості до дії багатьох хімічних реагентів. Деревині притаманний і ряд недоліків, які знижують її будівельні властивості: неоднорідність будови, наявність багатьох вад, гігроскопічність, що призводить до розтріскування, жолоблення та зміни розмірів виробів, здатність до займання та швидкого загнивання.
Лабораторні заняття містять у програмі досліджень деревини наступні найбільш важливі та характерні випробування: визначення вологості, середньої густини, границі міцності під час стискання вздовж волокон та під час статичного вигинання деревини.
12.2 Фізичні властивості
Найважливішими фізичними властивостями деревини є її вологість та середня густина.
12.2.1 Визначення вологості деревини.
Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення вологості деревини та його практичне застосування.
Прилади та обладнання: скляні бюкси з кришками, терези технічні, сушильна шафа, ексикатор.
Вологістю деревини називають відношення маси вологи, що знаходиться в даному об’ємі деревини, до маси абсолютно сухої деревини, яке виражається у відсотках. Вологість впливає на міцність, об’ємну масу, теплопровідність та інші властивості деревини. ГОСТ 16483.1-84 встановлює два методи визначення вологості: з похибкою не більш 0,1 % для приведення показників фізико-хімічних випробувань зразків до показників при стандартній вологості та з похибкою не більш 1 % - для визначення вологості деревини, що використовується у виробничих потребах. Оскільки для визначення вологості потрібно багато часу, необхідно завчасно виконати наступні підготовчі роботи. Нумерують бюкси та кришки до них одним й тим же номером, зважують їх. Поміщують зразки до окремих бюксів, кожний закривають кришкою та зважують з похибкою не більш 0,001 г (рис. 12.1)

Рисунок 12.1 – Схема бюкси та зразка для визначення вологості

та середньої густини деревини

В результаті має бути одержана маса бюкси із зразком до висушування у грамах. Зразки, що знаходяться в бюксах із знятими кришками, поміщують до сушильної шафи з температурою 105 ± 2 °С. Висушування перевіряють повторними зважуваннями через кожні 2 години. Перше зважування при висушуванні м‘яких порід проводять не раніше ніж через 6 год. після початку висушування, а при висушуванні твердих порід – не раніше 10 год Висушування вважається завершеним, коли різниця між двома останніми зважуваннями буде не більш 0,002 г. Перед зважуванням бюкси зі зразками закривають кришками та охолоджують до кімнатної температури в ексикаторі з безводним хлористим кальцієм; після цього зважують. У результаті одержується маса кожної бюкси зі зразком після висушування у грамах.

Виходячи з одержаних даних, обчислюють вологість деревини у відсотках з похибкою не більш 0,1 % за формулою

 %,                                    (12.1)

де mв – маса бюкси з кришкою та зразком до висушування, г;

     mс – маса бюкси з кришкою та зразком після висушування, г.

Вологість деревини для виробничих потреб визначають за спрощеною методикою. Зразки зважують на технічних вагах з похибкою не більш 0,01 г та висушують так, як описано вище, але без бюкс. Висушування вважається завершеним, коли для кожного зразка різниця між результатами двох останніх  зважувань буде не більш 0,02 г. Вологість зразків обчислюють у відсотках з похибкою не більш 1 %:

 %,                                    (12.2)

де mв – маса зразка до висушування, г;

     mс – маса зразка після висушування, г.

Одержані результати записують до табл. 12.1.

Таблиця 12.1 – Визначення вологості деревини

Показники

Од. вимір.

Формула

Результати

І

ІІ

ІІІ

Маса зразка до висушування

Маса зразка після висушування

Маса випаруваної води

 

Вологість деревини

 

г

 

 

г

 

 

г

 

 

%

 

mв

 

 

mс

 

 

mв – mс

 

 

 

 

Середнє значення вологості

 

%

 

 

Форма звіту: лабораторний журнал.

12.2.2 Визначення середньої густини деревини.

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення середньої густини деревини та його практичне виконання. Виконання перерахунку середньої густини на стандартну вологість.

Прилади та обладнання: терези технічні, штангенциркуль.

Середньою густиною називають відношення маси деревини, що знаходиться у природному стані, до її об’єму. Вимірюють середню густину в кг/м3. Середня густина деревини залежить від породи та вологості. Слід відзначити, що абсолютна густина деревинної речовини складає 1540-1560 кг/м3, вона не залежить від породи та вологості деревини.

Відповідно до ГОСТу 16483.1-84 найчастіше середню густину деревини визначають на зразках, що мають форму прямокутної призми. При цьому обчислюють густину при вологості деревини в момент випробувань в абсолютно сухому стані та умовну густину. На заняттях найчастіше визначають густину деревини в момент випробування.

Зразки зважують на вагах з похибкою не більш 0,01 г. Штангенциркулем вимірюють поперечний переріз та довжину (a, b, h) з точністю до 0,1 мм по осях симетрії зразка. Об’єм зразка обчислюють з точністю до 0,01 см3. Потім обчислюють середню густину деревини з похибкою до 5 кг/м3 при вологості в момент випробування:                   кг/м3 ,                           (12.3)

де mw – маса зразка при вологості в момент випробування (W), г;

    a, b – розміри поперечного перерізу зразка, см;

        h – довжина зразка, см.

Одержану величину густини перераховують на стандартну вологість 12 % за формулою 12.4:            ,                                            (12.4)

де rw – густина деревини при вологості в момент випробування, кг/м3;

     k12w  – коефіцієнт перерахунку, що визначається за таблицею ГОСТ 16483 (з підвищенням вологості від 5 до 30% цей коефіцієнт збільшується від 0,972 до 1,050 для більшості порід деревини). Одержані результати записують до табл. 12.2.

Таблиця 12.2 – Визначення середньої густини деревини

Показники

Од. вим.

Формула

Результати

І

ІІ

ІІІ

Розміри зразка:

товщина

ширина

висота

Об’єм зразка

Маса зразка

 

см

см

см

см3

г

 

b

a

h

V

  mw

 

 

 

Середня густина зразка при природній вологості

Середня густина зразка після перерахунку на

12 %  вологості

 

 

 

г/см3

 

 

 

г/см3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Форма звіту: лабораторний журнал.

12.3 Механічні властивості

Найважливіші механічні властивості деревини: міцність під час стискання вздовж волокон, поперечний вигин, міцність на розтяг вздовж волокон, на сколювання та статична твердість.

Про міцність деревини роблять висновок за результатами її механічних випробувань, залежних від форми, розмірів та чистоти зразка, способу прикладення навантаження, швидкості навантаження тощо. На механічні властивості деревини істотно впливає її вологість, тому одержані результати випробувань при даній вологості необхідно перераховувати на стандартну вологість 12 %.

12.3.1 Визначення границі міцності при стиску деревини вздовж волокон.

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення границі міцності при стиску деревини та практичне його виконання. Виконання перерахунку границі міцності при стиску на стандартну вологість.

Прилади та обладнання: прес гідравлічний, пристосування с шарнірною опорою, штангенциркуль.

Границя міцності при стиску деревини вздовж волокон для різних порід в середньому дорівнює 400-600 кгс/см2 (40-60 МПа). Для випробування деревини під час стискання вздовж волокон застосовують універсальну випробувальну машину ГЗИП-Р5 або іншу машину, обладнану пристосуванням з шарнірною опорою, яка дозволяє вимірювати зусилля з похибкою не більш 1 % від прикладеного навантаження.

Для виконання роботи необхідні: випробувальна машина, пристосування до випробувальної машини з шарнірною опорою, штангенциркуль, зразки деревини розміром  20×20×30 мм, ГОСТ 16483.10-73.

Перед випробуванням штангенциркулем вимірюють на середині довжини зразка розміри поперечного перерізу (a та b) з точністю до 0,1 мм. Однією з торцевих поверхонь зразок зміщують в центрі шарнірної опори пристосування. Пристосування зі зразками поміщають між головками машини та злегка затискають. Стрілка силовимірювача в цей час має бути на нульовому поділку шкали. Вмикають машину випробувальну машину, при випробуванні зусилля має бути спрямоване вздовж волокон зразка (рис. 12.2).

Швидкість подавання навантаження на зразок рівномірна протягом всього часу випробування (25000 ± 5000) н/хв. Випробування доводять до руйнування зразка, тобто до моменту руху стрілки силовимірювача в зворотній бік. Після цього випробувальну машину вимикають. Зразок виймають із пристосування та оглядають, звертаючи увагу на характер руйнування.

Рисунок 12.2 – Схема випробування на стиск деревини вздовж волокон

Границя міцності під час стискання вздовж волокон деревини обчислюють з похибкою не більш 0,5 МПа (5 кгс/см2):

                                                кг/м3,                                  (12.5)

де Pmax – максимальне навантаження, Н (кгс);

    a, b – розміри поперечного перерізу зразка, мм (см);

Одержану границю міцності перераховують з округленням до 0,5 МПа на стандартну вологість 12 %.

,                (12.6)

де a – поправочний коефіцієнт, рівний 0,04 на 1 % вологості;

     sw – границя міцності під час стискання зразка в момент випробування, МПа (кгс/см2);

     W – вологість зразка в момент випробування, % (вологість деревини в момент випробування визначають за стандартним методом).

Результати випробувань заносять до табл. 12.3.

Таблиця 12.3 – Визначення границі міцності під час стискання деревини вздовж волокон

Номер зразка

Розміри поперечного перерізу, см

Площа поперечного перерізу,    см2

Руйнівне навантаження Р, кгс

Вологість %

Границя міцності, кгс/см2

a

b

Rст

Р12

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

Середнє значення

 

 

Форма звіту: лабораторний журнал.

12.3.2 Визначення границі міцності під час статичного вигинання деревини.

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення границі міцності під час статичного вигинання деревини та практичне його виконання. Перерахунок границі міцності при статичному вигині на стандартну вологість.

Прилади та обладнання: прес гідравлічний, пристосування для випробування деревини на вигін з опорами та ножами, штангенциркуль.

Границя міцності при статичному вигині деревини в середньому дорівнює 70-120 МПа (700 – 1200 кгс/см2).

Для виконання роботи необхідні: випробувальна машина, пристосування  для випробування деревини на вигинання з опорами та ножами, штангенциркуль, зразки деревини у формі бруска розміром 20×20×30 мм (річні шари на торцях зразків мають бути спрямовані паралельно одній парі протилежних граней, а твірні річні шари – паралельні довгим ребрам зразка, ГОСТ 16483.3–84.

Штангенциркулем на середині довжини кожного зразка вимірюють  ширину у радіальному напрямку та висоту у тангенціальному. Зразок поміщують в пристосування за схемою вільно лежачої балки на двох опорах, відстань між центрами яких 240 мм. Балка завантажена двома зосередженими вантажами в двох точках на одній третині відстані між опорами (рис. 12.3).

Рисунок 12.3 – Схема випробування деревини на вигинання

Зразок на опори поміщують так, щоб вигинаючи зусилля були спрямовані по дотичній до річних шарів (вигинання тангенціальне). Пристосування разом із зразком встановлюють у випробувальну машину, центрують його та злегка затискають гвинтом. Вмикають випробувальну машину, при цьому швидкість навантаження зразка має бути рівномірною протягом всього часу випробування ((17 ± 15) кН/хв). Випробування проводять до руйнування зразка (повного зламу), тобто до того моменту, коли стрілка силовимірювача почне рухатися у зворотній бік. Механічне навантаження визначають з похибкою не більш ціни поділку шкали силовимірювача (в Н або кгс). Після цього машину вимикають, зразок виймають з пристосування та оглядають вид зламу зразка (гладкий або волокнистий).

Границя міцності під час статичного вигинання деревини (кгс/см2) обчислюють з похибкою не більш 1 МПа:

,                                (12.7)

де Pmax – руйнуюче навантаження, Н (кгс);

     l – відстань між опорами, см;

     b – ширина зразка, см;

     h – висота зразка, см.

Одержану границю міцності перераховують на 12% вологість  за формулою 12.8.

,                   (12.8)

де a – поправочний коефіцієнт на вологість, рівний 0,04 для всіх порід;

    W  – вологість зразка в момент випробування, %;

   sw – границя міцності під час статичного вигинання деревини при вологості в момент випробування, МПа (кгс/см2).

Вологість деревини в момент випробування визначають за стандартним методом.

Результати випробувань заносять до табл. 12.4.


Таблиця 12.4 – Визначення границі міцності під час вигинання деревини

Номер зразка

Розміри поперечного перерізу, см

Відстань між опорами см

Руйнів-не наванта-ження Р, кгс

Вологість, %

Границя міцності, кгс/см2

a

b

Rст(w)

Rвиг(12)

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

Середнє значення

 

Форма звіту: лаборатний журнал.