Лабораторна робота № 6

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 Следующая ⇒

ФІЗИЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ

Мета роботи: навчитися оцінюванню якості будівельної деревини шляхом лабораторного визначення її основних фізичних та механічних властивостей.

Основні положення. Деревина – один з найважливіших видів будівельних матеріалів; її широко застосовують у будівництві завдяки ряду позитивних властивостей: високій 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.

Фізичні властивості деревини. Вологість значною мірою зумовлює якість деревини, так як деревині відноситься до гігроскопічних матеріалів. Розрізняють гігроскопічну вологість, зв’язану в стінках клітин, та капілярну, яка заповнює порожнини клітин і міжклітинний простір. Вологість деревини, що дорівнює 12 %, умовно вважається стандартною.

Істинна густина деревини майже однакова для різних порід і становить 1,53…1,55 г/см³. Середня густина деревини залежить від виду породи, вологості та пористості й може бути в межах 450…900 кг/м³.

За зміною вологості деревини відбуваються усихання, розбухання, короблення деревини.

Теплопровідність деревини залежить від породи, напряму волокон і вологості.

Механічні властивості. Міцність деревини характеризується здатністю чинити опір зовнішнім механічним впливам і залежить від породи, середньої густини, вологості, наявності вад тощо. Міцність при стиску деревини визначають уздовж та впоперек волокон на зразках-призмах розміром 20х20х30 мм. Міцність при стиску деревини уздовж волокон у 4…6 разів більша та впоперек Міцність при стиску деревини визначають уздовж та впоперек волокон на зразках-призмах перерізом 20х20 мм і завдовжки 30 мм. Міцність деревини на стиск уздовж волокон у 4...6 разів більша за її міцність впоперек волокон. Міцність при розтягу деревини уздовж волокон у 2...3 рази більша за міцність при стиску. Для окремих порід границя міцності при розтягу досягає 100…200 МПа. Міцність при статичному вигину деревини перевищує міцність при стиску уздовж волокон, але менша за міцність при розтягу і становить для різних порід 50...100 МПа.

За твердістю деревину поділяють на три групи: м-яка (сосна, ялина, ялиця, вільха); тверда (дуб, клен, каштан, береза); дуже тверда (самшит, кизил).
Найважливіші механічні властивості деревини: міцність при стиску уздовж волокон, поперечний вигин, міцність при розтягу уздовж волокон, при сколюванні 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 %.

Лабораторна робота містить у програмі досліджень деревини будівельної наступні найбільш важливі та характерні випробування: визначення вологості, середньої густини, границі міцності при стиску вздовж волокон та при статичному вигину деревини.

Після виконання лабораторної роботи студент повинен:

- знати основні фізичні та механічні властивості деревини та методики їх визначення;

- вміти практично визначати середню густину деревини, її вологість, міцність при стиску вздовж волокон та при статичному вигину деревини і здійснювати їх перерахунок на стандартну вологість з метою оцінювання якості.

6.1. Фізичні властивості

6.1.1 Визначення вологості деревини

Прилади,обладнання і матеріали: 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. 6.1)

Рисунок 6.1 – 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:

%, (6.1)

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

m_с – 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 %:

%, (6.2)

де m_в – маса зразка до висушування, г;

m_с – маса зразка після висушування, г.

Одержані результати записують до табл. 6.1.

Таблиця 6.1 – 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 % m_в m_с m_в – m_с

Середнє значення вологості %

Опис роботи

Висновок:

6.1.2 Визначення середньої густини деревини.

Прилади, обладнання і матеріали: 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, (6.3)

де m_w – 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:

, (6.4)

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

k₁₂^w – 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 журналу (табл. 6.2.):

Таблиця 6.2 – Визначення середньої густини деревини

Показники Од. виміру Формула Результати

І ІІ ІІІ

Розміри зразка: товщина ширина висота Об’єм зразка Маса зразка см см см см³ г b a h V m_w

Середня густина зразка при природній вологості Середня густина зразка після перерахунку на 12 % вологості г/см³ г/см³

Опис роботи

Висновок:

6.2 Механічні властивості

6.2.1 Визначення границі міцності при стиску деревини вздовж волокон.

Прилади, обладнання і матеріали: 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 сило вимірювача в цей час має бути на нульовому поділку шкали. Вмикають машину випробувальну машину, при випробуванні зусилля має бути спрямоване вздовж волокон зразка (рис. 6.2).

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

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

кг/м³, (6.5)

де P_max – 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 %.

, (6.6)

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

s_w – 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. 6.3.

Таблиця 6.3– Визначення границі міцності при стиску деревини вздовж волокон

Номер зразка Розміри поперечного перерізу, см Площа поперечного перерізу, см² Руйнівне навантаження Р, кгс Вологість % Границя міцності, кгс/см²

a b R_ст Р₁₂

Середнє значення

Опис робот

Висновок:

6.2.2 Визначення границі міцності при статичному вигину деревини

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

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

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 сило вимірювача почне рухатися у зворотній бік. Механічне навантаження визначають з похибкою не більш ціни поділку шкали сило вимірювача (в Н або кгс). Після цього машину вимикають, зразок виймають з пристосування та оглядають вид зламу зразка (гладкий або волокнистий).

Границя міцності при вигину деревини (кгс/см²)обчислюють з похибкою не більш 1 МПа:

, (6.7)

де P_max – 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:

, (6.8)

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

W – вологість зразка в момент виперобування, %;

R_виг(_w₎ – границя міцності при статичному вигину деревини при вологості в момент випробування, МПа (кгс/см²).

Вологість деревини в момент випробування визначають за стандартним методом.

Результати випробувань заносять до табл. 6.4.

Таблиця 6.4 – Визначення границі міцності при вигину деревини

Номер зразка Розміри поперечного перерізу, см Відстань між опорами см Руйнів-не наванта-ження Р, кгс Вологість, % Границя міцності, кгс/см²

a b R _виг _.(w) R _виг ₍₁₂₎

Середнє значення

Опис роботи

Висновок:

Контрольні питання:

1. Як визначається вологість деревини?

2. Стандартна вологість. Поясніть причини впливу вологості на основні властивості деревини.

3. Як визначається середня густина деревини?

4. Як визначається границя міцності при стиску уздовж волокон деревини?

5. Як визначається границя міцності при статичному вигину деревини?

6. Як здійснюють перерахунок характеристик основних властивостей деревини на стандартну вологість?

Рекомендована література:

1. ГОСТ 17231-78. Лесоматериалы колотые и круглые. Методы определения влажности – М.: Издательство стандартов, 1999 – 9 с.

2. ГОСТ 16483.1-84. Древесина. Метод определения плотности – М.: Издательство стандартов, 1999 –7с.

3. ГОСТ 16483.10-73. Древесина. Методы определения предела прочности при сжатии вдоль волокон – М.: Издательство стандартов, 1999 –10 с.

4. ГОСТ 16483.3-84. Древесина. Метод определения предела прочности при статическом изгибе – М.: Издательство стандартов, 1999 –10 с.

5. «Матеріалознавство (для архітекторів та дизайнерів)»: Підручник /Пушкарьова К.К., Кочевих М.О., Гончар О.А., Бондаренко О.П. – К.:

Видавництво «Ліра-К», 2012. – 592 с.

6. Будівельне матеріалознавство: Підручник / Кривенко П.В., Пушкарьова К.К.,Барановський В.Б., Кочевих М.О., Гасан Ю.Г., Констатинівський Б.Я., Ракша В.О. (3-є видання).– К.: «Ліра-К», 2012. – 624 с.

7. Справочник по строительному материаловедению /Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. – М.: Инфра-Инженерия, 2010. – 472 с.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 Следующая ⇒

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных