Строительные материалы

Заключение

Сравнить величины относительных деформаций усушки древесины в разных направлениях; объяснить результаты опытов исходя из рассмотрения микроструктуры древесины (см. задание 7).

На основании полученных данных дать прогноз деформаций и коробления пиломатериалов, а также возможного трещинообразования в них при изменении влажностного состояния. Примеры конкретных ситуаций задает преподаватель; два примера приводятся ниже (см. рис. 3.2).

Рис. 3.2. Характерные деформации и коробление пиломатериалов

Определить, какому изменению влажности (увеличению или уменьшению) соответствуют случаи 1 и 2.

Задание 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ (СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ) И ПОРИСТОСТИ ДРЕВЕСИНЫ

Приборы и материалы

1.Весы технические с погрешностью взвешивания не более 0,01 г.

2.Штангенциркуль с погрешностью измерения не более 0,1 мм.

3.Прибор или аппаратура для определения влажности древесины экспресс-методом.

4.Образцы древесины в форме прямоугольной призмы.

61

Методика испытаний

Среднюю плотность древесины при данной влажности W определяют по методике, изложенной в ГОСТ 16483.1, и вычисляют по формуле

где mW масса образца при влажности W, кг (г); VW объем образца при влажности W, м3 (см3).

Поскольку образец представляет собой прямоугольную призму, его объем вычисляют как произведение длины, ширины и толщины.

Как изменится плотность древесины (т. е. плотность данного материала) при изменении влажности, например, при ее уменьшении? Очевидно, при уменьшении влажности древесина станет легче, но одновременно уменьшится и ее объем, как мы убедились в ходе выполнения задания 2. Поэтому изменение плотности не пропорционально изменению массы. В соответствии с ГОСТ 16483.1 она определяется по таблице коэффициентов.

Результаты испытаний приводят к стандартной влажности 12 %, используя формулу

где K12W коэффициент пересчета, определяемый по табл. 3.4.

Т а б л и ц а 3.4

Таблица коэффициентов изменения плотности в зависимости от влажности

62

Окончание табл. 3.4

Древесина относительно легкий материал, что связано с его большой пористостью (при рассмотрении микроструктуры древесины под микроскопом в задании 7 это подтвердится наглядно). Уже на основании результата проведенных испытаний можно определить величину пористости древесины в процентах по формуле

где ρо условная плотность, равная отношению массы абсолютно сухой древесины к ее объему во влажном состоянии.

Величину ρо можно рассчитать по формуле

где ρ плотность древесинного вещества.

Величина ρ составляет примерно 1,55 г/см3 или 1550 кг/м3.

Результаты испытаний

Результаты измерений и расчетов записывают в табл. 3.5.

63

Т а б л и ц а 3.5

Результаты определения плотности древесины

Плотность древесины ρw при влажности W, г/см3

То же, кг/ см3

Коэффициент пересчета К12 w на влажность 12 %

Плотность древесины ρ12 при влажности 12 %, кг/м3

Среднее арифметическое значение ρ12, кг/м3

Условная плотность ρо, кг/м3

Пористость древесины при W = 12 % П, %

Средняя величина П, %

Заключение

Сравнить среднюю плотность древесины с этим показателем для других природных и искусственных материалов.

Задание 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ ВДОЛЬ ВОЛОКОН

Приборы и материалы

1.Машина испытательная или пресс гидравлический со шкалой усилий до 10 т (100 кН).

2.Штангенциркуль с точностью до 0,1 мм.

3.Образцы древесины в форме прямоугольной призмы с основанием примерно 20х20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм.

64

Методика испытаний

Определение предела прочности проводится по методике, изложенной в ГОСТ 16483.10. Образцы в форме прямоугольной призмы с основанием примерно 20х20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм подвергают сжатию на гидравлическом прессе. Предварительно штангенциркулем измеряют размеры поперечного сечения образца на середине его длины с погрешностью не более 0,1 мм для уточнения площади поперечного сечения.

С помощью электронноговлагомера измеряют влажность образца. Образец устанавливают торцовой поверхностью в центре плиты пресса над шаровой опорой, опускают верхнюю плиту пресса до соприкосновения с образцом, затем включают привод пресса и регулируют скорость нагружения образца так, чтобы нагрузка увеличивалась равномерно. Продолжительность испытания от начала нагружения до разрушения образца должна составлять 1 0,5 мин, т.е. оно должно происходить со скоростью 2500…5000 Н/мин. Разрушением образца считают такое его состояние, когда стрелка силоизмерителя, показав максимальное сжимающее усилие, останавли-

вается и начинает отклоняться в обратную сторону.

Предел прочности древесины RW с измеренной влажностью W вычисляют в МПа по формуле

W

a b

где Fmax – максимальное усилие, Н;

a, b – размеры поперечного сечения образца, мм.

Предел прочности RW пересчитывают на влажность 12 % по формуле

R12 = RW [1 + (W 12)],

где – поправочный коэффициент, равный 0,04 на 1 % влажности; W – влажность образца в момент испытания, %.

Вычисление производят с округлением до 0,5 МПа.

65

Результаты испытаний

Результаты испытаний заносят в табл. 3.6.

Т а б л и ц а 3.6

Результаты определения прочности древесины при сжатии Порода______________________

Оценить поведение образца древесины при его полном разрушении. Полученные результаты испытаний сравнить со справочными данными учебника или справочника по строительным материалам.

Задание 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ

Приборы и материалы

1.Испытательная машина (например, пресс гидравлический) со шкалой усилий до 100 кН (10 т).

2.Штангенциркуль с точностью до 0,1 мм.

3.Образцы-балочки древесины в форме прямоугольной призмы

споперечным сечением 20х20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм.

66

4.Приспособление, обеспечивающее изгиб образца приложением нагрузки к его боковой поверхности в середине расстояния между центрами опор.

5.Прибор для определения влажности.

Методика испытаний

Испытания в соответствии с ГОСТ 16483.3 проводятся на образ- це-балочке в форме прямоугольной призмы с поперечным сечением 20х20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм.

Перед испытанием измеряют ширину и высоту балочки на середине длины и отмечают карандашом места установки опор и приложения нагрузки в соответствии со схемой испытаний (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схема испытания древесины на изгиб

Образец устанавливают в пресс так, чтобы изгиб осуществлялся в тангентальном направлении. Испытания продолжают до разрушения образца. Предел прочности при статическом изгибе в МПа при данной влажности W вычисляют по формуле

где расстояние между центрами опор, мм; b – ширина образца, мм;

h высота образца, мм;

Fmax разрушающее усилие, Н.

67

Предел прочности при изгибе RW должен быть приведен к влажности 12 % аналогично заданию 4 в отношении прочности при сжатии вдоль волокон (по той же формуле).

Результаты испытаний

Полученные результаты заносят в табл. 3.7.

Т а б л и ц а 3.7

Результаты определения прочности при изгибе

Определения

Образцы

1 2 3

Ширина образца в радиальном направлении b, мм

Высота образца в тангентальном направлении h, мм

Расстояние между центрами опор , мм

Разрушающее усилие Fmax, Н

Предел прочности при изгибе R, МПа

Влажность в момент испытания W, %

Предел прочности при влажности 12 %, МПа

Среднее арифметическое значение предела прочности при изгибе, МПа

Заключение

Сравнить полученные результаты со справочными данными учебника или справочника.

Задание 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ СКАЛЫВАНИИ ВДОЛЬ ВОЛОКОН

Приборы и материалы

1.Испытательная машина (например, пресс гидравлический) со шкалой усилий до 100 кН (10 т).

2.Штангенциркуль с погрешностью измерения до 0,1 мм.

68

3.Образцы специальной формы с площадкой скалывания по тангентальной или радиальной плоскости.

4.Приспособление к испытательной машине для закрепления образца.

5.Прибор для определения влажности.

Методика испытаний

Для проведения испытания по ГОСТ 16483.5 необходимо иметь приспособление для закрепления образца. Испытываются образцы специальной формы с площадкой скалывания по тангентальной или радиальной плоскости.

Рис. 3.4. Образцы для испытания древесины на скалывание вдоль волокон по плоскости:

а – тангентальной; б – радиальной; b – ширина образца; – длина скалывания

Перед испытанием ширина образца b и длина скалывания измеряются штангенциркулем по ожидаемой плоскости скалывания с погрешностью не более 0,1 мм. Затем образец устанавливают в приспособление, слегка зажимают винт приспособления, чтобы образец не выпал, и помещают в центр опорной плиты пресса. В связи с незначительной нагрузкой, необходимой для скалывания, перемещения передвижной плиты производят осторожно, чтобы не повредить

69

образец. Затем включают привод пресса и доводят нагрузку до разрушения образца.

Рис. 3.5. Форма и образец для испытаний на скалывание вдоль волокон и прибор для крепления образца:

1 образец; 2 корпус прибора; 3 – нажимная планка; 4 подвижная опора; 5 – установочный винт

Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон в МПа с влажностью в момент испытания W вычисляют по формуле

и переcчитывают на влажность 12 % по формуле

τ12 = τW [1 + (W – 12)],

где – поправочный коэффициент на влажность, равный 0,03 для всех пород;

W – влажность образца в момент испытания, %.

Результаты испытаний

Результаты испытания заносят в табл. 3.8, перед которой следует указать, в какой плоскости производится скалывание – в тангентальной или радиальной.

70