Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Базовые понятия, определения и приемы расчетов показателей качества материалов и изделий. Учебное пособие
.pdf
151
минимальный предел прочности при сжатии отдельных
образцов МПа;
предел прочности при изгибе МПа;
минимальный предел прочности при изгибе отдельных
образцов МПа;
кирпич с отклонениями по внешнему виду, превышающими
допускаемые требования по ГОСТ – %.
43. Записать условное обозначение кирпича по ГОСТ 530-2012
если его масса равна кг; он выдерживает нагрузку кН, потеря
прочности после циклов замораживания и оттаивания составляет
кг/см2.
4.4. Структура и свойства древесины
Свойства древесины подразделяются на физические,
химические, технологические, механические, эксплуатационные.
Выделяют следующие группы физических свойств:
характеризующие внешний вид и макроструктуру древесины (цвет,
текстура, блеск, запах); влажность; плотность; водо- и
газопроницаемость; тепловые свойства; электрические свойства;
действие излучений на древесину; резонансные свойства.
К первой группе относят цвет, текстуру, блеск и запах.
Цвет – определенное зрительное ощущение, зависящее от
спектрального состава отраженного поверхностью древесины
светового потока. Цвет древесины определяется с помощью атласа
цветов. Он зависит от климатических условий: древесина пород
умеренного пояса имеет более бледную окраску, нежели породы
тропического пояса.
Текстура – это рисунок на поверхности древесины,
образующийся вследствие перерезания ее анатомических элементов.
Текстура древесины определяется ее строением: чем оно сложнее, тем
богаче текстура. Хвойные породы отличаются простым строением: их
текстура представляет собой рисунок, состоящий из правильно
чередующихся или даже прямых линий. Текстура лиственных пород
более сложна по рисунку. Отделка лаком и политурой усиливает цвет
и текстуру древесины.
Запах древесины определяется содержанием эфирных масел,
смол и дубильных веществ. Сильный запах характерен для древесины
152
,
(113)
хвойных пород, особенно тропических; лиственные породы пахнут
слабее.
Блеск – способность поверхности материала направленно
отражать световой поток. Наибольшим блеском поверхности
древесины диффузно отражают световой поток. Блеск древесины
зависит от породы, разреза, характера освещения поверхности, ее
обработки. Для усиления блеска применяют полирование,
лакирование, вощение и т.п.
Влажность древесины – отношение влаги, содержащейся в
древесине, к массе сухой древесины, выраженное в процентах,
где – масса образца до сушки, кг;
– масса высушенного до
абсолютно сухого состояния того же образца, кг.
Она может определяться весовым и электрическими методами
(по изменению электропроводности древесины).
Нормальной считается влажность древесины, равная .
Как правило, для сравнения результатов все физические свойства
древесины приводятся к этой влажности. В структуру материала влага
проникает через поперечные разрезы и может находиться в свободном
или связанном состоянии. В последнем случае она содержится
непосредственно в стенках клеток дерева в виде тонких слоев. Эта
влага называется гигроскопической. Кроме этого, влага может
находиться в полости клеток, сосудов и межклеточном пространстве
(так называемая свободная влага).
При высыхании древесины в первую очередь теряется свободная
влага. Влажность древесины, содержащей только гигроскопическую
влагу, называется точкой насыщения волокон. В зависимости от
породы точка насыщения волокон колеблется в пределах .
Связанная влага оказывает существенное влияние на свойства
древесины.
Влажность высушенной древесины соответствует относительной
влажности окружающего воздуха и называется равновесной.
В зависимости от влажности выделяют несколько типов дерева:
мокрое – относительный показатель ; свежесрубленное – ;
сырое – ; полусухое – ; воздушно-сухое – ;
комнатно-сухое – и абсолютно сухое – не содержит влагу.
153
Гигроскопичность материала (способность впитывать влагу)
приводит к короблению поверхности, что портит внешний вид изделий
из дерева.
Разбухание. Когда древесина интенсивно впитывает влагу, она
начинает увеличиваться в объеме (разбухать). Характеристики
древесины при разбухании ухудшаются, и она требует сушки, которая
представляет длительный процесс даже при использовании
современного оборудования.
Звукопроводность – характеристика, связанная со способностью
дерева проводить звуковые волны. Скорость распространения звука в
древесине в раз выше, чем в воздухе. Скорость звука зависит от
направления распространения: вдоль волокон она значительно выше,
чем поперек волокон. Например, у сосны скорость звука вдоль
волокон составляет порядка , поперек волокон в радиальном
направлении – и в тангенциальном направлении – порядка
м/с. Аналогичная картина имеет место и для других пород. В среднем
скорость распространения звука в древесине вдоль и поперек волокон
в радиальном и тангенциальном направлениях относится как .
Под резонансной способностью древесины подразумевают
усиление звука без искажения тона, что важно при изготовлении
музыкальных инструментов.
Теплопроводность – способность древесины проводить тепло.
Этот показатель очень тесно связан с плотностью и влажностью
древесины: влажная древесина имеет меньшую теплопроводность,
более плотная – большую. Данный показатель очень важен при
строительстве домов. Теплопроводность дерева значительно выше
многих других строительных материалов. Так, теплопроводность
деревянного бруса толщиной мм такая же, как кирпичной стены
толщиной мм. Теплопроводность зависит также от температуры,
направления волокон и породы древесины.
Плотностью материала называется отношение массы тела к его
объему (единица измерения – кг/м3). Плотность древесины зависит от
ее влажности, поэтому ее всегда пересчитывают, приводя к
стандартному значению влажности (). Определяют плотность
древесины взвешиванием образцов стандартных размеров:
мм. Объем образца может быть определен по трем линейным
измерениям (ширине, толщине и высоте), либо специальным прибором
– объемомером.
154
,
(114)
Порода
Плотность
,
кг/м
3
Условная
плотность
, кг/м
3
Лиственница
Сосна обыкновенная
Ель
Кедр
(сосна кедровая)
Пихта сибирская
Граб
Акация белая
Груша
Дуб
Клен
В расчетах часто используют так называемую условную
плотность древесины
где
– масса образца древесины в абсолютно сухом состоянии, кг;
– объем образца при влажности выше предела гигроскопичности, м3.
По плотности древесины при влажности породы (кг/м
3
делятся на три группы:
1) породы малой плотности ( ): из хвойных – сосна, ель (все
виды), пихта (все виды), кедр (все виды), липа (все виды), ива (все
виды), осина, ольха черная и белая, каштан посевной, орех белый,
серый и маньчжурский;
2) средней плотности ( ): из хвойных пород – лиственница
(все виды) тисс; из лиственных – береза, бук восточный и европейский,
вяз, груша, дуб летний, восточный, болотный, монгольский, карагач,
клен (все виды), орех грецкий, платан, рябина, хурма, яблоня, ясень
обыкновенный и маньчжурский;
3) породы высокой плотности ( ) – акация белая и песчаная,
береза железная, граб, дуб каштанолистный и араксинский. Кизил,
саксаул белый, самшит.
Средние значения плотности (при -ной влажности) и
для наиболее распространенных пород приведены в табл. 18.
Таблица 18. Средние значения плотности и
пород
наиболее распространенных
)
155
Ясень обыкновенный
Бук
Вяз
Береза
Орех грецкий
Ольха
Осина
Липа
Тополь
Окончание табл. 18
Способность древесины пропускать жидкость и газы имеет
важное значение при выборе режимов пропитки и сушки древесины,
материала для изготовления деревянной тары, деревянных лодок и
других целей. При испытаниях в качестве жидкости обычно
используют воду, а в качестве газа – воздух.
Водонепроницаемость зависит от породы древесины, положения
в стволе и направления. В связи с различной длиной водопроводящих
элементов древесины хвойных (трахеиды) и лиственных (сосуды)
пород водонепроницаемость вдоль волокон у этих двух групп резко
различна. Так, через отрезок ствола длиной м у лиственных пород
под давлением атм фильтруется через см
см3 воды за ч, а у хвойных см3, т.е. в раз
меньше. В пределах одной и той же породы водонепроницаемость
заболони выше, чем водонепроницаемость ядра и спелой древесины. В
среднем через образцы из заболони пихты толщиной мм в течение
ч фильтруется см3 воды, из образцов ели – см
образцы такой же толщины из спелой древесины соответственно и
см3, т.е. в раз меньше.
Водонепроницаемость вдоль волокон существенно отличается от
проницаемости поперек волокон. Например, через пихту длиной см
столб воды см3 фильтруется по направлению волокон в течение ч;
поперек волокон в тангенциальном направлении через образец
толщиной см за ч проходит см
несколько сотен раз меньше. Поперек волокон водонепроницаемость
по радиальному направлению в среднем для большинства пород
несколько меньше, чем по тангенциальному.
Большое значение имеют особенности анатомического строения
древесины разных пород: расположение и состояние пор на стенках
элементов, количество и степень проницаемости сердцевинных лучей,
2
поперечного сечения
3
, а через
3
воды, т.е. в
156
состояние горизонтальных смоляных ходов и другое, а также
смолистость древесины. Например, у сосны водопроницаемость
заболони больше, чем водопроницаемость древесины ядра. Основной
причиной плохой водопроницаемости ядра является смолистость. Если
удалить смолу из древесины ядра экстрагированием,
водопроницаемость в радиальном направлении будет примерно такой
же, как водопроницаемость древесины заболони. Нагревание
древесины ядра выше температуры плавления смолистых веществ
повышает водопроницаемость древесины (в нагретом состоянии).
Основные показатели водопроницаемости – количество воды в
кубических сантиметрах, прошедшее через образец за сутки при
установившемся состоянии, и конечная средняя влажность образца. В
качестве дополнительной характеристики используется диаграмма
водопроницаемости: на оси абсцисс откладывается время в сутках, на
оси ординат – количество поглощенной и прошедшей через образец
воды в граммах.
Газопоглощением древесины называется проникновение газов в
древесину при атмосферном давлении. Имеет большое практическое
значение при обработке древесины, зараженной насекомыми или
грибами, при газовом крашении и в некоторых случаях эксплуатации
древесины.
Хлор, сернистый ангидрид и хлорпикрин при атмосферном
давлении в течение суток проникают в древесину сосны при -ной
влажности в радиальном направлении на глубину не более мм, а
сероуглерод, пары формалина и уксусной кислоты – на глубину до
мм; вдоль волокон те же газы проникали на глубину около мм. В
сухую древесину сосны сероводород проникает легко: легче – вдоль
волокон, труднее – в радиальном направлении; в ядровую древесину
труднее, чем в заболонную. Из трех пород наиболее трудно
проницаемой для сероводорода оказалась ольха, а наиболее легко –
береза; сосна заняла промежуточное положение. Полная гибель всех
личинок в древесине при концентрации сероводорода
достигается через ч; при – через ч и – через ч. Под
избыточным давлением газы проникают на значительно большую
глубину.
Прохождение газов через древесину под давлением называется
газопроницаемостью древесины.
157
,
(115)
,
(116)
Газопроницаемость определяется количеством (объемом)
воздуха (см
Величина газопроницаемости зависит от давления, свойств древесины
и газа, их состояния. В качестве критерия газопроницаемости
используется коэффициент газопроницаемости
где – газопроницаемость, см
атм; – высота образца, см.
времени, чем длительные испытания проницаемости жидкостями. В
ряде случаев при тесной корреляции между указанными свойствами
можно использовать определение газопроницаемости в качестве
экспресс-метода оценки проницаемости древесины жидкостями.
Газопроницаемость древесины необходимо учитывать при
изготовлении и эксплуатации некоторых видов тары (чаны, пивные
бочки и т.д.).
определенным комплексом механических свойств (прочность,
твердость, деформируемость, ударная вязкость), которые
определяются в лабораторных условиях путем проведения испытаний
на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Механические свойства зависят
от влажности древесины: они ухудшаются с увеличением связанной
(гигроскопической) влаги. При повышении влажности выше точки
насыщения волокон () прочность древесины практически не
уменьшается. Как правило, результаты испытаний пересчитываются на
-ную влажность.
разрушению под действием внешних сил. Количественной
характеристикой прочности является предел прочности, который
определяется по формуле
3
), прошедшего через см2 поверхности образца в с.
(см2/с∙атм)
3
2
/(см
∙с); – манометрическое давление,
Испытания на газопроницаемость требуют значительно меньше
Механические свойства древесины
Древесина как конструкционный материал характеризуется
Прочность – это способность древесины сопротивляться
где
– максимальная нагрузка, которую выдерживает образец до
разрушения; и – размеры поперечного сечения образца.
В связи с волокнистым строением древесина обладает
анизотропностью веществ. Так, прочность при растяжении поперек
158
Порода
Предел прочности, кг/см2,
при растяжении
Предел прочности, кг/см2,
при влажности
радиальном
тангенциальном
и более
Сосна
Ель
Лиственница
Кедр
Пихта
Ясень
Бук
Граб
Береза
Осина
Ольха
Липа
волокон в среднем для всех пород составляет примерно от
прочности при растяжении вдоль волокон.
В табл. 19 приведены значения предела прочности при
растяжении поперек и вдоль волокон ряда хвойных и лиственных
пород.
Таблица 19. Прочность хвойных и лиственных пород при растяжении поперек и
вдоль волокон
Хвойные породы по сравнению с лиственными имеют более
низкую прочность как при радиальном, так и при тангенциальном
растяжении.
На прочность при растяжении сильное влияние оказывают
особенности строения древесины: отклонения от правильного
расположения волокон приводит к заметному уменьшению прочности.
Предел пропорциональности при растяжении вдоль волокон для
древесины хвойных пород (лиственница, сосна, пихта) составляет
от величины предела прочности; для лиственных кольцесосудистых
пород (дуб, ясень) – .
При растяжении вдоль волокон степень вляиния влажности на
прочность зависит от породы древесины (см. табл. 19). Разрушение
происходит в виде разрыва тканей: при высокой прочности разрыв
длинноволокнистый или защепистый, при низкой прочности – почти
гладкий или раковистый.
159
,
(117)
Ударная вязкость древесины (, Дж/см
формуле
где – работа, затраченная на разрушение, Дж; – ширина образца,
см; – высота образца, см.
Ударная вязкость лиственных пород превышает таковую для
хвойных пород: мягких – в раза, твердых – в раза.
Твердость древесины играет большую роль при обработке ее
режущими инструментами, скреплении гвоздями (тара, строительные
блоки), при работе на истирание (деревянные полы и настилы, паркет).
Значения твердости зависят от поверхности измерения: торцовой,
радиальной и тангенциальной. Наибольшую твердость имеет торцовая
поверхность ( МПа в зависимости от породы, влажность ).
Твердость радиальной и тангенциальной поверхностей на
меньше твердости торцовой поверхности. Рост влажности приводит к
уменьшению твердости.
К технологическим свойствам древесины относятся:
обрабатываемость резанием, сопротивление истиранию;
способность к загибу, склеиванию и окрашиванию;
способность удерживать гвозди и другие металлические
крепления.
Они зависят от объемной массы, влажности, анатомического
строения древесины.
Обрабатываемость резанием (пилением, строганием, долблением
и сверлением) зависит от твердости древесины и степени чистоты
поверхности: твердая и плотная древесина обрабатывается легче и
чище, чем мягкая. Чем выше влажность древесины, тем труднее она
обрабатывается: чисто обработать поверхность влажной древесины
практически невозможно. На мягкой древесине (ива, тополь, осина,
липа) часто остаются царапины и вмятины.
Сопротивление истиранию зависит от направления волокон,
объемной массы, твердости и влажности древесины. Сопротивление
истиранию с торца значительно больше, чем с боковой поверхности. С
повышением объемной массы и твердости сопротивление истиранию
возрастает; при увеличении влажности – уменьшается.
Способность древесины удерживать гвозди, шурупы и другие
крепления имеет большое значение как в строительстве, так и при
сборке мебели и зависит от породы, направления волокон, объемной
2
) определяется по
160
массы и влажности древесины. Поперек волокон она на выше,
чем вдоль волокон. При высыхании древесины ее способность
удерживать крепление снижается вследствие уменьшения упругости
волокон. Удерживающая способность древесины твердых пород в
несколько раз выше мягких.
4.5. Древесные материалы
Ствол поваленного дерева, у которого отделены корни, вершина
и сучья, называется древесным хлыстом. Хлыст разделяются на
деловую и низкокачественную (обрезки хлыста, которые идут на
дрова) части.
По назначению, способу обработки и производства круглые
лесоматериалы условно можно разделить на четыре группы:
1 – для использования в круглом виде;
2 – для строгания и лущения (изготовления шпона);
3 – для выработки целлюлозы и древесной массы;
4 – для распиловки.
Виды круглого лесоматериала
К круглому лесоматериалу относятся: бревно, кряж, подвязник,
жердь, лежень.
Бревнами называются стволы деревьев, имеющие диаметр от
см, для использования в круглом виде или в качестве сырья для
выработки пиломатериалов.
Кряж представляет собой целые стволы дерева или более-менее
длинные обрезки ствола без коры для выработки специальных видов
продукции. Кряжи могут быть: фанерный, лыжный, авиационный,
карандашный, тарный и др. Длина кряжей соответствует кратному
числу чураков, которые представляют собой отрезки кряжа, длина
которых соответствует размерам, необходимым для обработки на
станках.
Кряж, распиленный пополам вдоль волокон, называется
пластиной. Четвертиной называется половина пластины, если она
распилена пополам в таком же направлении.
Подвязник представляет собой ствол без коры, но меньшего
диаметра – до см.
Жердь – круглый материал меньшего диаметра, чем подвязник;
диаметр – не больше см.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]