Краткие теоретические сведения. Для количественной характеристики содержания воды в древесине используют показатель - влажность
Для количественной характеристики содержания воды в древесине используют показатель - влажность. Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины:
W = (m - m0) / m0 * 100, (20)
где m - начальная масса образца древесины, г,
m0 - масса образца абсолютно сухой древесины, г.
По содержанию влаги различают:
– мокруюдревесину с влажностью до 100 % и более;
– свежесрубленную древесину с влажностью 35 % и более;
– воздушно-сухую древесинус влажностью 15...20 %;
– комнатно-сухую древесину с влажностью 8...15 %;
– абсолютно сухую, получаемую путем высушивания древесины до постоянной массы при температуре 105...110
Древесине свойственен ряд положительных свойств.
К достоинствам этого материала, объясняющим причины широкого использования ее в строительстве можно отнести, во-первых, достаточно высокую прочность — при сжатии предел прочности составляет 35... 70 МПа, при растяжении и изгибе пределы прочности, равны 80... 120 МПа. Прочность при сжатии поперек волокон составляет примерно 0,15 – 0,3 от предела прочности вдоль волокон.
| Во-вторых, необходимо отметить легкость древесины — средняя плотность ее составляет примерно 400...600 кг/м3 (у самых распространенных пород—ели, сосны, лиственницы, дуба). |
В связи с тем, что механические свойства древесины зависят от влажности, для получения сравнимых результатов испытания прочность древесины при фактической влажности пересчитывают на прочность при стандартной 12 % влажности. При фактической влажности 8 – 20 % пересчет производят по формуле
R12сж= Rwсж [1+a (W-12)], (21)
где R12сж и Rwсж - предел прочности образцов соответственно при 12 %-ной и фактической влажности W в момент испытаний,
α - поправочный коэффициент на влажность, показывающий, насколько изменяется прочность при изменении влажности на 1 %.
Значения a при сжатии и изгибе составляют 0,04, при смятии – 0,035.
Сочетание высокой прочности и легкости обеспечивает высокий коэффициент конструктивного качества (ККК) древесины.
Данный коэффициент равен отношению предела прочности при сжатии материала к его средней плотности.
У древесины этот коэффициент равен 0,7 и выше, тогда как у кирпича 0,06…0,15, у стали марок 3 и 5 — от 0,5 до 1,0.
Ход работы
Определение равновесной влажности древесины
Показания психрометра:
Температура сухого термометра°С
Температура влажного термометра°С
Разность температур°С
Влажность воздуха по психрометрической таблице j =%
Равновесная влажность древесины, соответствующая температуре и влажности воздуха Wр=%.
II. Определение средней плотности древесины
Размеры образца, см: а = ; b=; h=.
Объем образца Vе =см3.
Масса образца m =г.
Средняя плотность образца древесины при влажности Wр.
rwm= m/ Vе=г/ см3 =кг/ м3.
Средняя плотность образца древесины при стандартной 12%-ной влажности:
r12m = rwm+ 2,5( 12 – Wр) = кг/ м3.
Среднее значение плотности испытуемой древесины при стандартной влажности рассчитывают как среднее арифметическое испытаний трех образцов.
III. Определение прочности древесины
Прочность на сжатие вдоль волокон. Испытания проводят на образцах в виде прямоугольных призм сечением 20 х 20 мм и высотой вдоль волокон 30 мм.
Площадь поперечного сечения образца S (см2) вычисляют, измеряя его размеры с погрешностью 0,1 мм.
Образец помещают строго на центр плиты пресса и медленно нагружают образец, фиксируя разрушающую нагрузку Р( кН).
Предел прочности образца при сжатии вдоль волокон (МПа) при влажности Wр определяют по формуле:
Rwсж= (Р / S) 10, (22)
Предел прочности испытуемой древесины при сжатии вдоль волокон вычисляют как среднее арифметическое испытаний трех образцов.
Для пересчета предела прочности на стандартную влажность (12%) используют формулу:
R12сж= Rwсж [1+a (W-12)], (23)
где W- влажность древесины в момент испытаний, % ;
a=0,04 – поправочный коэффициент.
Прочность на сжатие поперек волокон.Испытания проводят на образцах в виде прямоугольных призм с основанием 20 х 20 мм и длиной вдоль волокон 60 мм. Образец укладывается на центр плиты пресса. Усилие на образец передается через металлическую накладку, устанавливаемую крестообразно на образец. Ширина рабочей площадки накладки, вдавливаемой в древесину – 20 мм. Из-за того, что ребра накладки закруглены (R = 2 мм) расчетная ширина принимается 18 мм. Таким образом, площадь рабочей поверхности при испытании S = (1,8 х b) см2.
За разрушающее усилие Русл (кН) принимают усилие, при котором накладка входит в образец на 2…4 мм, а на торцах образца появляются первые трещины. По найденному Русл рассчитывают условный предел прочности образца при смятии поперек волокон:
Rwсм= (Русл / S) 10, (24)
где b – ширина образца, см.
Условный предел прочности древесины при смятии вычисляют как среднее арифметическое испытаний трех образцов.
Для пересчета предела прочности на стандартную влажность (12%) используют формулу:
R12см= Rwсм [1 + a (W – 12)], (25)
где a– поправочный коэффициент на влажность, равный для всех пород 0,035;
W- влажность древесины в момент испытаний, %.
Контрольные вопросы
1. Что такое равновесная влажность древесины?
2. Сравните древесину и кирпич по плотности.
3. Какие пороки могут быть у древесины?
4. Как предохранить древесину от гниения?
5. Как защитить древесину от возгорания?
6. Как пересчитывается предел прочности древесины на стандартную влажность?
7. Как определяется средняя плотность древесины?
8. Какие материалы можно получить из отходов древесины?
Лабораторная работа № 5