Предел прочности образцов пересчитывают на влаж­ность 12 % по формуле

RW =Р_мах/ ab

где а — коэффициент, равный 0,04 для всех пород.

Предел прочности образцов с влажностью, равной или больше предела гигроскопичности, пересчитывают на влажность 12 %:

R12 = RW К,

где К-коэффициент, равный 1,54 для клена; 1,62- для акации, вяза, дуба, липы, ясеня; 1,72 - для бука, груши, ивы, сосны кедро­вой и обыкновенной, пихты и тополя; 1,83 - для березы, граба, ели, лиственницы, ореха.

Изучение пороков древесины

Древесина как строительный материал может иметь пороки различных видов, которые снижают ее качество, а иногда делают древесину непригодной для использо­вания как в строительстве, так и в производстве изделий из нее.

Пороки древесины могут быть разделены на две ос­новные группы: возникающие в растущем дереве и в све-жесрубленной и мертвой древесине. К первой группе сле­дует отнести пороки, связанные с условиями роста де­рева, например, нарушение нормального строения дерева, наличие сучков и т. д.; ко второй группе — пороки, вы­званные внешними факторами и различными грибами, насекомыми и др.

Учащиеся строительных техникумов при изучении по­роков древесины используют основной учебник и данный «Практикум», а при выполнении лабораторных работ на специально подобранных образцах в виде дощечек подробно изучают сучки и трещины на сортаментах ле­соматериалов.

Изучение пороков древесины целесообразно проводить в следующей последовательности: пороки формы ствола и строения древесины, сучки, трещины, химические ок­раски, грибные поражения древесины, повреждения дре­весины насекомыми.

Пороки формы ствола, как правило, образуются вследствие ненормальных условий роста дерева и клима­тических воздействий. К основным порокам ствола отно­сят кривизну, сбежистость и закомелистость, которые затрудняют применение круглых лесоматериалов по на­значению и усложняют их переработку, снижают сорт­ность древесины, увеличивают количество отходов при распиловке и лущении, а также являются причиной воз­никновения пороков строения древесины.

К характерным порокам относят:

- различные сучки (сросшиеся и несросшиеся, роговые и т. д.),

- трещины (метиковые, морозные, усушки, отлупные, различного расположения и раз­меров);

- пороки строения (наклон воло­кон, тяговая древесина, свилеватость, завиток, глазки, смоляной кармашек, пасынок, сухобокость, прорость, рак, засмолок, ложное ядро, внутренняя эаболонь, водослой, пятнистость),

- от­клонения от нормальной формы ствола (сбежистость, закомелистость, нарост и кривизна);- грибные поражения (ядровые пятна и полосы, ядровая гниль, плесень, заболонные грибные окраски, заболонная и наружная гниль); пов­реждение насекомыми (червоточина);

- дефекты, образующиеся в процессе об­работки; инородные включения (камни, гвозди и т. д.);

- деформации (покоробленность, образующаяся при сушке, хранении, выпиливании).

Кривизна ствола в зависимости от направления из­гиба бывает односторонняя и разносторонняя. Она зна­чительно влияет на выход пиломатериала при распиловке бревен, а также оказывает отрицательное влияние на прочность древесины при продольном изгибе в случае применения круглых сортаментов в качестве стоек и дру­гих строительных элементов.

Рисунок 12.7Пороки строения древесины:а-косослой; б -свилеватость; в —завиток; г — крень; д — пасынок; е — двойная сердцевина

Сбежистость представляет собой резкое уменьшение диаметра ствола от комля (нижней части) к вершине.

Этот порок наглядно наблюдается у необрезных пилома­териалов в виде ненормального уменьшения ширины до­сок по длине, превышающего допустимый предел. Сбежистость увеличивает отходы при распиловке бревен, обусловливает появление радиального наклона волокон в пиломатериалах, а следовательно, и снижение их проч­ности.

Закомелистость проявляется в виде резкого увеличе­ния комлевой части ствола дерева. Различают округлую и ребристую закомелистость со звездчато-лопастной фор­мой поперечного сечения бревна. При распиловке ство­ла на пиломатериалы закомелистую часть приходится предварительно отпиливать и пускать на дрова.

Пороки строения древесины (Рисунок12.7) весьма разно­образны. К ним относят наклон волокон (косослой),сви­леватость, завиток, крень, пасынок, двойная сердцевина., сухобокость, засмолок, водостой и др.

Наклон волокон (косослой) представляет собой не прямолинейность, а винтообразность волокон древесины (Рисунок 12.7, а) продольной оси изделий (бревен, брусьев, до­сок и т. п.). Косослойная древесина обладает повышен­ной величиной усушки и способна в большей степени к короблению.

Свилеватость (древесины характеризуется путаным или редко волнистым расположением волокон. Она чаще всего встречается у лиственных пород, преиму­щественно в комлевой части ствола(Рисунок 12.7, б). Свилеватость снижа­ет прочность древесины при сжатии, изгибе и растяжении, а также затрудняет обработку древесины (строгание) вследствие возникновения выдиров и отщепов.

Завиток (Рисунок 12.7, в) представляет собой искривление годовых слоев древесины, вызванное сучками. На поверх­ности пиломатериалов завиток имеет вид скобообразных изогнутых частичек, прорезанных или замкнутых кон­центрических контуров, образованных искривленными го­довыми слоями. Завиток снижает прочность древесины при сжатии вдоль волокон при статическом изгибе.

Крень (Рисунок 12.7, г) представляет собой резкое утолще­ние летней древесины, годичного слоя со значительным повышением его твердости на более узкой стороне и сме­щением сердцевины. Степень этого порока определяют в процентах по отношению к общей площади торца.

Пасынок (Рисунок 12.7, д) представляет собой толстый при­легающий к стволу, на значительном протяжении срос­шийся с основным стволом сук. Ствол дерева с пасын­ком имеет овальную форму. В поперечном разрезе четко виден раздел между стволом и его пасынком. Пасынок резко снижает механические свойства и сортность древе­сины.

Двойная сердцевина(Рисунок 12.7, е) представляет собой ясно видные в поперечном разрезе ствола дерева две сердцевины. Снаружи древесного ствола обе сердце­вины окружены сплошными кольцами годового слоя. Этот порок затрудняет переработку (распиловку) древе­сины, увеличивает количество отходов и склонность к растрескиванию.

Сухобокость — одностороннее омертвление ствола, возникающее от ненормальных условий роста дерева или его повреждения. Сухобокость вызывает местное искрив­ление годовых слоев и нарушает правильность формы круглых материалов, что, в свою очередь, снижает выход пиломатериалов.

Рисунок 12.9 Виды сучков по степени срастания с окружающей древесиной: а- сросшийся здоровый; б - сросшийся роговой; в – выпадающий.

Засмолок — участок древесины, обильно пропитанный смолой. Присущ только хвойным породам. Он затрудняет отделку — лакировку и окраску поверхности древесных изделий.

Водослой — участок ядра или спелой древесины с повышенной влажностью и более темной окраской; встреча­ется в комлевой части всех пород, но чаще хвойных. Водослой вызывает растрескивание сортамента.

Сучки представляют собой заключенные в древесине ствола живые или отмершие при жизни дерева основа­ния ветвей. Количество, размеры и состояние сучков влияют на качество бревен, предназначаемых для распи­ловки. В зависимости от положения на стволе дерева и плоскости разреза при распиловке сучки могут выхо­дить на поверхность пиломатериала в виде круга, овала, клина. Сучки, занимающие участок древесины округлой или овальной формы с самостоятельными концентриче­скими годовыми слоями, называют округло-овальными (Рисунок 12.8, а).

При попадании распила вдоль сросшегося сучка полу­чают сшивной сучок (Рисунок 12.8,б), поперек двух рядом расположенных сучков — лапчатый сучок (Рисунок 12.8,в). Различают сучки сквозные, т. е. выходящие на обе противоположные плоскости пиломатериала (доски), и не­сквозные, выходящие только на одну плоскость доски.

В зависимости от состояния древесины сучка и степе­ни срастания ее с древесиной ствола сучки бывают срос­шиеся твердые, частично сросшиеся твердые и несросшиеся (Рисунок 12.9). Сросшиеся твердые сучки являются ос­татками отмерших плотно сросшихся с древесиной ветвей, отличающихся от нее лишь по цвету и твердости. Срос­шиеся и частично сросшиеся твердые сучки могут быть здоровыми, т. е. не имеющими признаков гнили, окра­шенными в более темный цвет, чем остальная древеси­на, и роговыми. Роговые сучки имеют здоровую древе­сину, но обильно пропитаны смолой или дубильными веществами, по цвету темнее окружающей древесины. К несросшимся относятся выпадающие твердые сучки, которые не связаны с окружающей ее древесиной; они обычно выпадают при высыхании и механической обра­ботке. Рыхлые и табачные сучки представляют собой загнивающие омертвевшие ветви, древесина которых утратила механическую прочность. Табачные сучки при давлении легко превращаются в коричневый по­рошок.

Сучки ухудшают внешний вид древесины, вызывают искривление волокон и годичных слоев, нарушают од­нородность строения, а иногда и целостность ее, затруд­няют механическую обработку, снижают прочность при растяжении вдоль волокон и изгибе. Табачные сучки ука­зывают на наличие в древесине ядровой гнили.

Табачные, загнившие и гнилые сучки перед измерени­ем зондируют щупом: разрушенная часть загнивших и гнилых сучков бывает не глубже 20—30 мм, а табачных часто достигает середины сортамента.

Круглые и овальные сучки, а также не выходящие на ребро продолговатые и разветвленные в пиломатериа­лах и строганом шпоне измеряют по расстоянию между касательными к контуру сучка, проведенными парал­лельно оси сортамента, а также по наименьшему диамет­ру сучка .

Сшивные сучки, а также выходящие на ребро про­долговатые и разветвленные сучки в пиломатериалах из­меряют по наименьшему диаметру продольного сечения сучка, а также по расстоянию между ребром и касатель­ной к контуру сучка, проведенной параллельно ребру. При этом измерение выполняют на той стороне сортамен­та, куда выходит поперечное сечение сучка.

Продолговатые и разветвленные сучки, выходящие на ребро в пиломатериале, можно измерить также по рас­стоянию между ребром и касательной к контуру сучка, проведенной параллельно ребру. При этом измерение вы­полняют на той стороне сортамента, куда выходит про­дольное сечение сучка. Размеры разветвленных сучков в пиломатериале и строганом шпоне можно определять по сумме размеров составляющих сучков, измеряя каж­дый по способу, соответствующему его разновидности. Ребровые сучки в пиломатериалах и строганом шпо­не измеряют по расстоянию между ребром и касатель­ной и контуру сучка, проведенной параллельно ребру, а также по протяженности сучка на ребре.

Размеры групповых сучков в пиломатериале и стро­ганом шпоне равны сумме размеров составляющих суч­ков, выходящих на одну сторону сортамента. При этом каждый сучок измеряют по способу, соответствующему его разновидности.

Результаты изучения данного порока древесины офор­мляют в журнале для лабораторных работ, где кроме указанных выше записей, следует сделать выводы о влия­нии сучков на качество древесины.

Трещины.В этой группе объединены пороки, образо­вание которых связано с наличием внутренних, присущих каждому растущему дереву напряжений, а также напря­жений, возникающих в срубленной древесине под влия­нием факторов внешней среды. Трещины представляют собой разрыв древесины вдоль волокон; они нарушают однородность древесины, снижают прочность и способст­вуют образованию гнили.

Рисунок 12.10 Виды трещин: 1 - метик простой; б - метик сложный; в -метик крестовой; г- отлуп; д- морозобоина открытая; е- морозобоина закрытая

В зависимости от времени и условий трещин, а также характера повреждения в круглом лесе и пиломатериалах различают трещины следующих видов: метик, отлуп, морозобоина, трещины усушки. Трещины нарушают целостность материала и уменьшают механическую прочность древесины, а так­же снижают процент выхода качественных пиломатериа­лов и шпона.

Метик — одна или несколько продольных внутренних трещин, проходящих через сердцевину ствола и направ­ленных радиально, но до периферии ствола не доходя­щих. Метик бывает простой и сложный. Простой метик (Рисунок 12.10, а) состоит из одной или двух трещин на торце, расположенных по одному диаметру и идущих по длине сортамента, в одной плоскости.

Сложный метик состоит из одной или двух трещин на торце, расположенных по одному диаметру и идущих по длине сортамента не в одной плоскости (Рисунок 3.12. 10, б), а по спирали. Сложный метик может состоять из двух или нескольких трещин на торце, расположенных под углом друг к другу и идущих по длине сортамента не в одной плоскости. Такой метик часто называют крестовым (рис.12.10, в).

Метик нарушает целостность древесины, что вызыва­ет снижение ее прочности. Простой метик, в отличие от сложного, в меньшей мере снижает сортность пиловоч­ных бревен. В прочих сортаментах метики снижают сорт­ность в зависимости от размера трещин и их расположе­ния.

Отлуп — внутренняя трещина, идущая по годовому слою и распространяющаяся на некотором протяжении вдоль сортамента. Наблюдается в круглых сортаментах, чаще на комлевом торце, в виде дугообразной трещины (Рисунок 12.10, г), незаполненной смолой (частичный отлуп) или в виде кольцеобразной трещины (полный, или коль­цевой отлуп). Отлуп образуется под влиянием напряже­ний, возникающих под воздействием ветра и мороза. На­рушая цельность древесины в пиломатериалах, отлуп портит пласть доски и понижает сортность.

Рисунок 12.11 Разновидности трещин усушки в зависимости от положения: в сортаменте: а —торцевые; 6 — пластовые; в —кромочные; г — сквозные

Морозобоина—наружная радиальная трещина, воз­никающая зимой при резком охлаждении ствола. Она чаще всего располагается в комлевой части и идет на зна­чительную глубину до сердцевины. Морозобоина бывает открытой (Рисунок 12.10, д) и закрытой (Рисунок 12.10, е). Нарушая цельность древесины и изменяя форму ствола, она мо­жет понижать сортность и выход пиломатериалов; кроме того, может способствовать появлению в древесине гнили.

Трещины усушки (Рисунок 12.11) — наружные трещины, по­являющиеся в бревнах и пиломатериалах при высыхании древесины. Трещин усушки: торцевые, наблюдающиеся только на торце без выхода на боковую поверхность (Рисунок 12.11, а); торцевые односторонние (пластовые), наблю­дающиеся на торце и выходящие на один пласт сорта­мента (Рисунок 12.11,б); кромочные (Рисунок 12.11, в), торцевые сквозные, наблюдающиеся на торце, причем трещина выходит на оба пласта (на противоположные боковые поверхности, Рисунок 12.11,г). При этом они нарушают цель­ность древесины и снижают ее сортность.

Для проведения лабораторных занятий по данной те­ме необходимо иметь образцы, выпиленные из лесомате­риалов (бревен, досок и фанеры) с наличием разнооб­разных трещин; металлические линейки с ценой деления шкалы 1 мм; метр, щупы, альбом пороков древесины; учебный цветной диафильм «Лесные материалы и изде­лия»; плакат с изображением основных видов трещин и схем их измерения; ГОСТ 2140—81.

Приступая к выполнению данной лабораторной рабо­ты, учащиеся должны изучить по настоящему Практи­куму, ГОСТу, плакату, альбому и диафильму разновид­ности сучков и схемы их измерения.

Каждой бригаде учащихся выдаются 3—4 образца с различными трещинами, которые они должны изучить, определить разновидность и измерить, после чего в журнале лабораторных работ зарисовать, записать ре­зультаты измерений и дать краткое описание порока трещин

Боковые трещины измеряют по глубине и длине. Тор­цевые трещины, кроме трещин усушки, в круглых лесо­материалах измеряют по наименьшей толщине, сердце­винной вырезке, а также по наименьшему диаметру круга, в которые они могут быть вписаны, или по наи­меньшей ширине неповрежденной периферической зоны торца (в линейных мерах или долях диаметра торца). Торцевые трещины усушки в круглых лесоматериалах из­меряют по глубине (в линейных мерах или долях диамет­ра торца), в пиломатериалах — по глубине и протяжен­ности на торце.

Размеры отлупных торцевых трещин определяют (в линейных мерах или долях размера сортамента) по хорде, если трещины занимают менее половины окруж­ности годичного сырья, или по диаметру, если трещина занимает половину или более половины окружности го­дичного слоя.

Результаты изучения данного порока древесины офор­мляют в журнале для лабораторных работ, где помимо рекомендуемых выше записей следует сделать выводы о влиянии трещин на качество лесоматериалов.

Ненормальные окраски и гнили. Нормальный цвет древесины изменяется в результате биохимических ре­акций окисления дубильных и красящих веществ, а так­же под влиянием поселившихся в ней грибов, в резуль­тате чего древесина приобретает различную окраску: светлую, темную синеву, выступающие отдельные желтые или бурые пятна.

Под воздействием грибов древесина либо только ок­рашивается и ее физико-механические свойства почти не изменяются, либо наряду с изменением цвета происходит существенное снижение физико-механических свойств древесины. Всякий разрушающий древесину гриб вна­чале вызывает изменение ее окраски, а впоследствии и заметное изменение структуры.

Наружные окраски и гнили появляются чаще всего в древесине после срубки дерева в виде заболонной краснины, гнили и мраморной гнили. К внутренним окраскам и гнилям относятся ложное ядро, внутренняя краснина, пятнистость.

Характерным признаком заражения древесины грибами является появление на ее поверхности плесневатых налетов гнили, белого пушка или белых нитей.

Наибольшее разрушение древесины вызывают домо­вые грибы (Рисунок 12). Они разрушают древесные конст­рукции из всех пород древесины. Чаще других встреча­ется настоящий домовый гриб (Рисунок 12.12, а), который в бла­гоприятных для своего развития условиях (влажность свыше 25 % и температура окружающего воздуха 18 — 20°С) сначала вызывает образование бурой гнили, а за­тем появление в древесине трещин вдоль и поперек во­локон.

Рисунок 12.12 Древесина пороженная домовыми дереворазрушающими грибами: а-настоящим; б-белым; в-пленчатым.

В течение короткого времени деревянные конст­рукции зданий, пораженные домовыми грибами, могут прийти в аварийное состояние. Опасны для древесины белый домовый и домовый пленчатый грибы.

Повреждения насекомыми. Насекомые поражают дре­весину в периоды роста дерева, хранения на складах и в сооружениях. Они образуют в древесине различные ходы и отверстия, снижающие прочность древесины. Кро­ме того, насекомые часто заносят в эти ходы споры гри­бов. Особенно большой вред древесине приносят жуки-короеды, мебельный или домовый точильщик, шашель и др.

Жуки-короеды поражают древесину всех пород на корню, образуя неглубокие поверхностные извилистые ходы-борозды. Мебельный, или домовый точильщик по­ражает деревянные элементы зданий и сооружений.

Признаком точильщика является наличие большого чис­ла мелких круглых отверстий, из которых высыпается древесная мука желтого цвета. Морской червь — шашель — очень быстро разрушает подводные части дере­вянных портовых сооружений. Проникая в древесину, он проделывает в ней большое количество ходов, в резуль­тате чего древесина за короткий срок почти полностью теряет свою прочность.

При изучении повреждения древесины насекомыми необходимо ознакомиться с видами насекомых—разру­шителей древесины и измерить величину червоточины. По­следняя представляет собой совокупность ходов и отвер­стий, проделанных в древесине насекомыми и их ли­чинками. Червоточина наблюдается на поверхности лесоматериалов в виде круглых и овальных отверстий или в виде бороздок и канавок. В зависимости от глуби­ны проникания червоточина бывает поверхностная, не­глубокая, глубокая и сквозная (Рисунок 12.12).

Поверхностная червоточина (Рисунок 12.13, а) проникает в древесину на глубину до 3 мм, неглубокая (Рисунок 12.13 , б)—на глубину до 15 мм в круглых лесоматериалах и не более 5 мм в пиломатериалах, глубокая (Рисунок 12.13,в) —на глубину от 15 мм и более в круглых лесоматериалах и более 5 мм в пиломатериалах. Сквозная черво­точина (Рисунок 12.13 , г) выходит на две противоположные сто­роны сортамента.

По размеру отверстий червоточину подразделяют па некрупную и крупную. Некрупная червоточина характе­ризуется отверстиями диаметром до 3 мм, а крупная — диаметром более 3 мм. Поверхностная червоточина не влияет на механические свойства древесины. Неглубокая и глубокая червоточины нарушают целостность древеси­ны и снижают ее механические свойства.

Червоточину измеряют по наименьшему диаметру, мм, и по количеству, шт.: в круглых лесоматериалах и пилопродукции на 1 м длины или всю сторону сортамента; в шпоне — на 1 м² или всю площадь листа.

Рисунок 12.13 Червоточина: а - поверхностная; б- неглубокая; в -глубокая; г- сквозная

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные части ствола дерева, видимые невооруженным

глазом на его поперечном разрезе.

2. Перечислите основные структурные элементы древесины, наблюдаемые под микроскопом.

3. Перечислите основные физические свойства древесины.

4. Кратко изложите методику определения влажности древесины.

5. Назовите механические свойства древесины.

6. Изложите методику определения предела прочности при сжатии древесины вдоль волокон.

7. Какие пороки формы ствола дерева Вы знаете?

8. Нарисуйте общий вид образца для определения предела прочности древесины при скалывании вдоль волокон.

9. Перечислите пороки строения древесины.

10. Какие виды сучков Вам известны?

11. Назовите виды грибов — разрушителей древесины.

12.Что такое червоточина? На какие виды она подразделяется и как влияет

на механические свойства древесины?

Лабораторная работа №13ВСПУЧЕННЫЙ ВЕРМИКУЛИТ

Вспученный вермикулит отличается пластинчатым строением с множеством пор расположенных между пластинками слюды. Поры сообщаются между собой и имеют неправильную линзовидную, вытянутую форму, т.е. вспученный вермику­лит практически не имеет замкнутых, изолированных друг от друга пор.

Вермикулит применяют в качестве теплоизоляционной засыпки при темпера­туре изолируемых поверхностей от -260 до 1100°С для изготовления теплоизоля­ционных изделий, а также в качестве заполнителя легких бетонов и для приготов­ления огнезащитных, теплоизоляционных и звукопоглощающих штукатурных растворов.

Сырьем для производства вермикулита служит природный вермикулит, пред­ставляющий собой минерал из горных гидрослюд.

Свойством вермикулита является способность его зерен при быстром нагреве расщепляться на отдельные слюдяные пластинки с сохранением частичного их скрепления между собой. В результате такого расщепления зерна вермикулита значительно увеличивают свой объем.

Причиной вспучивания является энергичное выделение паров воды, которые действуют перпендикулярно плоскости спайности, раздвигают пластинки слюды и увеличивают тем самым их объем зерен в 15…20 раз и более. Чем больше воды в природном вермикулите, тем сильнее происходит вспучивание.

Степень вспучивания вермикулита характеризует коэффициент вспучивания. Различают:

• коэффициент вспучивания вермикулита К_в, равный отношению средней плотности природного вермикулита до вспучивания к средней плотности того же вермикулита после вспучивания. Значения К_в достигают 10 и более.

• коэффициент вспучивания отдельных зерен вермикулита (К_во,), представ­ляющий отношение толщины зерна после вспучивания (S₂) к толщине зерна до вспучивания (S₁). K_вo колеблется от 15 до 40.

Технологический процесс производства вспученного вермикулита состоит из измельчения, классификации по фракциям и вспучивания сырья.

Выбор режима вспучивания зависят от свойств исходного сырья. Пер­вичными показателями качества вспученного вермикулита являются размер зерен и показатели средней плотности.

Основные физико-механические свойства вспученного вермикулита регла­ментированы ГОСТ 12865-67(1988) (приложение 8).

Цель работы: Определить характеристики вспученного вермикулита, выявить зависимость свойств вспученного вермикулита от технологических факторов.

Методы испытания.

Определение средней насыпной плотности

Оборудование: весы, воронка, мерный сосуд.

Проведение испытания

Средняя насыпная плотность вермикулитовой породы определяется по общепринятой методике (ГОСТ 17177). При этом определяется масса материала, насыпанного с высоты 5 см через специальную стандартную воронку в мерный сосуд объемом 1 л. Среднюю насыпную плотность ρ пробы вермикулитовой породы вычисляют по формуле

,

где m₁ – масса мерного сосуда;

m₂ – масса мерного сосуда с пробой материала;

V – объем мерного сосуда с испытуемым материалом.

Бригада выполняет по одному определению показателя средней насыпной плотности и по результатам других бригад вычисляет среднюю величину.