Umiditate și higroscopicitate
Conținutul de umiditate al lemnului are o influență foarte mare asupra proprietăților sale.
Conținutul de umiditate din lemn este determinat de formula
unde g1 este greutatea probei de lemn înainte de uscare și g2 este greutatea probei uscate la greutate constantă.
Conținutul de umiditate al lemnului în 15% este condiționat considerat normal. Rezultatele determinării tuturor proprietăților fizice ale lemnului ar trebui să conducă la această umiditate pentru comparabilitate.
Distinge umiditate în lemnul în stare liberă (umple golurile celulare si vasele spatiale intercelulară), iar umiditatea higroscopică în celulă și pereții vaselor sub formă de straturi subțiri.
La uscare, lemnul pierde mai întâi umezeala liberă și abia începe să emită umezeală higroscopică. Conținutul de umiditate al lemnului care conține numai umiditate higroscopică se numește punctul de saturație al fibrelor; pentru lemn de diferite rase fluctuează în limite relativ înguste (23-31%).
În funcție de gradul de umiditate distinge lemn: 1) un umed (umiditate mai mult lemn svezheorublennoy), 2) CBE-zhesrublennuyu (umiditate 35% și mai mare), 3) conținut vozdushnoeuhuyu (umiditate 15-20%), 4) komnatnosuhuyu (umiditate 8- 13%).
Proprietatea lemnului de a absorbi o pereche de apă din aer se numește higroscopicitate; Gradul de absorbție depinde de temperatura aerului și de umiditatea sa relativă. Fiecare combinație de temperatură și umiditate corespunde unei anumite umidități higroscopice a lemnului. Umiditatea, care este achiziționată de lemn, este în aer pentru o lungă perioadă de timp cu o umiditate relativă constantă. umiditatea și temperatura, se numește umiditatea de echilibru a lemnului. Realizează o umiditate de echilibru, când elasticitatea vaporilor aerului ambiental devine aceeași cu elasticitatea vaporilor de apă deasupra suprafeței lemnului.
Figura 1. Nomogramă NN Chulitsky pentru determinarea umidității lemnului la o temperatură și umiditate dată aerului înconjurător
Pentru a determina conținutul de umiditate al lemnului, este depozitat într-o cameră cu temperatură variabilă, umiditate, JH Chulitsky făcut diagrama (fig. 1), prin care umiditatea poate fi setată cu o precizie de 0,75%. În această diagramă, axa verticală reprezintă umiditatea relativă a aerului, axa orizontală - temperatura aerului; liniile înclinate corespund umidității lemnului.
Datorită higroscopicității lemnului, conținutul de umiditate al produselor din lemn variază în funcție de temperatura și umiditatea aerului înconjurător. Lemnul umed dă umiditate aerului din jur, uscat - absoarbe umezeala din aer.
Deoarece umiditatea aerului nu este constantă, apar fluctuații ale umidității lemnului. Schimbarea lemnului interval de umiditate de la 0% la punctul de saturație a fibrelor determină o modificare a volumului lemnului, ceea ce duce la contracție, umflare, deformarea lemnului în structuri de construcții, precum și la apariția de fisuri.
Una dintre cele mai simple metode de a reduce higroscopicitatea și absorbția apei din lemn este de a acoperi suprafața lemnului cu vopsele și lacuri care previne mecanic pătrunderea umezelii în lemn.
Contracție, umflare și rănire
Lemnul proaspăt tăiat poate absorbi mai multă apă și cantitatea de umiditate higroscopică rămâne neschimbată. Prin urmare, dimensiunile și volumul liniar al lemnului nu se modifică, deși greutatea crește. Această consistență a dimensiunilor este menținută chiar și atunci când lemnul se usucă până la punctul de saturație al fibrelor.
Cu o scădere a umidității sub acest punct, începe contracția lemnului - dimensiunile sale liniare scad și, în consecință, și volumul.
Când umidificarea lemn uscat la peretii celulelor sunt îngroșate punctul de saturare al fibrei (umflare), ceea ce conduce la reducerea parțială a dimensiunilor interioare ale celulelor și, în principal într-o creștere a dimensiunilor lor exterioare. Ca urmare, dimensiunile exterioare ale bucății de lemn umectate cresc și ele.
Datorită eterogenității structurii, lemnul se usucă sau se umflă în diferite direcții inegale. De-a lungul contracția totală liniară a fibrelor este mai mică de 0,1-0,3%, în direcția radială aceasta este de la 3 până la 6% și în tangențială - de la 7 la 12%.
Având în vedere faptul că contracția este cauzată de o scădere a grosimii pereților celulari, lemnul cu celule cu pereți groși se micșorează mai puternic decât lemnul cu celule cu pereți subțiri. Prin urmare, contracția lemnului dens (greu) este mai mult decât contracția lemnului (lemnos).
Gradul de contracție se caracterizează printr-un coeficient de volum de contracție - de reducere a mărimii lemnului volumului în funcție de reducerea umidității cu 1% în intervalul de la punctul de saturație a fibrelor la starea absolut uscată.
Contracția volumetrică V0 se calculează pornind de la formula:
unde V1 și V2 sunt volumul probei înainte și după uscare.
Coeficientul de contracție a volumului este determinat de formula cu 0,01%
unde W este conținutul de umiditate al probei în procente.
Fig. 2. Contracție la uscare
Contracția și umflarea lemnului sunt esențiale pentru structuri de construcții, ca contracție determină formarea golurilor la îmbinările elementelor structurale din lemn individuale, iar când umezit elementele structurale individuale cresc în volum. Prin urmare, este recomandabil să se utilizeze lemn, cu un conținut de umiditate care să îndeplinească condițiile de proiectare sale de serviciu viitoare.
Ca urmare a contracției inegale în direcții diferite și a uscării inegale, se produce rănirea lemnului.
Deoarece contracția lemnului în direcția tangențială decât în marginile laterale radiale ale plăcilor tind să se îndoaie spre convexitate straturile anuale (Fig. 2). Cei mai sensibile la placi de urzit, cherestea mai aproape de suprafață, astfel cum contracție este în direcția tangențială decât în straturile de mijloc. Board, tăiate din mijlocul lemnului, datorită distribuției simetrice a stresului, nu se pot deforma, dar devine ușor în formă de pană, în secțiune transversală, datorită faptului că contracția la margini este mai mare decât la mijloc.
Dacă uscarea de pe suprafață are loc rapid, atunci stratul exterior al lemnului scade în volum și exercită o presiune asupra straturilor interioare. Ca urmare, în straturile exterioare apar solicitări de întindere, provocând fisuri. De asemenea, rezultă din contracția inegală în diferite direcții.
În bușteni, uscarea produce un număr de fisuri, care sunt situate de-a lungul razei. În primul rând, capetele se sparg din cauza evaporării mai rapide a umidității prin ele. Pentru a reduce crăparea capetelor, acestea sunt colorate cu un amestec de var și adeziv sau rășini.
Greutatea volumului lemnului depinde de conținutul său de umiditate și de volumul porilor.
De obicei, greutatea în vrac a lemnului duce la o umiditate normală de 15%, folosind formula
unde γ15 este greutatea în vrac a probei la o umiditate de 15% în g / cm3;
γW este greutatea în vrac a probei la umiditatea pe care o avea la momentul determinării, în g / cm3;
K0 - coeficientul de contracție volumetrică (pentru lemn de mesteacăn, fag și zada К0 = 0,06, pentru lemn de alte rase К0 = 0,05);
W este conținutul de umiditate al lemnului în momentul determinării greutății volumetrice.
În majoritatea covârșitoare a speciilor de arbori, greutatea volumului este mai mică decât unitatea; depinde de densitatea și umiditatea lemnului.
Greutatea specifică a substanței lemnoase este în medie de 1,55 g / cm3.
Rezistența lemnului, caracterizată de capacitatea de a rezista influențelor mecanice externe, datorată anizotropiei materialului, nu este aceeași în direcții diferite. Această caracteristică trebuie luată în considerare atunci când se utilizează lemn în structurile de construcție.
Distingeți compresia de-a lungul fibrelor și de-a lungul fibrelor. La compresie de-a lungul fibrelor, arborele funcționează în grămezi, coloane, standuri.
Atunci când se comprimă prin fibre, adesea există deformări semnificative ale probelor fără distrugere vizibilă; prin urmare, o sarcină este considerată a fi distructivă, sub care creșterile de deformare încep să meargă mai repede decât creșterea tensiunii, adică sarcina corespunzătoare limitei proporționale. Rezistența lemnului este de asemenea redusă atunci când forța de acțiune este îndreptată în unghi față de fibre.
Rezistența la compresiune chiar și în aceeași direcție, fluctuează foarte mult, în funcție de speciile de lemn, umiditatea și densitatea, condițiile de creștere, prezența și tipul de noduri și crăpături. Rezistența la compresiune a lungul fibrelor de ^, (w) a probei cu un test punct de umiditate ω%, determinat cu o precizie de 1 kg / cm2 cu formula
unde Pmax este sarcina de rupere în kg;
a și b sunt dimensiunile transversale ale eșantionului în cm.
Conform GOST 6336-52, eșantionul este realizat sub forma unei prisme dreptunghiulare cu o bază de 20X20 mm și o înălțime de 30 mm (de-a lungul fibrelor).
Rezistența la tracțiune obținută prin acest test de compresie trebuie recalculate la un conținut de umiditate de 15% cu o precizie de 5 kg / cm2 prin formula
Unde a este factorul de corecție pentru umiditate. Acest factor indică modificarea procentuală a limitei rezistenței cu o schimbare a umidității cu 1%. Pentru mesteacăn, pin, cedru, zada este acceptată a = 0,05, pentru stejar și alte lemn tare, molid, brad a = 0,04;
W este conținutul de umiditate al probei la momentul testului în procente.
Rezistența la compresie de-a lungul fibrelor pentru diferite specii de lemn este în intervalul de la 350 la 700 kg / cm2; pentru pinul este de aproximativ 400 kg / cm2.
lemn compresiv peste cereale pot fi testate într-un plan radial sau tangențial urmează. Lemnul proba este tăiată în forma secțiunii pătrate prismei 20 X 20 mm 30 mm, astfel încât straturile anuale la capete sunt paralele cu cele două fețe opuse ale prismei și straturi anuale care formează muchii lungi paralele ale eșantionului.
Testul în direcții radiale și tangențiale se efectuează pe probe diferite.
Proba este încărcată uniform cu o viteză medie de 100 kg / min (toleranță + 20%). Deformările eșantionului sunt măsurate cu ajutorul unui indicator cu o precizie de 0,005 mm după fiecare creștere de sarcină de 20 kg pentru roci moi și 40 kg pentru solide. Numărătoarea indicatoarelor trebuie efectuată fără a opri încărcarea. Testul continuă până când materialul de probă este transferat în mod clar printr-o rezistență condiționată la tracțiune. La sfârșitul testului se determină conținutul de umiditate al probei. Înregistrările de sarcină și de deformare sunt înregistrate în jurnalul de încercări.
Pe baza numărului, este reprezentată o diagramă a lucrării sub comprimare; Deformările sunt reprezentate de-a lungul axei orizontale și se încarcă de-a lungul axei verticale. Din diagrama sunt de până la sarcină de 5 kg - A corespunzătoare tensiunii la rupere la tracțiune ca ordonata punctului A diagramelor de tranziție secțiune drepte în curbe (figura 3).
Fig. 3. Diagrama de compresie pe fibre
Tensiunea la care limita de proporționalitate este atinsă într-o probă cu umiditatea W (per 1 cm2 de zonă de comprimare) se calculează cu o valoare de 1 kg / cm2 cu formula
unde Pt este sarcina corespunzătoare rezistenței convenționale la tracțiune în kg (t este în direcția tangențială); a este lățimea eșantionului în cm; l este lungimea eșantionului în cm.
Mărimea rezistenței la întinderea lemnului de-a lungul fibrelor variază foarte mult, în funcție de forma specimenului și de modul în care acesta este fixat în mașina de întindere. În structurile din lemn, rezistența la tracțiune depinde de slăbirea locală a secțiunii de lucru și de prezența defectelor.
Rezistența la tracțiune a probelor pure de-a lungul fibrelor variază de la 800 la 1.900 kg / cm2, iar pe fibre de la 15 la 100 kg / cm2.
Rezistență la îndoire statică
Lemnul are o mare rezistență la îndoire statică, deci este utilizat pe scară largă în structurile care lucrează la îndoire: în grinzi, terase, schele etc.
Probele pentru încercarea pentru îndoire statică sunt realizate sub formă de bare cu o secțiune transversală de 20 x 20 mm, lungime de 300 mm.
Rezistența la încovoiere a unui eșantion cu umiditatea ω în momentul testării este determinată în limitele a 5 kg / cm2 cu formula
unde Pmax este sarcina distructivă în kg; l - distanța dintre suporți, egală cu 24 cm; b și h sunt lățimea și înălțimea secțiunii transversale a probei în cm.
Rezistența finală ar trebui redusă la un conținut de umiditate de 15% prin formula
Se presupune că coeficientul a este de 0,04 pentru toate tipurile de lemn.
Rezistența la încovoiere statică a probelor de roci diferite este în intervalul 500-1000 kg / cm2.
Constructii si reparatii
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: