Влияние влаги на дерево
Влияние влаги на физико-механические свойства древесины
The effect of moisture on the physical and mechanical properties of wood
Автор: Тесленко Андрей Викторович – Российская Федерация, г. Курск, Юго-Западный государственный университет, магистр.
Author: Teslenko Andrey Viktorovich — Russian Federation, Kursk, Southwestern State University, master.
Аннотация: В настоящей работе будут рассмотреновлияние влаги на физико-механические свойства древесины. Будутпоказаныееизмененияпривлияниивлаги.
Abstract: In this paper, we will consider the effect of moisture on the physicomechanical properties of wood. Its changes when exposed to moisture will be shown.
Ключевыеслова:Древесина, влага, влагопоглощение, усушка, свойствадревесины.
Key words: Wood, moisture, moisture absorption, shrinkage, wood properties.
Количество влаги в древесине определяется по количеству воды, находящейся в ней в процентах от ее веса в полностью сухом состоянии. Влага, находящаяся в пустотах дерева имеет название свободной или капиллярной.
Влагопоглощение – это возможность древесины поглощать в себя воду, водные пары из окружающей среды. Влагопоглощение никак не зависти вида древесины. Полностью сухое дерево, помещённое в воду, очень быстро поглощает ее, что портит её физико-механические свойства и уменьшает ее сопротивление воздействию микроорганизмов. Для защиты древесины от попадания влаги ее полностью покрывают лакокрасочными материалами или устанавливают пленочные изделия.
Влага, пропитывающая оболочку клеток, имеет возможность попадать в структуру деревас помощью поглощения паров воздуха и называется гигроскопической или же связанной. Полный объем влаги в древесине определяется количеством в ней свободного пространства и зависит от ее породы. При температуре 20° С наибольшее количество в древесине гигроскопической влаги составляет около 30% и никак не зависит от ее породы. Если в древесине находится только гигроскопическая влага, а в пустых полостях находится воздух, то такое состояние является пределом гигроскопичности древесины. Влажность древесины в значительной степени оказывает свое влияние на ее физико-механические свойства. В свежей породе дерева, с влажностью около 100%, которая находится на открытом воздухе, происходит процесс высыхания древесины. В этот момент вся влага испаряется с поверхности, а из внутренних слоев влага перемещается на поверхность. Процесс плавноприводит к равномерному распределению влаги в породе дерева, которая будет равной с температурой и влажностью окружающей среды. Такая влажность называется равновесной. Зная заранее условиядлительного хранения лесоматериалов, можно будет узнать равновесную влажность в деревянных материалах. При испаренииводы с поверхности процесс сушки протекает намного быстрее, без изменения размера и объемадревесины, только вес становится значительнее меньше. Изменение размеров и объема древесины происходит только при дальнейшей сушке, в результате которого происходит испарение связанной влаги. Значительно медленней происходит процесс сушки,когда уменьшение влажности меньше поступления влаги в древесину. Протекание усушки древесной породы, исходя из строения клеток, объясняется наличием находящейся воды меж мицеллами, которая при собственном воздействии раздвигает их.При высыхании воды из древесины происходит сближение мицеллы, в ходе которого уменьшается ее объем и размер.
Усушка – это процесс испарения воды из деревянной породы, в ходе которого происходит снижение размеров и объёма древесины. Не вызывает усушку только удаление свободной воды. Сжимающее напряжение во внутренних слоях древесины и растягивание в поверхностных слоях происходит при неравномерной усушке деревянной породы, при сохранении высоко влажности во внутренних слоях. Возникновение радиальных трещин происходит при резкой, неравномерной деформации многолетних слоев в ходе усушки. Эти трещины увеличиваются от середины и до периферии.
Трещины не возникают если есть свободное развитие деформации, напряжение возникающее в деревянной породе не переступит через порог предела прочности. В место этого возникает процесс коробления — изменение формы сечения. К большему наличию трещин приводят порезы волокон в годовых слоях древесины, во время обработки, чем в нетронутых бревнах.
Процесс появления продольных трещин в сердцевине также можно объяснить неравномерной усушкой заболонной и ядровой частей. Крайние с заболонью кромки пиломатериалов усыхают сильнее, чем ядровые и в направлении волокон. Возникновение трещин становится меньше при медленном процессе сушки деревянной породы, в этот момент напряжение незначительное, из-за медленного возникновения изменений размера материала. Следуя из этого можно сделать вывод, что естественная сушка на открытом воздухе, при помощи укрывающих материалов, привод к хорошему качеству деревянных пород.
Влажность — свойство древесины, характеризуется наличием воды в древесине. Влажность древесины значительно влияет на ее физические и механические свойства, в некоторых моментах определяет ее значение для тех или иных строительных задач. Количество воды в древесине связано с ростом дерева. Причинами гниения деревянных пород могут быть из-за влажности древесны и ее неправильных условий хранения.
Исходя из количества влаги, находящейся в древесине, ее можно поделить на несколько типов: мокрую, свежесрубленную, воздушно-сухую,комнатно-сухую,полность сухую. Древесина которая еще не подверглась сушке, лучше гнется и лучше переносит физико-механические воздействия, но плохо поддается обработке.
В деревянной породе воду делят на два типа: связанную и свободную. Связанная вода располагается в клеточных стенках древесины, а свободная вода находится в свободных местах клеток и межклеточных пустотах. Связанная влагасдерживается в большей части физико-химическими связями, изменение её количествасильноменяет большинство свойств деревянной породы. Свободнаявлага, удерживаемая только механическим связями, испаряетсябыстрее, чем связанная вода, и оказывает незначительновоздействие на свойства древесины.
Как уже рассказано в начале, влага оказывает влияние на физико-механические свойства деревянной породы. При изменении влажности происходит усушка и разбухание в древесине. С увеличением влажности прочность древесины становится меньше. Значительноеизменение на прочность деревянной породы оказывает только связанная влага, которая находится в клеточных оболочках. При возрастании количества связанной влаги прочность древесины сильно становится меньше. Больше всего это происходит при влажности 20-25%. Электропроводность древесины, наоборот, значительно увеличивается при наибольшем количестве влагой. При полном испарении влаги из деревянной породы могут появиться трещины и измениться форма. Для защиты от таких случаев древесину пропитывают специальнымиантисептическими веществами, а готовые изделия из нее покрывают лакокрасочными материалами, тонкими полимерными пленками.
Список литературы.
1. Белов В.В., Петропавловская В. “Краткий курс материаловедения и технологии конструкционных материалов для строительства”: Уч.пос. – М.: Изд-во АСВ, 2006. – 208 с.
2. Белов В.В., Петропавловская В.Б., Шлапаков Ю.А. “Лабораторные определения свойств строительных материалов”: Учебное пособие. – М.: Изд-во АСВ, 2004. – 176 с.
3. Попов К.Н., Каддо М.Б., Кульков О.В. “Оценка качества строительных материалов (физико-механические испытания строительных материалов)”: Уч.пос.-М.: Изд-во АСВ, 1999.-240 стр. с илл.
Listofreferences.
1. Belov VV, Petropavlovskaya V. “A short course in materials science and technology of structural materials for construction”: Uch.pos. — M .: DIA Publishing House, 2006 .— 208 p.
2. Belov VV, Petropavlovskaya VB, ShlapakovYu.A. “Laboratory definitions of the properties of building materials”: Textbook. — M.: Publishing house of the DIA, 2004 .—176 p.
3. Popov KN, Kaddo MB, Kulkov OV “Assessment of the quality of building materials (physical and mechanical tests of building materials)”: Uch.pos.-M .: Publishing house ASV, 1999.-240 pp. Il
Источник
13. Влияние влажности на механические свойства древесины
При повышении влажности древесины от нулевой до точки насыщения волокон примерно до 30% ее прочность, в том числе и длительная, уменьшается, деформативность увеличивается и модуль упругости снижается. В наименьшей степени влажность влияет на ударную прочность древесины и на прочность при растяжении вдоль волокон. В других случаях влияние влажности сравнительно велико и при ее изменении на 1% прочность меняется на 3-5 %. Повышение влажности древесины свыше точки насыщения волокон не приводит к дальнейшему снижению ее прочности.
Для сравнения прочности древесины надо показатели прочности приводить к одной влажности. Приведение к стандартной влажности (12%) производят по формуле: σ12 = σW[1+α (W-12)],
σ12 – предел прочности при влажности 12%, W – влажность в момент испытания, σW – предел прочности при влажности в момент испытания, α – поправочный коэффициент (0,05 – сжатие вдоль волокон, 0,04 – статический изгиб, 0,03 – скалывание вдоль волокон).
Формула приведения действительна в пределах изменения влажности 8-23%.
Влажность определяют взвешиванием до и после высушивания до постоянного веса в сушильном шкафу образцов небольших размеров.
14. Влияние температуры на механические свойства древесины
Опыты показывают, что предел прочности при любой влажности зависит от температуры, с ее повышением прочность уменьшается, с понижением – увеличивается. При большой влажности и отрицательных температурах влага в древесине превращается в лед, получается так называемая замороженная древесина, прочность которой на сжатие, поперечный изгиб, скалывание и раскалывание возрастает. В то же время замороженная древесина становится более хрупкой, и сопротивление ее ударному изгибу понижается.
Модуль упругости при повышении температуры понижается, что увеличивает деформативность деревянных конструкций.
При экспериментальном определении прочности древесины следует учитывать не только ее влажность, но и температуру. Предел прочности при данной температуре к прочности при стандартной температуре 20 0 С можно пересчитывать по формуле: σ20 = σ t +β(t -20),
σ20 – искомая прочность при t=20 0 C, σ t – прочность при данной температуре, β – поправочное число на температуру (сосна: 3,5 – сжатие вдоль волокон, 4,5 – статический изгиб, 0,4 – скалывание, 4 – растяжение).
Формула приведения действительна в пределах положительных температур 10-50 0 С. Перерасчет к температуре 20 0 С должен производится после перерасчета к влажности 12%.
15. Длительная прочность древесины
Если серию одинаковых деревянных образцов загрузить, например на изгиб, различной по значению постоянной нагрузкой, то разрушение их произойдет через разные промежутки времени – чем больше нагрузка, тем скорее разрушится образец. При этом может оказаться, что часть образцов вообще не разрушится, как бы долго нагрузка ни действовала. Представив результаты таких испытаний графически в координатах «предел прочности – время до разрушения», получим асимптотическую кривую, по которой можно определить, сколько времени пройдет от начала нагружения до разрушения образца, находящегося под тем или иным напряжением. Асимптотический характер кривой показывает, что предел прочности с увеличением длительности приложения нагрузки хотя и падает, но не безгранично – он стремится к некоторому постоянному значению σдл, равному ординате асимптоты кривой. Кривая называется кривой длительного сопротивления древесины; σдл характеризует то предельное значение напряжения, под действием которого образец не разрушится, как бы долго нагрузка ни действовала.
Асимптота на кривой длительного сопротивления делит весь диапазон изменения нагрузки на две области – область ниже асимптоты с σ < σдл , в которой разрушение образца не произойдет, как бы долго ни действовала нагрузка, и область выше асимптоты с σ > σдл , где разрушение с течением времени неизбежно и где оно произойдет тем скорее, чем больше σ превышает σдл.
Две области кривой различаются также по характеру зависимости деформации от времени при заданном значении действующей нагрузки. Так, при напряжении σ < σдл деформации с течением времени затухают, стремясь к некоторому пределу, а при σ > σдл после некоторого уменьшения скорости деформаций наступает развитие деформаций с постоянной скоростью. Далее, в момент времени t1 начинается ускоренный рост деформаций, приводящий к разрушению материала.
Древесина обладает свойством последствия (ползучести), т.е. роста деформаций в течении некоторого времени после приложения нагрузки. Примером последствия на практике может служить провисание балок, находящихся долгое время под эксплуатационной нагрузкой.
Длительное сопротивление является показателем действительной прочности в отличии от предела прочности, определяемого быстрыми испытаниями на машине стандартных образцов. Переход от предела прочности к длительному сопротивлению производится умножением предела прочности на коэффициент длительности сопротивления, равный отношению предела длительного сопротивления к пределу прочности. По опытным данным, коэффициент длительности сопротивления может быть принят 0,5-0,6.
Источник