Bydgoszcz, dn. 5.11.2005

ATR, BUDOWNICTWO, sem.III.

ĆWICZENIE NR 5.

SPRAWOZDANIE NR3.

BADANIE DREWNA.

1. ZAKRES BADAŃ DREWNA.

2. OZNACZENIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ DREWNA PRZY WILGOTNOŚCI W.

3. OZNACZENIE WILGOTNOŚCI BEZWZGLĘDNEJ DREWNA METODĄ SUSZARKOWO-WAGOWĄ.

4. OZNACZENIE WILGOTNOŚCI DREWNA METODĄ ELEKTROMETRYCZNĄ.

5. OZNACZENIE TWARDOŚCI STATYCZNEJ DREWNA.

6. OZNACZENIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ŚCISKANIE WZDŁUŻ WŁÓKIEN.

7. WNIOSKI

1. ZAKRES BADAŃ DREWNA

A) Cechy zewnętrzne:

• sprawdzenie rodzaju

• sprawdzenie wymiarów

• sprawdzenie jakości

• sprawdzenie cechowania

B) Cechy fizyczne:

• badanie gęstości objętościowej

• badanie wilgotności

C) Cechy mechaniczne:

• badanie wytrzymałości na ściskanie

• badanie wytrzymałości na zginanie

• badanie twardości

• badanie ścieralności

2. OZNACZENIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ DREWNA PRZY WILGOTNOŚCI W.

Opis wykonania:

• gęstość objętościową drewna określa się na próbkach o przekroju 20x20 [mm] i długości wzdłuż włókien 25 [mm].

• odchylenie od równoległości oraz prostopadłości odpowiednich płaszczyzn nie przekraczają 0,1 [mm]

• próbki klimatyzujemy w temperaturze około 20^oC względnej wilgotności powietrza około 65%, do osiągnięcia przez nie wilgotności równomiernej.

• próbki ważymy z dokładnością do 0,01 [g]

• próbki mierzymy z dokładnością do 0,01 [mm]

• wilgotność W próbek przyjmujemy z oznaczenia metodą suszarkowo -wagową.

• obliczamy gęstość objętościową z dokładnością do 5 [kg/m³] wzorem:

m- masa próbki, V-objętość próbki

• jako wynik przyjmujemy średnią arytmetyczną gęstości określonych dla 3 próbek

• dokonujemy przeliczenia wartości gęstości drewna o wilgotności W na wartość przy 12 % wilgotności (jeżeli W zawarte jest w przedziale od 7 do 17) wg wzoru:

W - średnia wilgotność drewna [%]

K_B - współczynnik skurczu objętościowego ( do obliczeń przybliżonych wartości wynosi 0,85 ⋅ 10 ^-3 p_w , gdy p_w jest wyrażone w [kg/m³]

Wykonanie oznaczenia:

Masy próbek:

• m₁ = 5,22 [g] = 0,00522 [kg]

• m₂ = 5,38 [g] = 0,00538 [kg]

• m₃ = 5,25 [g] = 0,00525 [kg]

• m₄ = 5,40 [g] = 0,00540 [kg]

• m₅ = 5,39 [g] = 0,00539 [kg]

• m₆ = 5,32 [g] = 0,00532 [kg]

Wymiary i objętości próbek:

• nr1: 19,73 x 19,78 x 24,34 [mm], V1= 9498,913796 [mm³] = 0,000009498913796 [m³]

• nr2: 19,87 x 19,76 x 25,34 [mm], V2= 9949,274608 [mm³] = 0,000009949274608 [m³]

• nr3: 19,71 x 19,66 x 25,09 [mm], V3= 9722,339874 [mm³] = 0,000009722339874 [m³]

• nr4: 19,72 x 24,71 x 19,87 [mm], V4= 9682,277444 [mm³] = 0,000009682277444 [m³]

• nr5: 19,67 x 19,77 x 25,05 [mm], V5= 9741,341295 [mm³] = 0,000009741341295 [m³]

• nr6: 19,80 x 19,83 x 24,49 [mm], V6= 9615,606660 [mm³] = 0,000009615606660 [m³]

Obliczone gęstości poszczególnych próbek:

ρ ₁= 550 [kg/m³], ρ ₂ = 540[kg/m³], ρ ₃ = 540[kg/m³], ρ ₄ = 560[kg/m³], ρ ₅ = 555[kg/m³], ρ ₆ = 555[kg/m³]

Średnia arytmetyczna pomiarów, wynik: ρ _W = 550 [kg/m³]

Przeliczenie gęstości na wartość przy 12% wilgotności: wynik: (korzystając ze wzoru powyżej) ρ ₁₂ = 555 [kg/m³]

3. OZNACZENIE WILGOTNOŚCI BEWZGLĘDNEJ DREWNA METODĄ

SUSZARKOWO - WAGOWĄ

Opis wykonania:

• Wilgotność bezwzględna - stosunek masy zawartej w drewnie do masy drewna w stanie całkowicie suchym

• Do oznaczenia bierzemy próbkę o wymiarach 20x20x55 [mm]

• Próbki klimatyzujemy

• Próbki ważymy z dokładnością do 0,01 [g]

• Próbki suszymy w temperaturze około 103 ± 2^oC do stanu całkowicie suchego. (W 2 kolejnych ważeniach w odstępie 2 godzin próbka wykazuje różnicę masy nie większą niż 0,01g. Pierwsze ważenia wykonujemy po upływie 6 godzin dla drewna miękkiego i 10 dla twardego).

• Po wysuszeniu próbkę chłodzimy w eksykatorze z substancją higroskopijną o temperaturze ok. 20^oC.

• Po chłodzeniu próbki ważymy ponownie

• Obliczamy wilgotność bezwzględną W ze wzoru:

m₁ - masa próbki przed suszeniem [g]

(m₁ - masa próbki z naczyniem wagowym przed suszeniem [g])

m₂ - masa próbki po suszeniu [g]

(m₂ - masa próbki z naczyniem wagowym po suszeniu [g]

m₀ - masa naczynia wagowego [g]

• Jako wynik przyjmujemy średnią arytmetyczną z 3 próbek

• Oznaczenie wilgotności wykonuje się z dokładnością do 1% i 0,1%. Tekst w nawiasach dotyczy oznaczenia wilgotności z dokładnością do 0,1% stosowanego w badaniach specjalnych i przy wyliczeniu wyników badania właściwości drewna do poziomu 12% wilgotności. Do celów ćwiczeń przyjmujemy dokładność 1,0%.

Wykonanie oznaczenia:

Wartości m₁ dla próbek: Wartości m₂ dla próbek: Obliczone wilgotności:

Próbka1 5,22 [g] 4,8 [g] 8,75%

Próbka2 5,38 [g] 5,0 [g] 7,60%

Próbka3 5,25 [g] 4,8 [g] 9,37%

Próbka4 5,40 [g] 4,8 [g] 12,5%

Próbka5 5,39 [g] 4,8 [g] 12,3%

Próbka6 5,32 [g] 4,8 [g] 10,8%

Obliczona wilgotność (średnia arytmetyczna) : 10 %

4. OZNACZENIE WILGOTNOŚCI DREWNA METODĄ ELEKTROMETRYCZNĄ.

Opis wykonania:

• metodę tę stosujemy gdy tarcica ma wilgotność w przedziale 7-28% i niewymagane jest wycinanie próbek do badań. Metody nie stosujemy w przypadku tarcicy zwilżonej lub chronionej środkami ochrony drewna.

• Wilgotnościomierz umożliwia pomiar z dokładnością do 2%.

• Wilgotność mierzymy na każdej płaszczyźnie na środku szerokości deski. (W połowie długości dla tarcicy o długości do 1,5 [m] i w dowolnych miejscach w odległości nie mniejszej niż 0,5 [m] od czoła dla dłuższej tarcicy).

• Miejsca pomiaru wybieramy w sposób losowy.

• Liczba miejsc pomiarowych wynosi od 2 do 4 na każdej stronie tarcicy.

• Pomiarów nie wykonujemy w miejscach wad i zanieczyszczeń.

• Liczba pomiarów w miejscu pomiaru nie powinna być mniejsza niż 3, odległość między poszczególnymi pomiarami 10-15 [mm]

• Za wynik pomiaru przyjmujemy średnią arytmetyczną 3 pomiarów o wartościach najbardziej do siebie zbliżonych.

• Badanie wykonujemy przy pomocy wilgotnościomierza WRD100

• Przed pomiarem łączymy przedmiot z elektrodą. Używamy przewodu z wtykiem BNC.

• Odpowiednimi przełącznikami wybieramy gatunek badanego drewna oraz zmierzoną (oszacowaną) temperaturę.

• Zaleca się stosować elektrody o długości wynoszącej 25-30% grubości mierzonej tarcicy

• Drewno o dużej wilgotności mierzymy przy udziale elektrody młotkowej z długimi igłami, a suchego ręczną lub młotkową z krótkimi igłami.

• Pomiaru dokonujemy poprzez wbicie elektrody, naciśnięcie przycisku zasilania i odczytaniu wyniku.

• Wykonujemy co najmniej 12 pomiarów i jako końcowy wynik podajemy wartość średnią z dokładnością do 1%.

Wykonanie oznaczenia:

Zestawienie wyników pomiarów w tabeli:

Nr miejsca	Wilgotność bezwzględna [%]			Wilgotność średnia w miejscu pomiaru [%]
		Nr pomiaru
		1	2	3
I	12,6	12,4	11,9	12,3
II	12,1	12,2	12,1	12,1
II	12,3	12,3	12,2	12,3
IV	11,5	11,9	12,4	11,9

Za wynik pomiaru przyjmujemy średnią arytmetyczną 3 pomiarów o wartościach najbardziej do siebie zbliżonych.

Wynik to: 12%.

5. OZNACZENIE TWARDOŚCI STATYCZNEJ DREWNA.

Opis wykonania:

• metoda polega na wciskaniu w drewno (przekrój poprzeczny) kulki stalowej o średnicy 11,284 [mm] na głębokość jej promienia i dającej wcisk, którego rzut ma powierzchnię 1 [cm²]

• Siła obciążająca powodująca zagłębienie się kulki w drewno jest miarą twardości wyrażonej w [N]

• Próbka o wymiarach 50x50x50 [mm] powinna być wykonana w taki sposób, aby włókna drzewne przebiegały równolegle do jej krawędzi podłużnych.

• Próbkę umieszczamy pomiędzy płytami oporowymi maszyny wytrzymałościowej i ustawiamy kulkę w miejscu przecięcia przekątnych powierzchni próbki.

• Próbkę obciążamy ze stałą prędkością, aby uzyskanie wgniotu nastąpiło w 1-2 minut.

• Badanie przerywamy w momencie zagłębienia kulki na głębokość równą promieniowi.

• Notujemy wskazanie siłomierza.

• Twardość statyczną próbki o wilgotności W obliczamy z dokładnością do 1[N] wg wzoru:

P - siła obciążająca [N]

• Po badaniu twardości sprawdzamy wilgotność na części próbki z wgniotem o masie ok. 10 [g]. Dla potrzeb ćwiczenia przyjmujemy wilgotność wyznaczoną w poprzednich oznaczeniach. Przeliczenie twardości próbki o wilgotności W % do wilgotności 12% wykonujemy wg wzoru:

W - wilgotność próbki w chwili badania

- 0,03 - współczynnik przeliczeniowy

Wykonanie oznaczenia:

1. na drewnie sosnowym:

zanotowane wskazanie siłomierza: 3,8 [kN] = twardość statyczna

twardość statyczna przeliczona do wilgotności 12% to: 3,572 [kN]

2. na drewnie dębowym:

zanotowane wskazanie siłomierza: 7,8 [kN] = twardość statyczna

twardość statyczna przeliczona do wilgotności 12% to: 7,332 [kN]

6. OZNACZENIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ŚCISKANIE WZDŁUŻ WŁÓKIEN.

Opis wykonania:

• oznaczenie przeprowadzamy na próbkach o wymiarach 20x20x30 [mm] (ostatni wymiar wzdłuż włókien)

• pomiar badanego przekroju próbki wykonujemy bezpośrednio przed oznaczeniem w połowie długości próbki w kierunkach: promieniowym i stycznym, z dokładnością do 0,1 [mm]

• próbkę umieszczamy na środku płyty przegubowej maszyny wytrzymałościowej, tak by kierunek działania siły ściskającej był równoległy do jej podłużnej osi

• próbkę obciążamy ze stałą prędkością, by zniszczenie nastąpiło w czasie od 30 do 90 sekund od chwili rozpoczęcia obciążenia

• odczytujemy siłę z dokładnością nie mniejszą niż 1% siły niszczącej

• wilgotność drewna W próbki należy oznaczać bezpośrednio po badaniu metodą suszarkowo - wagową

• wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien próbki o wilgotności W, w chwili badania (R_cW) należy obliczać z dokładnością do 0,5 [MPa] wg wzoru:

P_max - siła zużyta do zniszczenia próbki [N]

a - wymiar próbki w kierunku promieniowym [mm]

b - wymiar próbki w kierunku stycznym [mm]

• Przeliczenie wytrzymałości próbek o wilgotności W (R_cW) na wytrzymałość przy wilgotności 12% (R_c12) z zaokrągleniem do 0,5 [MPa] wykonujemy wg wzoru:

- współczynnik zmiany wytrz. drewna na ściskanie wzdłuż włókien przy zmianie jego wilgotnosci o 1% (w przedziale 12 ± 3%) jest równy 0,04.

W - wilgotność drewna próbki

Wykonanie oznaczenia:

Wartości zmierzone a x b to: 19,31 x 19,58 [mm]

Obliczona powierzchnia ab to: 378,0898 [mm²] = 3,78 [cm²] = 0,000378 [m²]

Siła zużyta do zniszczenia próbki to: 24,8 [kN] = 24800 [N]

Obliczona R_cW to: 65608465,61 [Pa] = 65,6 [MPa]

Przeliczenie wytrzymałości na wytrzymałość przy wilgotności 12%. Obliczona R₁₂ to: 60,35 [MPa]

7. WNIOSKI

• otrzymane wyniki porównujemy z wartościami zawartymi w tabeli

• przeciętne właściwości techniczne niektórych gatunków drewna przy wilgotności 12%

Gatunek drewna		Gęstość objętościowa [kg/m^3]	Twardość statyczna [N]	Wytrzymałość [MPa]
								Na ściskanie wzdłuż włókien	Na rozciąganie wzdłuż włókien	Na zginanie statyczne
	Dąb	710	6700	53	90	78
	Jesion	750	7600	47	104	99
	Buk	730	7800	53	135	105
	Sosna	550	3000	44	104	78
	Świerk	470	2900	43	90	66
	Jodła	520	3100	40	84	60

wyniki otrzymane w poszczególnych oznaczeniach:

• gęstość objętościowa: 555 [kg/m³]

• wilgotność metodą suszarkowo - wagową: 10%

• wilgotność metodą elektrometryczną: 12%

• twardość statyczna drewna sosnowego: 3,572 [kN]

• twardość statyczna drewna dębowego: 7,332 [kN]

• wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien: 60,35 [MPa]

Wyniki otrzymane w poszczególnych doświadczeniach są poprawne.

---