2010-12-27 Drewno i materiały Drewno i materiały drewnopochodne drewnopochodne Drewno na tle innych materiałów - materiał roślinny (naturalny, organiczny) - budowa komórkowa (tkanki o ró\nych funkcjach) - struktura włóknista (włókna ukierunkowane) - materiał anizotropowy (wartość cechy zale\y od kierunku jej badania) 1 y ródło: J.M. Dinwoodie: Journal of Microscopy 104(1), 1975 2010-12-27 Gatunki drewien europejskich stosowane w budownictwie gatunki iglaste (80 do 120 lat; konstrukcje więzb dachowych, stolarka budowlana, podłogi) Modrzew (Larix europaea) z technicznego punktu widzenia najlepsze i najbardziej trwałe; rzadko stosowane Sosna (Pinus silvestris) miękkie, łatwe w obróbce, sprę\yste, o dobrej wytrzymałości mechanicznej Świerk (Picea abies) miękkie, o średniej wytrzymałości, sprę\yste, trudne w obróbce, lepsze górskie ni\ nizinne Jodła (Abies alba) miękkie, o średniej wytrzymałości, giętkie i łupliwe, sporo sęków wypadających Gatunki drewien europejskich stosowane w budownictwie gatunki liściaste (głównie stolarka budowlana, podłogi posadzki) Brzoza (Betula pendula i Betula pubescens) dobre właściwości mechaniczne, mała odporność na grzyby Buk (Fagus silvatica) twarde, o du\ej wytrzymałości, łatwe w obróbce Dąb (Quercus robur lub Quercus petrea) twarde, cię\kie, o dobrych parametrach wytrzymałościowych, odporne na ścieranie Jesion (Fraxinus excelsior) cię\kie, wytrzymałe i bardzo elastyczne; w warunkach suchych trwałe, w wilgotnych łatwo ulega zniszczeniu Topola (Populus, ok. 30 gatunków) jedyne drewno liściaste stosowane (rzadko) do wykonywania konstrukcji budowlanych (tam gdzie brak iglastych) 2 2010-12-27 Podstawowe informacje o budowie drzewa i strukturze drewna korona Ś ok. 8 cm konary, gałęzie grubizna lub strzała szyjka korzeniowa karpina korzenie Podstawowe informacje o budowie drzewa i strukturze drewna przekrój poprzeczny przekrój podłu\ny (promieniowy) przekrój styczny W|| `" WĄ" Ą" Ą" Ą" 3 2010-12-27 Podstawowe informacje o budowie drzewa i strukturze drewna rodzaje tkanek skład chemiczny drewna - przewodząca, (suchego) - gromadząca, - węgiel (C): H" 50% - mechaniczna. - tlen (O2): H" 40% - wodór (H): H" 5% - azot (N): H" 0,2% związek iglaste liściaste - celuloza (włóknik) H" 55% H" 45% - lignina 25 d0 30% 20 do 25% - hemiceluloza H" 20% H" 25% - \ywice H" 3% H" 0,5% - inne (mineralne) H" 4% H" 13% Podstawowe informacje o budowie drzewa i strukturze drewna woda w drewnie drewno świe\o ściętego drzewa 55 do 70% m. ścianki komórek nasycone wodą, komórki wypełnione częściowo drewno przygotowane do eksploatacji (wysuszone) H" 15% m. ścianki komórek częściowo nasycone wodą yródło: http://solidnydom.pl/wilgotnosc-drewna.html 4 2010-12-27 Podstawowe informacje o budowie drzewa i strukturze drewna przekrój poprzeczny grubizny (strzały) biel kora (młode drewno, du\a wilgotność) miazga korowa łyko miazga twórcza przyrosty roczne (słoje) twardziel (stare drewno, rdzeń mniejsza wilgotność) Podstawowe informacje o budowie drzewa i strukturze drewna Przyrosty roczne (słoje) 1 cm przyrost pózny (lato) przyrost wczesny d" 4 słoje/cm - szerokosłoiste (wiosna) > 4 słoje/cm - wąskosłoiste wczesny wilgotne, mało zwarte, jasne; pózny mniejsza wilgotność, bardziej zwarte, ciemne http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/bois/index.htm Fotografie: R. Prat 5 2010-12-27 Właściwości drewna drzew europejskich - barwa: jasno\ółta do brązowej w zale\ności od gatunku, - zapach: ró\ny w zale\ności od gatunku, - rysunek: ró\ny w zale\ności od gatunku. - gęstość: H" 1,55 g/cm3 - gęstość pozorna przy w H" 15% m.: od 500 kg/m3 (sosna, świerk) do 800 kg/m3 (dąb) - wilgotność: do 70% m. (równowagowa H" 15% m.), - nasiąkliwość: do 70% m. - rozszerzalność cieplna: mała, (wzdłu\ wł. - 0,5x10-5 [1/K], w poprzek wł. - 3x10-5[1/K], - właściwości mechaniczne Właściwości drewna drzew europejskich Wytrzymałość drewna w ró\nych stanach obcią\eń jest znacznie większa w kierunku równoległym do włókien, ni\ w kierunku prostopadłym. - na ściskanie ||: 30 MPa (topola), 45 MPa (świerk, sosna), 55 MPa (dąb, modrzew), 60 MPa (grab, akacja) - na rozciąganie ||: 75 MPa (topola), 95 MPa (świerk, sosna, dąb), 110 MPa (modrzew), 165 MPa (buk) - na zginanie Ą" : Ą" Ą" Ą" 55 MPa (topola), 65 MPa (modrzew, sosna, świerk), 120 MPa (akacja, jesion, buk) 6 2010-12-27 Wybrane właściwości drewna Wpływ gęstości pozornej na wytrzymałość Wpływ gęstości pozornej na wytrzymałość drewna na ściskanie i rozciąganie wzdłu\ włókien yródło: Biliszczuk J., Bień J., Maliszkiewicz P.: Mosty z drewna klejonego. WKiA, Warszawa, l989. Wybrane właściwości drewna Wpływ wilgotności na wytrzymałość Im wilgotność większa, tym wytrzymałość mniejsza. przykład wpływu wilgotności drewna na: 1 rozciąganie wzdłu\ włókien, 2 ściskanie przy zginaniu, 3 ściskanie wzdłu\ włókien, 4 ścinanie wzdłu\ włókien yródło: Mielczarek Z.: Konstrukcje drewniane. Arkady. Warszawa, 1994 7 2010-12-27 Wpływ wilgotności na właściwości mechaniczne drewna Wzór Bauchingera f15 = fw [1 + ąw (w - 15)] f15 wytrzymałość przy wilgotności 15% m. (równowagowa w warunkach powietrzno-suchych), fw - wytrzymałość przy wilgotności 10% < w < 30%, ąw - współczynnik zmiany wytrzymałości drewna przy zmianie wilgotności o 1 %, (0,02 do 0,04 zale\nie od rodzaju wytrzymałości i kierunku badania) w - wilgotność drewna [% m]. Zale\ność pozwala na badanie wytrzymałości drewna o wilgotności w i sprowadzenie jej do wytrzymałości drewna o wilgotności 15% m. Trwałość drewna informacje ogólne Drewno wykazuje du\ą trwałość zarówno w warunkach stale suchych (zabytki kultury egipskiej), jak i stale mokrych (pale posadowienia budynków w Wenecji, elementy drewnianego mostu Trajana zatopione w Dunaju). Drewno wykazuje obni\oną trwałość w warunkach zmiennej wilgotności i braku wymiany powietrza oraz przy oddziaływaniu wysokiej temperatury. W warunkach atmosferycznych większą trwałość wykazuje drewno: - o większej gęstości pozornej, - zawierające więcej \ywic (naturalny impregnat) garbników, - z części twardzielowej. 8 2010-12-27 Trwałość drewna zabiegi konserwujące Podstawowym zabiegiem przygotowującym drewno do eksploatacji jest jego właściwe wysuszenie do wilgotności równowagowej dla warunków powietrzno-suchych. Wilgotność ta wynosi ok. 15% m. Trwałość drewna zabiegi konserwujące dodatkowe zabiegi to: - wykonywanie powłok odcinających drewno od czynników zewnętrznych (opalanie, powłoki bitumiczne, lakiery z tworzyw sztucznych) powłoka ulegająca powłoka spienieniu w wysokiej zwykła temperaturze - impregnacja środkami zabezpieczającymi przed zmianami wilgotności, grzybami, owadami i obni\ającymi palność impregnacja impregnacja skrośna przypowierzchniowa 9 2010-12-27 Suszenie i skurcz drewna stan nasycenia ścianek wysuszone świe\o ścięte (wilgotność równowagowa) komórkowych wilgotność 55 70 % 20 35 % H" 15 % skurcz niewielki skurcz: - wzdłu\ włókien - 0,1 do 0,8 % - w poprzek włókien - 3 do 6 % - styczny - 6 do 12 % - objętościowy - 10 do 20% yródło: http://solidnydom.pl/wilgotnosc-drewna.html Suszenie i skurcz drewna Paczenie się przekrojów drewnianych Przyczyna: ró\na wilgotność drewna w bieli i twardzieli brak symetrii rozkładu wilgotności względem osi poziomej symetria rozkładu wilgotności względem obydwu osi brak symetrii rozkładu wilgotności względem osi poziomej niekorzystne efekty mo\na redukować właściwym przebiegiem suszenia 10 2010-12-27 Tarcica budowlana podstawowa grupa budowlanych wyrobów z drewna (drewno konstrukcyjne) przykłady planów przecierania deski bale krawędziaki belki łaty Tarcica budowlana przykład zastoosowania (jedna z odmian konstrukcji więzby dachowej) 11 2010-12-27 Materiały drewnopochodne W ogólności są to materiały składające się w głównej mierze z cienkich warstw lub cząstek rozdrobnionego drewna lub innych roślin, połączonych lepiszczem organicznym lub mineralnym. Ze spoiwem organicznym (\ywice, kleje): - sklejki, - płyty wiórowe, - pazdzierzowe (len, konopie), - płyty OSB (Oriented Strand Boards), - pilśniowe. Ze spoiwem mineralnym (cement): - płyty wiórowo-cementowe, - trocinobeton, - stru\kobeton, - zrębkobeton. Materiały drewnopochodne sklejka płyta wiórowa pazdzierzowa dzwiękochłonna płyta płyta OSB zrębkobeton z trocinobetonu yródła: http://www.techbud.com.pl http://www.signalco.pl, http://www.osb.pl 12