POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH

WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOLOGII

Chemia i materiałoznawstwo

Temat: Badanie drewna

Górnictwo i Geologia

Semestr III

Grupa 10

Sekcja 2

Wprowadzenie

Drewno jest surowcem otrzymywanym ze ściętych drzew i formowanym w procesie obróbki w różnego rodzaju produkty. Materiał ten był wykorzystywany w górnictwie od zawsze, ze względu na swoje właściwości, takie jak lekkość, łatwość obróbki i transportu, wytrzymałość, dostępność. Obecnie odnotowuje się spadek wykorzystania tego materiału w wyrobiskach górniczych, a obudowy drewniane są wypierane przez stalowe bądź betonowe, gdyż są one trwalsze i wytrzymalsze.

Zalety drewna:

1. Wysoka wytrzymałość na ściskanie.

2. Zaimpregnowane ma długi okres trwałości w wyrobiskach górniczych.

3. Łatwość nadania kształtu.

4. Izoluje termicznie i elektrycznie.

5. W przypadku występowania naprężeń krytycznych, słychać trzaski, które sygnalizują konieczność działania.

Wady drewna:

1. Materiał podatny na korozję biologiczną (procesy gnicia i butwienia), przez co ma bardzo ograniczoną trwałość.

2. Łatwopalność.

3. Jednorazowość użycia – drewna nie da się wykorzystać po raz kolejny.

4. Zbieżystość pnia, czyli zmiana jego przekroju ( im wyżej, tym przekrój mniejszy).

5. Krzywizna, czyli odchylenie od pionu (drewno prawie nigdy nie jest idealnie proste).

6. Mimośrodowość rdzenia, gdy geometryczny środek słojów nie pokrywa się z geometrycznym środkiem pnia.

Właściwości fizyczne drewna:

1. Nasiąkliwość – drewno ze względu na niejednorodną budowę (słoje) wykazuje właściwości pochłaniania wody ze środowiska zewnętrznego, co powoduje rozmakanie drewna i obniżenie jego wytrzymałości.

2. Higroskopijność – skłonność do pochłaniania wilgoci z powietrza, aż do osiągnięcia stanu równowagi pomiędzy własną wilgotnością a wilgotnością otoczenia.

3. Wilgotność względna - to stosunek masy wody, zawartej w drewnie do masy drewna w stanie mokrym, wyrażony w procentach. Parametr ten stosuje się do próbki całkiem suchej i wyraża wzorem:

mw – masa próbki wilgotnej

ms – masa próbki suchej

4. Wilgotność bezwzględna – to wyrażony w procentach stosunek wody zawartej w drewnie do masy drewna w stanie całkowicie suchym

5. Ciężar objętościowy – stosunek masy drewna do jego objętości, wyrażony w kg/m3.

Jest to ciężar drewna w stanie naturalnym, uwzględniając naturalne pory i wolne przestrzenie w strukturze.

6. Ciężar właściwy (bezwzględny) – to stosunek masy drewna do jego objętości, bez uwzględniania jego porowatości, jest to wartość stała dla danego gatunku drewna.

Zabezpieczenie drewna przed działaniem bakterii i procesami gnilnymi.

Aby zabezpieczyć drewno stosuje się impregnację, której celem jest ochrona materiału przed korozją biologiczną, a w konsekwencji większa wytrzymałość i odporność na działanie czynników zewnętrznych.

Rodzaje impregnacji:

a) Malowanie (impregnacja powierzchniowa) – polega na pokryciu drewna kilka razy specjalnym preparatem. Metoda najmniej skuteczna.

b) Zanurzenie (impregnacja głęboka) – kąpiel w impregnacie. Metoda skuteczniejsza niż malowanie.

c) Impregnacja w autoklawach (impregnacja ciśnieniowo-próżniowa) – polega na wtłaczaniu impregnatu pod ciśnieniem w pory drewna. Metoda o najwyższej skuteczności.

Wpływ wilgotności drewna na wytrzymałość.

Zależność wytrzymałości drewna od jego wilgotności prezentuje poniższy wykres.

Wynika z niego, że wytrzymałość spada do 15% wilgotności względnej, a następnie po przekroczeniu 15% Ww wytrzymałość drewna jest skrajnie niska.

Badanie wpływu wilgotności drewna na jego właściwości odbywa się metodą suszarkowo-wagową. Początkowo posiadamy 5 wilgotnych próbek drewna, które ważymy i wkładamy na 5 minut do suszarki o temperaturze 105 stopni. Po tym czasie wyciągamy jedną z nich, mierzymy jej powierzchnię i wkładamy do prasy hydraulicznej. Aby wyznaczyć siłę mierzymy średnicę tłoka działającego w prasie i odczytujemy z manometru wartość siły, po przyłożeniu której próbka uległa zniszczeniu. Zniszczoną próbkę ponownie umieszczamy w suszarce i suszymy ją razem z pozostałymi przez kolejne 5 minut. Następnie wyciągamy kolejna próbkę i powtarzamy czynności w prasie hydraulicznej i suszarce, aż do uzyskaniu próbek, które nie będą wykazywały ubytku masy (czyli będą całkiem suche).

Znając masy próbek wilgotnych i masy po etapach suszenia możemy wyznaczyć ze wzoru Ww dla każdej próbki i stworzyć wykres zależności wytrzymałości od wilgotności drewna.

Wpływ anizotropii na wytrzymałość drewna

Ze względu na niejednorodną budowę (występujące słoje), drewno jest materiałem anizotropowym, stąd jego właściwości zależą od orientacji w przestrzeni. I jak widać na wykresie największą wytrzymałość na ściskanie osiąga wtedy, gdy siła działa równolegle do włókien.

Bibliografia:

- „Budownictwo Górnicze i Tunelowe” (czasopismo), nr 3, r. 2009, s. 32—45

- ww.akademia.marwlo.cad.pl/.../Drew_encykl_wlasc.doc

- www.biomasa.org