Politechnika Warszawska – Wydział Inżynierii Lądowej Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych
Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu materiały budowlane
Temat: Badanie wybranych cech technicznych drewna i wyrobów drewna i materiałów drewnopochodnych.
Nr ćwiczenia: 6
Wykonała:

Wstęp teoretyczny

Obecnie drewno znajduje szerokie zastosowanie jako materiał na podłogi, boazerie, do wykonania więźb dachowych, ogrodzeń i pergoli, mebli i zabawek. W wielu krajach drewno jest ciągle ważnym materiałem budowlanym i używa się go do budowy większości niskich zabudowań mieszkalnych. Zapewnia ono stosunkowo dobrą izolację termiczną i elektryczną. Jego kolejną zaletą jest fakt, że jest to materiał ekologiczny. Odpady powstałe przy produkcji różnych sortymentów drewna są wykorzystywane do produkcji płyt pilśniowych, wiórowych, sklejki, itd., które także są materiałem do wykonywania wielu przedmiotów codziennego użytku.

Tematem wykonanego doświadczenia był pomiar i opis niektórych cech, oraz ocena przydatności badanych próbek drewna.

Wśród cech technicznych mających znaczenie przy opisie próbki materiału drewnianego duże znaczenie mają:

• Gęstość pozorna (Wartość gęstości, zależy od wilgotności drewna, rodzaju drzewa z którego jest otrzymane.)

• Wilgotność (Procentowa zawartość wody w fazie lotnej, ciekłej lub stałej w danym momencie.)

• Wytrzymałość na ściskanie (Zdolność przenoszenia naprężenia pod wpływem zgniatania)

• Wytrzymałość na rozciąganie (Zdolność przenoszenia naprężenia pod wpływem rozciągania)

• Wytrzymałość na ścinanie (Zdolność przeciwstawiania się działaniu siły poprzecznej)

• Twardość (Odporność materiału na odkształcenia trwałe wywołane działaniem skupionego nacisku na powierzchnię danego ciała)

• Moduł sprężystości przy zginaniu statycznym (Wartość charakterystyczna dla danego materiału, opisująca zależność ugięcia próbki od obciążenia, któremu próbka została poddana . Wartość zależna także od wymiarów próbki)

W omawianym doświadczeniu badane były: gęstość pozorna, wytrzymałość na ściskanie wzdłuż i w poprzek włókien, oraz twardość. Sprawdzone zostały także cechy zewnętrzne oraz zbadane cechy fizyczne deszczułki dębowej, a następnie wyniki porównane zostały z normą i na tej podstawie stwierdzona została jej przydatność.

Opis oznaczeń

Oznaczenie gęstości drewna

Po oznaczeniu masy próbki z dokładnością do 0.01 g i jej wymiarów z dokładnością 0.1 mm oblicza się gęstość ze wzoru:

δ = m / abl

Gdzie:

m – masa próbki w [g]

abl – wymiary próbki w [cm³]

Przeliczanie wartości gęstości drewna o znanej wilgotności W na wartość przy dwunasto procentowej wilgotności:

jeżeli W zawarte jest w przedziale 7 ≤ W ≤ 17 przeliczenie należy wykonać według wzoru:

δ₁₂ = δ_W [1 - (1 - K_β)(W - 12) / 100]

Gdzie:

W – wilgotność próbki w [%]

δ_W – gęstość przy wilgotności W w [g/cm³]

K_β – współczynnik skurczu objętościowego, dla obliczeń przybliżonych można przyjąć K_β = 0,85 δ_W

Jednostka: [g/cm³]

Dokładność: 0,005 g/cm³

Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien

Do badania wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien stosuje się próbki o następujących wymiarach przekroju 20x20 [mm] i długości 30 [mm]

Wymiary przekroju określa się z dokładnością do 0.1 mm . Próbka jest poddawana ściskaniu w maszynie probierczej, ze stałą prędkością, dobraną tak, aby zniszczenie próbki nastąpiło w czasie 90 +/- 30 s od chwili rozpoczęcia obciążania. Bezpośrednio po badaniu określa się wilgotność próbki. Wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien oblicza się z dokładnością do 0,5 MPa wg wzoru:

R_cW = P / a∙b [MPa]

P – siła użyta do zniszczenia próbki [kN]

a – wymiar próbki w kierunku promieniowym [cm]

b – wymiar próbki w kierunku stycznym [cm]

Aby przeliczyć wytrzymałość w danej wilgotności na wytrzymałość przy dwunastoprocentowej wilgotności – R_c12 – stosuje się wzór:

R_c12 = R_cW [1 + α (W - 12)]

Gdzie:

W – wilgotność próbki w [%]

R_cW – wytrzymałość przy wilgotności W w [MPa]

α – współczynnik zmiany wytrzymałości drewna na ściskanie, przy zmianie jego wilgotności o 1% – dla badania wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien α = 0,04;

Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie w poprzek włókien

Do badania stosuje się próbki prostopadłościenne o przekroju 20 x 20 mm i długości wzdłuż włókien 30 i 60 mm .

Po określeniu przekroju z dokładnością do 0.1 mm próbka jest poddawana ściskaniu w maszynie probierczej, tak aby naprężenie na granicy proporcjonalności nastąpiło w czasie 90 +/- 30 s. Badanie prowadzi się do wyraźnego przekroczenia umownej wytrzymałości.

Wytrzymałość obliczamy ze wzoru :

R_cP = P / a∙b [MPa]

P – siła użyta do zniszczenia próbki [N]

a – wymiar próbki w kierunku promieniowym [mm]

b – wymiar próbki w kierunku stycznym [mm]

Wytrzymałość na rozciąganie

Wytrzymałość na rozciąganie to maksymalna siła rozciągająca jaka może działać na dany rodzaj drewna, aby nie spowodować jego zniszczenia. Wyróżnia się tu wytrzymałość wzdłuż i w poprzek włókien.

WZDŁUŻ: Stosuje się podłużne próbki o długości 350 mm i grubości 20 mm, o lekko rozszerzonych końcówkach. Wytrzymałość wylicza się ze wzoru:

, gdzie A – powierzchnia przekroju zrywanej części próbki [mm²]

W POPRZEK: Stosuje się próbki o wymiarach 50x50x20 mm z dwoma półokrągłymi wcięciami połowie wysokości próbki, które są miejscem zaczepienia dla uchwytów maszyny probierczej (rys 2). Wytrzymałość wylicza się ze wzoru:

gdzie b,h – wymiary przekroju przewężonej części próbki

Wytrzymałość na ścinanie

Wytrzymałość na nacinanie określa się wzdłuż jak i w poprzek włókien. Kawałki drewna o znormalizowanych wymiarach poddaje się badaniu w maszynie probierczej. Po badaniu określa się wilgotność próbki. Wytrzymałość na ścinanie przy określonej wilgotności określa się z dokładnością 0,1 MPa.

Wytrzymałość wylicza się z wzoru:

, gdzie

– siła użyta do zniszczenia próbki [kN]

a – wymiar próbki w kierunku promieniowym [cm]

b – wymiar próbki w kierunku stycznym [cm]

Wytrzymałość na zginanie statyczne

Próbkę o szerokości i grubości równej wymiarom badanej tarcicy oraz długości 21-22 cm umieszcza się w maszynie i poddaje obciążeniu badając w stałych przedziałach czasu poziom ugięcia próbki aż do jej zniszczenia. Wytrzymałość określa się wg wzoru:

,

b, h - szerokość i grubość próbki; l - odległość między podporami;

a =naprężenie

Oznaczenie modułu sprężystości

Po określeniu wymiarów z dokładnością do 0,1 mm próbka jest poddawana zginaniu statycznemu. Próbka jest obciążana w sposób ciągły, przy tak dobranej stałej prędkości obciążania, by maksymalne dopuszczalne naprężenie w próbce wystąpiło w czasie

2-5 min. W równych przedziałach przyrostu obciążenia wykonuje się pomiar ugięcia próbki. Badanie próbki prowadzi się do osiągnięcia maksymalnej wartości obciążenia [N] .

Moduł obliczamy ze wzoru:

ΔF– przyrost obciążenia

l – odległość między podporami

l₁– odległość między punktami zamocowania przyrządu

b, h– szerokość i grubość próbki

Δf– przyrost ugięcia

Twardość

Twardość jest odpornością materiału na odkształcenia trwałe pod wpływem sił działających na jego powierzchnię. Podczas badań laboratoryjnych odkształcenia te powstają zazwyczaj podczas wciskania w powierzchnię stempla z innego materiału.

Badanie polega na wciskaniu w badaną próbkę kulki stalowej o promieniu równym 5,64 mm na głębokość promienia. Mierzoną w tym wypadku zmienną jest siła jakiej potrzeba użyć, aby osiągnąć takie zagłębienie wgłębnika.

Twardość statyczną – H_stW – próbki oblicz się ze wzoru:

H_stW = K * P

Gdzie:

P – siła obciążająca przy wgniataniu stempla na zadaną głębokość [N]

K – współczynnik równy 1 w przypadku wgniatania stempla na głębokość 5,64 mm (promień kuli o przekroju równikowym równym 100 mm²) lub równy 43 przy wgniataniu na głębokość o połowę mniejszą

Jednostka: [N]

Dokładność: 1N

Aby przeliczyć twardość na wartość przy 12% wilgotności należy posłużyć się wzorem:

H_st12 = H_stW * [1 + α * (W - 12)]

Gdzie:

W – wilgotność próbki w [%]

H_stW – twardość przy wilgotności W w [MPa]

α – współczynnik przeliczeniowy zmiany twardości drewna przy zmianie jego wilgotności o 1%; α = 0,03

Jednostka: [N]

Dokładność: 1N

1	Gęstość pozorna (z dokładnością do 0,005 g/cm^3) rodzaj drewna: buk	PRÓBKA I masa: mw=5,3 g wymiary (cm): 1,97-1,98-3,02 objętość: Vw=11,78 cm^3 wilgotność w chwili badania: W=16% wilgotność W12=12% Kβ=0,85	Przy wilgotności: W=16%
			Przy wilgotności: W=12%
2	Wytrzymałość na ściskanie (odpowiednio z dokł. do 0,5 i 0,1 MPa) rodzaj drewna: buk	Wzdłuż włókien - Rcw
		wymiary (cm): 1,97-1,96-3,02 powierzchnia: F1=3,906 cm^2 wilgotność w chwili badania: W=15% wartość siły ściskającej: P1= 21,2 kN α1=0,04	Przy wilgotności W=15%
			Przy wilgotności W=12%
		W poprzek włókien - Rcp
		wymiary (cm): 1,98-1,96-3,02 powierzchnia: F2=5,980 cm^2 wilgotność w chwili badania: W=14% wartość siły ściskającej: P2= 4,6 kN α2=0,035	Przy wilgotności W=14 %
			Przy wilgotności W=12%
3	Twardość statyczna (z dokładnością do 1N) rodzaj drewna: dąb	wymiary (cm): a=5,9; b=2,2; l=30,0 wilgotność w chwili badania: W=15% promień kuli: r=5,64 mm siła obciążająca: P3=3800 N K=1 α3=0,03	Przy wilgotności: W=15% HstW = K ⋅ P3 = 3800 N
			Przy wilgotności W=12% Hst12 = HstW[1+α1(W-12)]= 4142 N

Badanie i ocena jakości deszczułki posadzkowej

W tej części doświadczenia dokonano opisu cech zewnętrznych jesionowej deszczułki posadzkowej litej i oceniono na podstawie otrzymanych wyników jej przydatność do użycia. Wyniki zestawiono w tabeli. Badaniom poddana została deszczułka prawa – tzn. że patrząc od góry na płaszczyznę licową wypust czołowy znaleźć można po prawej stronie, a wypust boczny od strony patrzącego. Badany element to deszczułka o profilu P1 – tzn. deszczułka z wypustem i wpustem , w której wypust znajduje się na jednym boku i czole, a wpust na drugim.

rys. 4

rys. 5

Zestawienie uzyskanych wyników z oznaczeń cech technicznych do oceny wyrobu z drewna: deszczułka posadzkowa lita – lewa. Profil P1 z wymaganiami normy PN-87/D-96000.

DANE IDENTYFIKACYJNE – KLASYFIKACJA I OZNACZENIA
Rodzaj drewna (materiał) - jesion
Liczność partii, z których pochodzi wyrób:
Typ wyrobu w zależności od profilu.
Inne oznaczenia -
Inny podział -
BADANIE WYROBU
L.P.
1
SPRAWDZENIA CECH ZEWNĘTRZNYCH