Sprawozdanie

Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Lądowej Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych
PRZEDMIOT: Materiały budowlane
TEMAT: Badania wybranych cech technicznych drewna i wyrobów z drewna i materiałów drewnopochodnych				Zespół 2 1. 2. 3. 4.
Rok 2005/2006	Grupa 6/I	Semestr II	Ocena:	Nr ćwiczenia 6	Prowadzący: Mgr inż. Anna Chudan
						Studia dzienne

Spis treści

Przedmiot badania

Drewno

To surowiec otrzymywany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w różnego rodzaju asortymenty

Drewno należy do najstarszych materiałów używanych przez człowieka. Przez tysiąclecia budowano z drewna ściany, stropy i dachy. Drewna używano do wykonania narzędzi, naczyń a także do ogrzewania i oświetlania pomieszczeń (łuczywo).

Obecnie drewno znajduje zastosowanie jako materiał na podłogi, boazerie, do wykonania więźb dachowych, ogrodzeń i pergoli, mebli i zabawek. W Ameryce Północnej drewno jest ciągle ważnym materiałem budowlanym i używa się go do budowy większości niskich zabudowań mieszkalnych. Odpady powstałe przy produkcji różnych sortymentów drewna są wykorzystywane do produkcji płyt pilśniowych i wiórowych, które także są materiałem do wykonywania wielu przedmiotów codziennego użytku.

Materiały drewnopochodne

Płyty pilśniowe

Produkuje się z włókien lignocelulozowych bez dodawania środków chemicznych lub ze środkami hydrofobowymi. Podstawowym surowcem do wyrobów płyt pilśniowych są mało wymiarowe odpady drewna iglastego. Ze względu na gęstość płyty dzieli się na: miękkie, półtwarde, twarde, bardzo twarde. Płyty pilśniowe powszechnie stosuje się w budownictwie, płyty pilśniowe miękkie są używane głównie jako materiał do izolacji cieplnej i akustycznej, półtwarde do produkcji mebli a także jako płyty budowlane, twarde i bardzo twarde mają zastosowanie w konstrukcjach drewnianych jako materiał podłogowy.

Deszczułki

Deszczułki posadzkowe (parkiet) - produkowane są najczęściej z liściastych gatunków drzew. Deszczułki mają grubość od 16 - 22 mm, szerokość 30 - 100 mm, długość 200 - 500 mm. Produkowane są o różnych kształtach przekroju, który umożliwia łączenie na styk, wpust i pióro(wypust) na dwóch lub czterech krawędziach.

Metody badania

Gęstość drewna (wg PN-77/D-04101)

Próbki prostopadłościenne o wymiarach przekroju poprzecznego: 20 mm x 20mm i długości wzdłuż włókien 25+5mm poddaje się klimatyzowaniu wg normy PN-77/D-04227. Jeśli szerokość przyrostów rocznych przekracza 4mm, stosuje się próbki większe. Do oznaczenia gęstości umownej dopuszcza się próbki o dowolnym kształcie.

Oznaczanie gęstości drewna o wilgotności W

Po oznaczeniu masy próbki z dokładnością do 0,01g i jej wymiarów z dokładnością 0,1 mm określa się wilgotność. Gęstość drewna p_w o wilgotności W w chwili badania oblicza się wg wzoru

[g/cm³]

Gdzie:

m_w - masa próbki laboratoryjnej o wilgotności W [g]

a_b, b_w - wymiary liniowe przekroju poprzecznego [cm]

l_w - długości próbki [cm]

W przypadku, gdy chcemy przeliczyć wartość gęstości drewna o wilgotności W na wartość przy wilgotności 12% oraz jeżeli W jest zawarte w przedziale 7 < W < 17, to przeliczenie wykonujemy według wzoru

Gdzie:

K_b - współczynnik skurczu objętościowego, do obliczeń przybliżonych można przyjąć K_b=0,85p_w, gdy gęstość wyrażona jest w g/cm³.

Oznaczanie gęstości drewna w stanie całkowicie suchym p0

Gęstość oblicza się z dokładnością 0,005 g/cm³ wg wzoru

[g/cm³]

Gdzie:

m_o - masa próbki laboratoryjnej w stanie całkowicie suchym [g].

a₀, b₀, l₀, - wymiary liniowe przekroju poprzecznego i długości próbki w stanie całkowicie suchym [cm].

Umowna gęstość drewna

Gęstość oblicza się z dokładnością 0,005 g/cm³ wg wzoru:

[g/cm³]

Gdzie:

m₀ - masa próbki laboratoryjnej w stanie całkowicie suchym [g].

a_max, b_max, c_max- wymiary liniowe przekroju poprzecznego i długości próbki o wilgotności równej punktowi nasycenia włókien.

Wytrzymałość na ściskanie

Jest to największe naprężenie, jakie przenosi próbka badanego materiału podczas ściskania osiowego. Wytrzymałość na ściskanie ( R_c ) oblicza się wg wzoru:

[MPa]

Gdzie:

P_n - siła statyczna niszcząca próbkę [N]

F - pole powierzchni ściskanej [cm³]

Badanie prowadzi się w maszynach wytrzymałościowych do prób statycznych. Do badania stosuje się próbki różnego kształtu (kostki, walce, graniastosłupy, całe wyroby) i wielkości zależne od rodzaju materiału budowlanego.

Wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien wg PN-79/D-04102

Próbki drewna do badań powinny mieć wymiary 20 x 20 x 30mm. Wymiary określa się z dokładnością do 0,1mm. Próbki poddaje się ściskaniu w maszynie pobierczej tak, aby zniszczenie nastąpiło w czasie 90±30s. Bezpośrednio po badaniu określa się wilgotność próbki.

Wytrzymałość na ściskanie w poprzek włókien wg PN-77/D-04229

Próbki drewna do badań powinny mieć kształt prostopadłościenny o przekroju 20 x 20mm i długości wzdłuż włókien 30 - 60mm. Wymiary określa się z dokładnością do 0,1mm. Próbki poddaje się ściskaniu w maszynie pobierczej tak, aby naprężenie na granicy proporcjonalności nastąpiło w czasie 90 ±30 s. Badanie prowadzi się do wyraźnego przekroczenia umownej wytrzymałości, co uwidacznia się na wykresie zależności siły od odkształcenia.

Wytrzymałość na ścinanie wzdłuż włókien wg PN-79/D-04105

Po określeniu wymiarów próbka umieszczana jest w specjalnej maszynie pobierczej. Po badaniu określa się wilgotność próbki. Wytrzymałość na ścinanie przy wilgotności W, w chwili badania określa się z dokładnością do 0,1 MPa wg wzoru

Gdzie:

P_max - siła użyta do ścięcia próbki[N]

l,b - długość i szerokość powierzchni ścinania

Wytrzymałość tę przelicza się na wytrzymałość przy wilgotności 12% wg wzoru

Gdzie:

α - współczynnik, α=0,03

W - wilgotność próbki [%]

Wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż włókien wg PN-81/D-04107

Po określeniu przekroju z dokładnością 0,1 mm próbka jest poddawana rozciąganiu w maszynie probierczej, tak by zniszczenie nastąpiło w czasie od 90 do 120 sekund. Bezpośrednio po badaniu określa się wilgotność próbki. Wytrzymałość na rozciąganie oblicza się w megapaskalach [MPa], wg wzoru

Gdzie:

P_max - siłą niszcząca [N]

A - powierzchnia przekroju zrywanej części próbki [mm]

Wytrzymałość na rozciąganie w poprzek włókien wg PN-81/D-04107

Badanie przeprowadza się identycznie jak przy badaniu wytrzymałości na rozciąganie wzdłuż włókien, zmieniając jedynie powierzchnię przekroju (A) na przekrój przewężonej części próbki (bh).

Gdzie:

b, h - wymiary przekroju przewężonej części próbki [mm]

Metoda pomiaru twardości według Brinella (PN-91/H-04350)

Metoda Brinella, jedna z najstarszych obecnie stosowanych metod pomiaru twardości polega na wciskaniu w powierzchnię badanego materiału kulki o średnicy D pod obciążeniem F.

Podstawą do określania twardości jest średnica trwałego odcisku d mierzona po odciążeniu.

Twardość Brinella jest to stosunek siły obciążającej do powierzchni czaszy kulistej odcisku trwałego pomnożona przez współczynnik:

gdzie:

HB - twardość Brinella w umownej jednostce HB takiej, że 1HB = 9,807MPa;

S_cz - powierzchnia czaszy kulistej odcisku trwałego

P - działająca siła obciążająca.

Po wyrażeniu S_cz przez średnicę kulki D i średnicę odcisku d

otrzymujemy wzór:

A gdy jednostką będzie 1MPa to wzór przyjmie postać:

Metoda pomiaru twardości według Janki

Próba Janki, została wprowadzona w życie w 1906. Badanie polega na wciskaniu w drewno stalowej kulki o średnicy 11,284 mm, co daje powierzchnię przekroju średnicowego wynoszącą 1cm³. Czas wykonania jednego wcisku powinien wynosić 2 minuty. Siła odczytana na siłomierzu maszyny probierczej i wyrażona w kG/cm2 lub kN/cm² (pole przekroju wynosi 1cm², więc twardością jest bezpośrednio wartość uzyskana siły) stanowi liczbę twardości.

Gatunek drewna	Przekrój
		poprzeczny	promieniowy	styczny
Lipa	190 kG/cm^2	164 kG/cm^2	164 kG/cm^2
Limba	218 kG/cm^2	137 kG/cm^2	146 kG/cm^2
Sosna	270 kG/cm^2	240 kG/cm^2	240 kG/cm^2
Brzoza	368 kG/cm^2	311 kG/cm^2	313 kG/cm^2
Olcha	394 kG/cm^2	268 kG/cm^2	274 kG/cm^2
Modrzew	399 kG/cm^2	302 kG/cm^2	297 kG/cm^2
Wiąz	403 kG/cm^2	327 kG/cm^2	362 kG/cm^2
Buk	554 kG/cm^2	379 kG/cm^2	402 kG/cm^2
Dąb	608 kG/cm^2	521 kG/cm^2	-
Grusza	662 kG/cm^2	527 kG/cm^2	501 kG/cm^2
Jesion	690 kG/cm^2	573 kG/cm^2	602 kG/cm^2

Na podstawie wyników wykonanych badań Janka podzielił drewno na 6 klas twardości:

Klasa	Twardość		Rodzaj drewna
I klasa	drewno bardzo miękkie	mniejsza niż 350kG/cm^2	osika, topola, wierzba, balsa, świerk, jodła, limba
					mniejsza niż 3432N/cm^2
		II klasa		drewno miękkie	350 - 500 kG/cm^2	brzoza, olcha, lipa, platan, leszczyna, kasztan, mahoń, sosna, modrzew, jałowiec
					3432 - 4903 N/cm^2
		III klasa		drewno średnio twarde	500 - 650 kG/cm^2	wiązy, orzech, sosna czarna
					4903 - 6374 N/cm^2
		IV klasa		drewno twarde	650 - 1000 kG/cm^2	dąb szypułkowy, jesion, grusza, jabłoń, wiśnia, tik
					6374 - 9806 N/cm^2
		V klasa		drewno bardzo twarde	1000 - 1500 kG/cm^2	buk, grab, grochodrzew, dąb bezszypułkowy, palisander, cis
					9806 - 14709 N/cm^2
		VI klasa		drewno twarde jak kość	powyżej 1500 kG/cm^2	quebracho, heban, kokos, gwajak
					powyżej 14709 N/cm^2

Wyniki badań

Lp.

Rodzaj oznaczenia

Dane do obliczeń (wilgotność próbek 14%)

Wynik oznaczenia

Próbka drewna bukowego

1.

Gęstość pozorna

Masa

8,4g

Przy wilgotności 14% pw = 0,7 [g/cm^3]

Wymiary

2,03cmx3,06cmx1,94 [cm]

Objętość

12,05 [cm^3]

Przy wilgotności 12% p12 = 0,698 [g/cm^3]

Współczynnik skurczu objętościowego

0,85

2.

Wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien

Wartość siły ściskającej

P1 = 28,2 kN

Rcw = 716,06 [Mpa]

Powierzchnia

F1 = 3,9382 [cm^2]

Przy wilgotności 12% Rcw12 = 773,35 [Mpa]

3.

Wytrzymałość na ściskanie w poprzek włókien

Wartość siły ściskającej

P2 = 9,4 kN

Rcw = 151,32 [MPa]

Powierzchnia

F2 = 6,2118 [cm^2]

Przy wilgotności 12% Rcw12 = 161,91 [Mpa]

Wnioski Gęstość drewna bukowego przy wilgotności 12% jest nieznacznie mniejsza od gęstości przy wilgotności 14% (tak jak w trakcie badania). Dodatkowo możemy powiedzieć, że wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien jest pięciokrotnie większa niż w przypadku ściskania w poprzek włókien.

Materiał

Płyta pilśniowa porowata

Liczność partii

3000

Typ wyrobu w zależności od

sposobu perforowania lub nacinania prawej płaszczyzny płyty

Pnp - płyta porowata nacinana ze szczelinami prostymi o ograniczonej długości nie dochodzącymi do brzegów płyty i nie przechodzącymi przez całą jej grubość

Odmiana wyrobu w zależności od

wykończenia prawej płaszczyzny

odmiana „c” - płyta pokryta farbami w różnych kolorach

Rodzaj badania

Wynik badania

Wymagania normowe

1.

Sprawdzenie kształtu i wymiarów

Średnia grubość płyty (z 4 pomiarów): 1,22 cm Wymiary: 29,9x29,8x1,22 cm^3

Płyty produkuje się w formacie 300x300 i grubości 12,5mm Dopuszczalne odchyłki: 300±1,5 x 300±1,5 x 12,5±1,0 [mm]

2.

Sprawdzenie wad

Plamy

Brak

Niedopuszczalne

Zabarwienie

Zabarwienie niejednolite, farba w wielu miejscach „odchodzi” od płyty, jest w różnych odcieniach

Na płaszczyźnie prawej niedopuszczalne przebarwienia

Wgłębienia i wypukłości

Liczne wgłębienia i wypukłości

Dopuszczalne na obu płaszczyznach w granicach odchyłek grubości

Uszkodzenia narożników

Wszystkie narożniki uszkodzone

Niedopuszczalne

Inne wady

Płyta bardzo niskiej jakości, jej właściwości fizyczne najprawdopodobniej nie spełniają wymagań normowych, bardzo niski stan techniczny

Brak

Wnioski Estetyka płyty pilśniowej budziła bardzo duże zastrzeżenia. Miała poobcierane rogi, odpryski farby w wielu miejscach, liczne wgłębienia i rysy. Płyta spełniała normowe wymagania odnośnie wymiarów, jednak nacięcia i wgłębienia są zbyt małe. Zatem badana płyta nie nadaje się do użytku budowlanego, ponieważ niespełnienia normy PN-EN 622-4:2000 - liczne uszkodzenia, brak estetycznego wyglądu.

Rodzaj drewna (materiał):

Drewno Jesionowe

Wilgotność w trakcie badania:

14%

Liczność partii:

2500

Typ wyrobu w zależności od

rodzaju drewna

„Js”

kształtu profilu i sposobu przytwierdzania deszczułek do podłoża

P2

jakości

II klasa

umiejscowienia wypustu na boku i czole

deszczułka lewa

Rodzaj badania

Wynik badania

Wymagania normowe

1.

Sprawdzenie kształtu i wymiarów

Wpust czołowy: 9 [mm] Wpust boczny: 8 [mm] Wypust czołowy: 7 [mm] Wypust boczny: 5 [mm] Długość 298 [mm] Szerokość 60 [mm] Grubość 22 [mm]

Grubość: 22 mm Szerokość: od 35 do 100 mm Długość: od 200 do 500 mm

2.

Sęki

Zdrowe, zrośnięte jasne

Brak

Na płaszczyźnie górnej nie bierze się pod uwagę sęków nie skupionych o średnicy do 6 [mm], dopuszcza się pojedyncze o średnicy do 10 [mm]. Na płaszczyźnie dolnej dopuszczalne są sęki położone nie bliżej niż 5 mm od płaszczyzny górnej o średnicy do 6 [mm]

Nadpsute, zepsute, częściowo zrośnięte ciemne

Występujące pojedynczo

Na płaszczyźnie górnej niedopuszczalne, na płaszczyźnie dolnej o tej samej wielkości co sęki zdrowe, lecz występujące pojedynczo

Pęknięcia

Płytkie

Brak

Na płaszczyźnie górnej dopuszczalne o głębokości do 1 [mm] i długości do 20 [mm]. Na płaszczyźnie dolnej dopuszczalne o głębokości do 1/5 grubości deszczułki

Głębokie, przechodzące, występujące na czołach

Brak

Dopuszczalne jedno pęknięcie o długości do 5 [mm]

Okrężne

Brak

Niedopuszczalne

Wady budowy drewna i zabarwienia

Skręt włókien

Brak

Niedopuszczalny

Zawiły układ włókien

Brak

Dopuszczalny

Zakorek

Brak

Na płaszczyźnie górnej niedopuszczalny, na płaszczyźnie dolnej dopuszczalny, o długości do 30 [mm]

Rdzeń

Brak

Na płaszczyźnie górnej i bokach niedopuszczalny, na dolnej dopuszczalny zdrowy

Biel i biel wewnętrzny

Brak

Na płaszczyźnie górnej niedopuszczalny, na dolnej dopuszczalny do połowy grubości

Plamy i zaciągi garbnikowe

Brak

Dopuszczalne w postaci małych plam

Zgnilizna

Twarda

Brak

Na płaszczyźnie górnej niedopuszczalna, na dolnej dopuszczalna w postaci pasm o głębokości do 5 [mm] pokrywających do 15% powierzchni

Miękka

Brak

Niedopuszczalna

Uszkodzenia

Chodniki owadzie

Brak

Na płaszczyźnie górnej dopuszczalny 1 otwór, na dolnej o głębokości nie dochodzącej do warstwy użytkowej

Uszkodzenia mechaniczne

Brak

Na płaszczyźnie górnej niedopuszczalne, na bokach i wypustach oraz na płaszczyźnie dolnej dopuszczalne w granicach dokładności obróbki

Zbitka

Brak

Na płaszczyźnie górnej niedopuszczalna, na dolnej dopuszcza się o długości do 33 [mm] nie wychodzącą na boki i czoła

Inne wady

Pęcherz żywiczny i przeżywiczenie

Niedopuszczalne

3.

Sprawdzenie twardości metodą Janki

Przy W = 14% P1 = 8,2 kN = 836 kG Hst14 = 8200 [N] Przy W = 12% α = 0,03 Hst12 = 8692 [N]

Klasa twardości: IV (drewno twarde)

Wnioski

Badana deszczułka jest zrobiona z drewna o dużej twardości (klasa IV), spełnia normowe wymagania co do wymiarów. Jednak nie nadaje. się do użytku w budownictwie ze względu na wypadające pojedyncze nadpsute sęki oraz pęcherz żywiczny i przeżywiczenie. Nie spełnia wymagań normy PN-97/D-94001Db.

6

---