Файл: Волков, М. И. Методы испытания строительных материалов учеб. пособие.pdf

§ 35. Ф И З И Ч Е С К И Е С В О Й С Т В А

Для определения физических (и механических) свойств дре­ весины изготовляют необходимое количество образцов из кряжей, досок «ли брусьев, длина которых должна быть не менее 1,5 м. При отборе образцов из кряжа от его нижнего конца отрезают •часть длиной 20 см. При отборе проб из досок ее распиливают с необходимой маркировкой на рейки, которые высушивают до постоянной влажности. Перед разделкой у каждой рейки удаля­ ют концы длиной до 10 см. Схема разметки доски на рейки и об­ разцы показана на рис. 103.

Влажность. В растущем дереве вода может быть капилляр­ ная, коллоидно-поглощенная, гигроскопическая и химически свя­ занная. Главную массу составляет капиллярная и гигроскопичес­ кая вода. При высыхании из древесины вначале выделяется ка­ пиллярная, затем гигроскопическая вода. Влажность древесины, содержащей только гигроскопическую, коллоидно-поглощенную и химически связанную воду, соответствует точке насыщения во­ локон, которая колеблется для различных древесных пород в пре­ делах 25—30%. Влажность—существенный фактор, обусловли­ вающий прочность, объемную массу и другие свойства.

Влажность определяют на образцах массой не менее 5 г, от­ бираемых с помощью бурава или пробойника. Последователь­ ность испытания такова.

■1. Взвесить стеклянный бюкс с крышкой с точностью до

0,001 г.'

2. Поместить в бюкс пробу, закрыть крышкой и снова взве­ сить с той же точностью.

3. Бюкс с открытой крышкой и пробкой поместить в сушиль­ ный шкаф с температурой 100±5°С на 8—32 ч для высушивания

Рис. 103. Схема разделки ствола

а — д о ск и н а р е й к и ; б — р еек на о б р а з ц ы

до постоянной массы и после охлаждения в эксикаторе с безвод­ ным хлористым кальцием или серной кислотой (концентрации не менее 94%) снова взвесить. После этого поместить бюкс с на­ веской еще на 2 контрольных часа в сушильный шкаф при той же

252

температуре и, если маоса не уменьшится, вычислить влажность с точностью до 0,1 % по формуле

W = Gl —Ог 100,

G2 — G

где G — -масса бюкса в г; Gb G2 — масса бюкса с пробой соответствен­ но до -и после высушивания в г . '

По степени влажности (в %) древесину делят на следующие группы:

Воздушно-сухая . . . 10—16 Полусухая . . . 20—25 Сырая . . . более 25

Линейная усушка. При высыхании древесины линейные размеры ее умень­ шаются, т. е. происходит усушка (усадка), которая может вызывать образо­ вание торцовых трещин (рис. 104).

Линейная усушка различна в радиальном іи тантантальном направлениях (рис. 105). Ее определяют на образцах в форме прямоугольной призмы ма­ лой высоты (торцовая плитка размером 30 X 30X10 мм, последний размер -по длине волокон). Отклонение допускается не более чем на 5 мм.

Образец должен быть приготовлен так, чтобы подовые слон на торцовых поверхностях были параллельны двум противоположным граням и перпенди­ кулярны двум другим. Порядок проведения испытания следующий.

-1. На торце образца провести карандашом две взаимно перпендикулярные линии, которые разделят торцовую поверхность на четыре квадрата. Даль­ нейшие ,измерения ведут точно -по этим направлениям.

2. Измерить при помощи микрометра с точностью до 0,01 мм размер а по тангентальному направлению и размер b по радиальному направлению.

3. Высушить в сушильном шкафу образец в бюксе до постоянной массы и снова измерить размеры образца микрометром в тангентальном Сі и в ра­ диальном b 1 направлениях.

4.Определить влажность этого же образца.

5.Вычислить линейную усушку в процентах по тангентальному 1% и ра­

диальному Ур направлениям с точностью до 0,1% по формулам:

-где а и Ь— размеры по тангентальн-ому и радиальному направлениям до высушивания в мм; и &і— то же, после высушивания.

6. Вычислить коэффициент линейной усушки (линейная усушка на 1 % влажности образца) с точностью до 0,01% по формулам:

Если влажность образца составит больше 30%, то в указанные формулы для вычисления коэффициента усушки -вместо знаменателя подставляют чис­ ло 30. Коэффициент усушки в данном -случае будет приближенным.

Усадка характеризует степень уменьшения объема древесины при ее вы­ сыхании и определяется -параллельно с определением объемной массы. По­ рядок испытания следующий.

1. Изготовить гладко выструганные образцы в виде призм размером 20Х Х20 мм и высотой -вдоль в-олштон 30 мм -с отклонением от указанных раз­ меров не более 0,5 мм.

253

Рис. 104. Торцовые трещины

' 3. Высушить образцы до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105— 110°С.

4. Вычислить объем образцов после высушивания V-.

5. Вычислить с точностью до 0,01% объемную усушку по формуле

Ѵ —Ѵі

Y = —----- 100

Ѵх

и коэффициент усушки по формуле

Указанная формула действительна для вычисления коэффициента объем­ ной усушки, если влажность образца не превышает 30%. •

Объемная масса древесины является косвенным показате­ лем прочности и других свойств древесины. Объемную массу чаще всего определяют стереометрическим методом. Последо­ вательность испытания такова.

1. Изготовить образцЬі в форме бруска размером 20Х20Х Х 3 0 мм с прямыми углами и гладко выструганными поверхно­

254

стями с допустимыми отклонениями от указанных размеров в поперечном сечении ±0,5 мм и по длине ±1 мм.

2. Измерить штангенциркулем с точностью до 0,1 мм разме­ ры поперечного сечения а и і и длину / с точностью до 0,5 мм в трех местах по длине образца. По полученным величинам вычи­ слить среднеарифметическое для каждого размера.

3. Вычислить объем образца с точностью до 0,01 см3 по фор­ муле

1000

4. Взвесить образец е точностью до 0,01 г (g). Влажность образца W определяют, как указано выше, на двух образцах размером 20X20X30 мм, из которых один вырезают посередине бруска, другой — со стороны одного из торцов.

. 5. Вычислить объемную массу при данной влажности с точностью до 0,01 г/см3 по формуле

6. Пересчитать значение объемной массы на 15%-ную влаж­ ность (стандартная влажность для сравнения) с точностью до 0,01 г/см3 по формуле

Vis = Ѵд> [1 I- 0,01 (1 - К о ) (15-117)].

Коэффициент объемной усушки Ко в этом случае не опреде­ ляют, а берут для древесины березы, бука и лиственницы рав­ ным 0,6 и для прочих.тюрод —0,5.

§ 36. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Так как от влажности древесины в'значительной мере зави­ сят ее механические свойства, необходимо знать поправочные ко­ эффициенты для пересчета результатов испытания на одина­ ковую влажность (по стандарту 15%). Для определения влаж­ ности пробу вырезают вблизи Места разрушения образца; влаж­ ность определяют сразу же после механического испытания.

Результаты испытания приводят к 15%-ной влажности по формуле

AU = AW {1 + [а (ЦТ-— 15)]}.

где .4 — показатель свойства; а — поправочный коэффициент -на влаж­ ность. показывающий, на сколько процентов изменяется данное свойство при изменении влажности на 1%; W — влажность древесины в момент -испыта­ ния в %.

У

Рис. 105. У-сушка -в радиальном и танген- тальн-ом направлениях

/ и 2 — брусков; 3 — 5 — досок

255

Для определения предела прочности при сжатии приготовля­ ют образцы древесины в виде призм сечением 20X20 мм и высо­ той вдоль волокон 30 мм (отклонение не должно превышать 5 мм). Образец должен быть вырезан так, чтобы годовые слои на торце были примерно параллельны двум противоположным гра­ ням, а образующие годовых слоев параллельны ребрам образца, направленным по длине волокон. Грани образца должны быть гладкими и взаимно перпендикулярными. Порядок определения следующий.

1.Измерить поперечное сечение образца (размеры а и Ь) по середине высоты образца с точностью до 0,1 мм.

2.Установить образец между шаровой опорой и сжимающим стержнем с помощью переносного прибора так, чтобы усилие было направлено вдоль волокон образца. Весь прибор с образ­ цом поместить между сжимающими плоскостями пресса.

3.Равномерно нагружать образец со скоростью 4 -104 Н/мин

сотклонением от указанной скорости не более чем на 25 и/о до раз­ рушения образца, т. е. до того момента, когда стрелка маномет­ ра будет указывать на уменьшение сопротивляемости образца.

4.Определить предел прочности при сжатии вдоль волокон

0,05, а для древесины ели, пихты сибирской, дуба и прочих лист­ венных пород —0,04.

Для определения предела прочности при сжатии поперек во­ локон изготовляют образцы в виде призм сечением 2X2 см и размером по длине волокон 6 см (поперечные размеры образца не должны отклоняться от указанных более чем на 0,5 мм, а раз­ мер по длине волокон — более чем на 1 мм). Порядок испытания ■следующий.

4. Измерить ширину образца но тангентальному направле­ нию (при радиальном сжатии) или по радиальному направле-

2 56

нию (іпри тангентальном сжатии) с точностью до 0,1 мм. Испы­ тание производится как в радиальном, так и в тангентальном направлении на отдельных образцах.

2. Образец поместить на нижнюю плоскость пресса и устано­ вить индикатор для измерения деформаций образца между пли­ тами пресса. Пресс для испытаний должен иметь самоустанавли­ вающуюся (шаровую) головку.

3. Равномерно нагружать образец со средней скоростью 1000 Н/мин с допускаемыми отклонениями +20% . Во время на­ гружения при помощи индикатора измерять деформацию с точ­ ностью до 0,005 мм через каждые 20 кг груза для древесины мягких пород и 40 кг для твердых. Отсчеты необходимо делать, не прекращая нагружения. Испытание продолжают до явного перехода предела пропорциональности.

4. После испытания на сжатие от образца с обоих концов от­ резать по 1 см и среднюю часть образца размером 4 см использо­ вать для определения влажности, как указано на с. 252.

5. По результатам испытаний построить график зависимости деформации от нагрузки (рис. 106).

6. По построенной диаграмме определить с точностью до

0,5 МПа предел пропорциональности как ординату точки пере­ хода прямолинейного участка диаграммы в криволинейный.

7. Вычислить прочность древесины с влажностью № при сжа­

Предел прочности при местном сжатии надо определять в та­ кой последовательности.

1.Измерить ширину образца а.

2.Образец поместить на нижнюю плоскость пресса, устано­ вить точно по середине образца стальную призму, укрепив меж­ ду плоскостями пресса индикатор для измерения деформаций (рис. 107).

257