Влияние температуры и влажности на прочность древесины сосны при сжатии вдоль и поперек волокон
| Показатель | Температура, "С | Влажность древесины, % | ||||
| 0 | 15 | 30 | 50 | 100 | ||
| Предел прочности | 20 | 74,0 | 35,4 | 20,1 | 20,0 | 20,0 |
| при сжатии вдоль | 50 | 73,2 | 23,9 | 12,5 | 12,7 | 12,0 |
| волокон, МПа | 100 | 64,4 | 11,4 | 6,3 | 6,0 | 7,3 |
| Условный предел | 20 | 3,7 | 2,3 | 1,5 | 1,3 | 1,2 |
| прочности при | 7,7 | 4Д | 2,2 | 2Д | 2,0 | |
| сжатии поперек | 50 | 2,5 | 1,7 | 1,2 | 1,3 | 1,1 |
| волокон, МПа | 5,4 | 2,8 | 1,3 | 1,4 | 1,4 | |
| 100 | 2,3 | 1,5 | 0,8 | 0,6 | 0,6 | |
| 5,0 | 1,7 | 0,8 | 0,7 | 0,7 | ||
Примечание. В числителе для радиального сжатия, в знаменателе — для тангенциального.
Ударная вязкость древесины, имеющей низкую влажность, уменьшается с повышением температуры, а при высокой влажности, наоборот, увеличивается (испытывалась древесина в нагретом состоянии).
Нагреванием древесины можно достичь снижения гигроскопичности и способности к последующему разбуханию и усушке, однако такая обработка неизбежно связана со снижением прочности и особенно ударной вязкости.
Воздействие высоких температур приводит к тому, что древесина становится хрупкой. Более сильное снижение ударной вязкости при нагревании древесины лиственных пород некоторые исследователи связывают с повышенным (в 2...3 раза) содержанием пен-тозанов.
Влияние температуры при разной влажности древесины на ее свойства иллюстрируют результаты опытов ЦНИИМОДа на древесине сосны (табл. 1).
|
|
|
Эти данные показывают, что прочность понижается как с повышением температуры, так и с повышением влажности древесины. Одновременное действие обоих факторов вызывает большее снижение прочности по сравнению с суммарным эффектом от их изолированного воздействия. Влияние влажности наблюдается до предела насыщения клеточных стенок, дальнейшее увеличение влажности практически не отражается на прочности.
Воздействие повышенной температуры происходит при операциях пропаривания или проваривания в воде, применяющихся Для увеличения податливости древесины при гнутье, прессовании и т.д.
Однако при этом происходит снижение прочности древесины (тем большее, чем выше температура и продолжительнее ее воздействие). Имеются данные о том, что пропари-вание древесины хвойных пород снижает прочность при изгибе примерно на 10...20% больше, чем проваривание.
Рис. 5.4. Влияние температуры на прочность при сжатии вдоль волокон древесины сосны с разной влажностью:
1 — в абсолютно сухом состоянии;2 — в насыщенном водой состоянии
Влияние низких температур. Проведенные А. А. Солнцевым [по 14] испытания увлажненной до насыщения и замороженной древесины сосны, дуба и березы показали, что ее прочность стала больше при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе в среднем ка 35 %, при скалывании и раскалывании — на 75 %; в то же время ударная вязкость замороженной древесины сосны понизилась почти вдвое, а дуба — на 9 %.
|
|
|
Влияние температуры, изменяющейся от +100 до -80 "С, на прочность при сжатии вдоль волокон древесины сосны показано на рис. 5.4. Для области положительных повышенных температур использованы данные Ф. П. Белянкина, а для отрицательных температур — данные М. Д. Бойко (за 100% принята прочность при влажности 0 % и температуре О °С) [по 14]. Характер влияния положительных температур одинаков для абсолютно сухой и мокрой древесины. В то же время при отрицательных температурах прочность мокрой древесины резко возрастает с понижением температуры до -25...-30°С, после чего повышение прочности замед-; ляется. При указанных температурах образуется уже столько ледяных включений, что они обеспечивают достаточную устойчивость стенок клеток.
Влияние ионизирующих излучений. Гамма-облучение, по данным А. С.Фрейдина (ЦНИИМОД), оказывает наименьшее влияние на сопротивление древесины сжатию. Значительно больше снижается при этом прочность на скалывание и еще сильнее падает сопротивление статическому изгибу. При двух последних видах испытаний древесины сосны резкое снижение прочности (на 20... 24 %) наблюдается уже после дозы 50 Мрад. При дозе облучения в 100 Мрад прочность снижается вдвое. Прочность при статическом изгибе после дозы облучения 500 Мрад составляет немногим более 10 %. Прочность на сжатие вдоль волокон при такой дозе снижается примерно на 30 %, а доза облучения 100 Мрад практически не оказывает на нее влияния. Наиболее сильно вли-'
|
|
|
яет облучение на ударную вязкость древесины. У древесины сосны после облучения дозой 50 Мрад ударная вязкость снизилась болеечем в 2 раза.
Наиболее легко разлагаются гемицеллюлозы (в первую очередь пентозаны), более радиационно стойким веществом является целлюлоза, радиационная устойчивость лигнина еще выше. Поскольку лигнин лучше, чем целлюлоза, сопротивляется сжимающим нагрузкам, облучение меньше снижает прочность древесины именно при сжатии вдоль волокон.
Использование радиоактивных изотопов для контроля технологических процессов обработки древесины вызывает ее облучение, однако доза облучения в миллионы раз меньше той, которая приводит к заметному снижению прочности. Применяемая лучевая стерилизация (смертельная доза для грибов и насекомых примерно 1 Мрад) практически не снижает механические свойства древесины.
|
|
|
Влияние кислот, щелочей и газов. Воздействие на малые образцы комнатно-сухой древесины серной, соляной и азотной кислот концентрацией 10% при температуре 15...20"С приводит к снижению прочности при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе, ударной вязкости и твердости в среднем на 48 % для ядра лиственницы и сосны и на 53...54% для ели (спелая древесина), бука и березы.
При воздействии на древесину в течение 4 недель щелочей были получены следующие данные: 2%-ный раствор аммиака почти не оказал влияния на прочность при статическом изгибе лиственницы, сосны, ели, но прочность дуба и бука снизилась на 34 %, а липы — почти вдвое; 10%-ный раствор аммиака снизил прочность лиственницы на 8 %, сосны и ели — на 23 %, а лиственных пород — почти втрое. Едкий натр оказал более сильное влияние.
Таким образом, прочность древесины лиственных пород снижается под влиянием кислот и щелочей в значительно большей степени, чем хвойных.
Газы (5О2, 8О3, N0, МО2) при длительном воздействии на Древесину изменяют цвет последней и постепенно разрушают ее. При увлажнении древесины разрушение происходит интенсивнее. Смолистость уменьшает вредное влияние газов, а синева способствует поражению.
Влияние речной и морской воды. Испытания топляковой древесины из бревен сосны, ели, березы и осины показали [14], что После пребывания в речной воде в течение 10...30 лет прочность Древесины практически не изменилась. Этот вывод был получен На основании сравнения данных топляковой древесины со средними данными обычной древесины тех же пород. Однако более Длительное пребывание в воде вызывает снижение прочности на-Ружных слоев древесины (толщиной 10... 15 мм). В то же время в
более глубоких слоях прочность древесины оказалась не ниже норм, допускаемых для здоровой древесины.
Пребывание в воде на протяжении нескольких сотен лет сильно изменяет свойства древесины. В зависимости от времени нахождения под водой цвет древесины дуба меняется от светло-коричневого до угольно-черного вследствие соединения дубильных веществ с солями железа. Древесина образующегося таким образом мореного дуба, пластичная в насыщенном водой состоянии, становится хрупкой после высушивания (усушка и разбухание ее в 1,5 раза больше, чем обычной древесины), при сушке склонна к растрескиванию. Прочность при сжатии, статическом изгибе и твердость снижаются примерно в 1,5 раза, а ударная вязкость -в 2...2,5 раза.
Эти выводы были в основном подтверждены результатами последних исследований МГУЛ (автор совместно с Я.Н.Станко, Л. В. Поповкиной) топляковой древесины, пребывавшей в речной воде сравнительно непродолжительно (15...20 лет) (лиственница, береза), так и длительно — до 1000 лет (дуб). Возраст мореного дуба определяют по повышению зольности древесины или радиоуглеродным анализом. Увеличение усадки древесины мореного дуба объясняется сморщиванием (коллапсом) клеток, толщина стенок которых существенно уменьшается. Точно определить, насколько изменились показатели свойств древесины из-за пребывания в воде, нельзя, так как неизвестны величины этих показателей до затопления древесины. Для установления возможности использования топляковой древесины проводят ее испыта-; ния и определяют степень отклонения полученных данных от справочных.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 471; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!