Наука и техника Наука и техника - Неоднородность строения.
  12.11.2018 г.  
Главная arrow Техтворчество arrow Работа с древесиной arrow Неоднородность строения.
Главное меню
Главная
Новости
Блог
Ссылки
Контакты
Поиск
Карта сайта
Философия
Сознание
Материализм
Лингво
Эволюция
Кибернетика
Био
Эмоции
Живое
Психика
Неоднородность строения.
Рейтинг: / 0
ХудшаяЛучшая 
12.09.2010 г.
Неоднородность строения.
Древесина-материал органического происхождения; она состоит из клеток-волокон, имеющих трубчатую форму и связанных между собой межклеточным веществом. Полости клеток, наполненные воздухом, водой и клеточным соком, соединены между собой по длине ствола и при жизни дерева предназначены для подачи воды с растворенными в ней солями от корней к ветвям и листьям.
Такое строение древесины обусловливает ее неодинаковую прочность при действии сил, различно направленных по отношению к волокнам. При действии силы вдоль волокон стенки их оказывают большое сопротивление сжатию и растяжению. В случае действия силы поперек волокон трубочки легко отделяются друг от друга при растяжении и сплющиваются при сжатии, поэтому прочность древесины на растяжение поперек волокон меньше примерно в 20-40 раз, а на сжатие - в 7-10 раз, чем вдоль волокон.
При действии силы под углом к направлению волокон прочность древесины тем больше, чем меньше угол между направлениями силы и волокон древесины.
Неоднородность строения древесины сказывается также и в поперечном сечении ствола: летняя древесина прочнее весенней, а сердцевина значительно слабее ядровой части.
Элементы в конструкциях располагают так, чтобы древесина работала вдоль волокон, чем достигается максимальное использование ее прочности. Работа древесины поперек волокон допускается лишь в подкладках, подушках, шпонках и других небольших элементах, испытывающих в основном сжатие (смятие).
Работа древесины на растяжение поперек волокон в конструкциях не допускается. В средней части досок и брусьев не располагают болтов, гвоздей и других средств соединений вследствие меньшей прочности сердцевинной части древесины и возможности появления в ней трещин.
Пороки. Все отклонения от нормального строения древесины или повреждения, изменяющие ее технические свойства, называются пороками. Главнейшие из них следующие: сучки, косослой, трещины и ряд других (ГОСТ 2140-43).
Сучки являются неизбежным злом строительной древесины, вызванным условиями роста дерева. Сучки нарушают однородность древесины, затрудняют ее обработку и ухудшают ее механические свойства, т. е. сопротивляемость различным механическим усилиям.
Из механических свойств древесины наиболее ухудшается под влиянием сучков ее сопротивляемость растяжению вдоль волокон. Наибольшее отрицательное влияние на сопротивляемость древесины изгибающим усилиям оказывают сучки, расположенные в опасном сечении - в зоне растяжения, и особенно сучки, выходящие на растянутую кромку сечения или расположенные близко к ней. Влияние сучков на сопротивляемость древесины сжатию вдоль волокон меньше, чем на ее сопротивляемость изгибу.
Природный и искусственный (возникающий при распиловке) косослой в зависимости от наклона волокон и годовых слоев также может существенно ухудшить механические свойства древесины. Наиболее резко уменьшается сопротивляемость косослойной древесины растяжению вдоль волокон и изгибу. Также отрицательно сказываются на прочности строительной древесины и другие ее пороки.
Полное устранение пороков строительной древесины недостижимо, возможно лишь уменьшение их влияния путем тщательного подбора и целевой сортировки древесины.
В зависимости от наличия в древесине тех или иных пороков, их размеров и количества устанавливаются сорта лесоматериалов. Отнесение лесоматериалов к тому или иному сорту производится лесозаготовительными организациями в соответствии с требованиями стандартов. Но эти требования стандартов не учитывают специфики работы элементов деревянных конструкций под нагрузкой.
Как отмечалось, пороки древесины по-разному сказываются при работе на растяжение, сжатие, изгиб и т. д. Чем важнее элемент в конструкции, тем меньше должно быть пороков, уменьшающих прочность древесины, применяемой для его изготовления. Поэтому при изготовлении деревянных конструкций к качеству лесоматериалов предъявляются дополнительные требования в зависимости от назначения и вида работы элемента в конструкции. По этому признаку устанавливаются следующие три категории элементов несущих конструкций.
Первая категория - растянутые элементы конструкций (в том числе растянутые элементы составных балок) при использовании более 70% их расчетной несущей способности.
Вторая категория - растянутые элементы конструкций при использовании не более 70% их расчетной несущей способности; сжатые и изгибаемые элементы конструкций.
Третья категория - настилы, обрешетки под кровлю и неответственные элементы, повреждение которых не нарушает целости несущих конструкций.
Лесоматериал для элементов первой категории, как правило, отбирают из древесины первого, для второй - из второго и для третьей - из третьего и четвертого сортов. Нормы допускаемых пороков древесины в зависимости от категорий элементов приведены в приложении 1 и 2, а в приложении 3 - дополнительные требования к древесине в отношении допустимых пороков для конструкций временных зданий.
Основным качественным признаком, определяющим отнесение лесоматериалов к той или иной категории, является количество и размеры сучков.
Кроме отбора лесоматериалов по качеству, необходимо производить еще дополнительную проверку каждого элемента по шаблону, для того чтобы избежать попадания сучков, местного косослоя и трещин в местах расположения средств соединений и в наиболее напряженных местах растянутой зоны изгибаемых элементов.
Влажность. Вода, содержащаяся в свежесрубленной древесине, находится как в древесных волокнах, так и в полостях клеток.
 При продолжительной естественной сушке влага из древесины испаряется. В первую очередь испаряется влага,    заполняющая полости клеток. Эта влага быстро и легко удаляется, не вызывая изменений в размерах и не отражаясь на механических свойствах древесины. Когда   влага испарится из полостей  клеток, начинает испаряться влага из стенок волокон. Эта влага удаляется медленно, и удаление ее связано с деформациями   и   изменениями  свойств древесины.
Испарение продолжается до тех пор, пока количество влаги в древесине не достигнет некоторого предела, зависящего от температуры и влажности окружающего воздуха. Этот предел называют  равновесной влажностью.
Полное удаление влаги может быть достигнуто только высушиванием древесины в лабораторном сушильном шкафу при температуре 100-105° до постоянного веса, который считается установившимся, если два взвешивания, произведенные с промежутком в 2 часа, не будут иметь разницы. Влажность древесины выражают в процентах и определяют по формуле. В зависимости от количества влаги в древесине изменяются ее вес, объем и механическая прочность. Чем больше влаги в древесине, тем больше ее объемный вес.  
Изменение объема происходит в результате усушки или разбухания древесины, связанных с уменьшением или увеличением насыщенности влагой стенок волокон. Изменения геометрических размеров древесины  при усушке и разбухании вдоль и поперек волокон происходят   неравномерно.  Вдоль волокон изменение линейного размера незначительно,   составляет примерно 0,1 % от начального и практически им можно пренебречь. Усушка и разбухание поперек  волокон, наоборот, настолько значительны, что не считаться с ними   нельзя.   Так, усушка в направлении  радиуса достигает  2-4%, а в направлении касательной к годовым слоям  - 4-7%. Неравномерность усушки в радиальном   и   тангенциальном   направлениях вызывает внутренние напряжения в  древесине.
Доски трескаются меньше, и трещины в них мельче и короче, но доски более подвержены поперечному и продольному короблению. Коробление досок в результате усушки тем больше, чем они шире. Доски коробятся выпуклой стороной всегда к сердцевине бревна, из которого они были выпилены.
Наиболее реальным способом предупреждения коробления досок является правильная их сушка. При устройстве настилов из сырого леса следует во избежание значительного коробления применять бруски шириной не более 6-10 см.
С увеличением влажности прочность древесины уменьшается. Например, при изменении .влажности сосновой древесины от 10 до 25% прочность ее при сжатии вдоль волокон и при изгибе уменьшается почти в 2 раза. С увеличением влажности также резко уменьшается модуль упругости древесины, в связи с чем значительно увеличиваются ее деформации.
Влажность древесины, предназначенной для изготовления деревянных несущих конструкций постоянного назначения, не должна превышать 25%. Древесина с .влажностью более 25%  допускается лишь в конструкциях, усушка которых не вызывает расстройства сопряжений, значительного провисания конструкций и связанных с этим дополнительных напряжений при условии  проведения мероприятий по защите древесины от гниения. Требуемая влажность древесины должна быть указана на чертежах и в спецификациях. Клееные конструкции должны выполняться из  воздушно-сухой древесины с влажностью не более 15%.
Для сушки древесины деревообделочные заводы и предприятия, изготовляющие деревянные конструкции, имеют сушильные устройства-камеры. Искусственная (камерная) сушка дает возможность получить воздушно-сухую древесину в сравнительно короткий срок; при правильном температурно-влажностном режиме сушки не происходит коробления пиломатериала и не образуются трещины. Сказанное относится лишь к доскам и брускам, высушить же в камерах брусья и бревна без образования трещин не удается.
Сушка без образования трещин крупных сортиментов в короткие сроки, исчисляемые часами, может быть достигнута при помощи электрических токов высокой частоты, но такая сушка пока обходится дорого.
В последнее время получила распространение сушка древесины в ваннах, наполненных жидкой средой - петролатумом, нагретым до 120 гр. Сушка по этому способу является краткосрочной и эффективной.
Гниение. Древесина содержит органические питательные вещества, которые служат пищей для простейших растительных организмов, носящих название дереворазрушающих грибов.
Некоторые дереворазрушаюшне грибы (домовый гриб, шахтный гриб и др.) используют для своего питания клетчатку, нарушая механическую прочность древесины и превращая древесину в труху; другие грибы питаются только внутриклеточными отложениями, не оказывая заметного влияния на прочность древесины (плесень и пр.). Плесень появляется на поверхности сырой древесины в непроветриваемых помещениях и, хотя плесень сама по себе не наносит особого вреда древесине, появление ее указывает на неблагоприятные условия, при которых возможно развитие и других, более опасных грибов.
Дереворазрушающие грибы относятся к группе споровых растений, размножение которых происходит путем прорастания выделяемых плодовыми телами мелких клеток-спор. В период зрелости гриб вырабатывает миллионы спор, значительная часть которых вследствие своей микроскопической величины и летучести разносится как опасная для древесины зараза.
Заражение древесины дереворазрушающими грибами может происходить;
1) посредством переноса спор людьми, животными, насекомыми, воздухом и т. д.;
2) при непосредственном соприкасании здоровой  древесины с зараженной.
Грибы, как и все растения, требуют для своего роста известных температурных и влажностных условий. Наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности грибов следующие: 1) влажность древесины не менее 20%; 2) относительная влажность окружающего воздуха от 80 до 100%; 3) температура окружающего воздуха и древесины от +5 до +25°; 4) неподвижность воздуха, окружающего древесину (отсутствие вентиляции).
Основные мероприятия по борьбе с загниванием заключаются в устранении этих неблагоприятных для сохранности древесины условий и в обезвреживании деятельности грибов.
Радикальной мерой борьбы с загниванием является применение в конструкциях сухих лесоматериалов. В сухой древесине грибы не развиваются и погибают. Искусственная сушка леса в камерах, происходящая при температуре свыше 70-80°, обеззараживает древесину.
При применении недостаточно сухих лесоматериалов необходимо предусматривать меры, обеспечивающие возможность высыхания всех деревянных элементов в кратчайший срок. Деревянные конструкции следует делать открытыми и хорошо проветриваемыми. Усиленный осушающий приток воздуха при вентиляции уменьшает влажность древесины и таким образом препятствует развитию грибов. С этой целью в отапливаемых зданиях следует стремиться к устройству покрытий с холодной крышей, утепленным подвесным потолком и проветриваемым чердаком.
При необходимости устройства теплых бесчердачных покрытий должна быть обеспечена просушка и вентиляция образующихся при этом закрытых пространств между утеплителями и настилом кровли путем устройства воздушных прослоек, сообщающихся с наружным воздухом (осушающие продухи). Кроме того, должны быть приняты меры, устраняющие возможность последующего увлажнения деревянных элементов в процессе эксплуатации.
Различают два вида увлажнения древесины, способствующих ее загниванию: непосредственное увлажнение и конденсационное увлажнение.
К источникам непосредственного увлажнения относятся: грунтовые и поверхностные воды, атмосферные осадки и эксплуатационная влага, например вода в банях, прачечных, при мойке полов, при хранении сырых материалов и продуктов, при неисправных санитарно-технических устройствах и т. п.
К конденсационным источникам увлажнения относятся водяные пары, которые осаждаются на поверхностях, имеющих температуру ниже точки росы паров, насыщающих воздух, окружающий древесину.
Мероприятия по борьбе с загниванием деревянных элементов зданий предусматривают предохранение древесины от непосредственного увлажнения путем укладки гидроизоляционных прослоек для защиты от грунтовой воды, устройство сливных досок и козырьков для защиты древесины от атмосферных осадков, устранение протекания кровли и т. п., и должны обеспечивать достаточную тепло - и пароизоляцию ограждающих деревянных конструкций отапливаемых зданий - стен, чердачных перекрытий и т. п. - во избежание их промерзания и конденсационного увлажнения древесины.
В деревянных покрытиях следует избегать устройства внутренних водостоков и ендов, а также фонарей верхнего света. Сопряжения элементов внутренних водостоков, ендов и фонарей обычно загнивают вследствие неизбежного увлажнения при протекании и являются источником заражения других конструкций.
Деревянные элементы должны быть изолированы от непосредственного соприкасания с другими строительными конструкциями - кирпичной и бетонной кладкой, крупными металлическими элементами, гигроскопическими утеплителями и т. п. посредством гидроизоляционных прокладок, состоящих из нескольких слоев рубероида, пергамина, толя или просмоленного войлока.
Когда конструктивными приемами нельзя устранить увлажнение Древесины, а также при повышенной ее начальной влажности или при наличии соприкасающихся с древесиной материалов и заполнителей, если высыхание их в конструкциях замедлено, принимают специальные химические меры борьбы против грибов антисептированием древесины.
Антисептиками называются ядовитые для грибов вещества, применяемые для защиты древесины от гниения. Различают водорастворимые и маслянистые антисептики.
К числу наиболее распространенных водорастворимых антисепков, применяемых в зданиях и сооружениях, относятся: фтористый натрий, кремнефтористый натрий, фтористый аммоний и ряд других.

Маслянистые антисептики вследствие их резкого запаха и горючести имеют ограниченное применение в промышленных и гражданских зданиях. Эти антисептики употребляют лишь для пропитки деталей, соприкасающихся с грунтом, а также элементов конструкций, расположенных на открытом воздухе и подверженных непосредственному воздействию влаги. В таких случаях водорастворимые антисептики не применяют вследствие возможности их выщелачивания. К числу наиболее распространенных маслянистых антисептиков относятся: каменноугольное креозотовое масло, антраценовое масло (карболинеум), сланцевое масло и ряд других.
Антисептирование древесины производят одним из следующих способов: пропиткой под давлением; погружением в горячее-холодную или высокотемпературную ванну; сухим методом и пастами, наносимыми на древесину равномерным слоем электрокомпрессором или кистями; поверхностным опрыскиванием из гидропульта и др.
Состав антисептических растворов и паст, подробные указания по их изготовлению и применению приведены в специальной Инструкции.
Все мероприятия по противогнилостной защите при проектировании деревянных конструкций и сооружений должны быть указаны на рабочих чертежах.
Горение. Весьма существенной особенностью строительной древесины является ее сгораемость. Древесина не только горит, но, выделяя при горении значительное количество тепла, способствует распространению огня.
Сделать древесину совсем несгораемой нельзя, но путем различных огнезащитных мероприятий можно значительно увеличить ее огнестойкость и уменьшить пожарную опасность; с этой целью рекомендуется:
а) защищать от возгорания открытые деревянные конструкции зданий и сооружений (в том числе стены, потолки, перегородки) штукатуркой, огнезащитной покраской, обмазкой или пропиткой;
б) осуществлять по возможности здания с гладкими стенами и потолками;
в) изготовлять конструкции из бревен, брусьев или массивных клееных элементов; в дощатых конструкциях просветы между отдельными досками заполнять сплошными прокладками;
г) применять строганые пиломатериалы для деревянных элементов зданий, оставляемых без огнезащитной обработки.
В деревянных конструкциях не должно быть недоступных для огнетушения сообщающихся между собой полостей и каналов, способствующих образованию тяги, скрытому развитию и распространению огня.
Не допускается применение древесины в конструкциях, подвергающихся нагреванию, если установившаяся температура в элементах конструкций может превысить 50°, что значительно уменьшает прочность древесины.
При проектировании и возведении деревянных сооружений необходимо предусматривать и осуществлять все требования действующих противопожарных норм в отношении предельной протяженности и этажности строений, разрывов между зданиями, устройства огнестойких зон, преград и разделок.
В гражданских зданиях и зданиях производственного назначения с ценным оборудованием и инвентарем, помимо конструктивно-строительных мер по повышению огнестойкости деревянных конструкций, необходимы специальные меры химической огнезащитной обработки древесины. Обработку производят путем поверхностной пропитки или покраски огнезащитными составами и красками, рецептура которых приводится в упомянутой выше инструкции.
 

Добавить комментарий

« Пред.   След. »
Техника
Техтворчество
Машины
Курьезы
История техники
Непознанное
НЛО
   
designed by sportmam