< Попер   ЗМІСТ   Наст >

ВСТУП

У всьому світі житло з деревини вважається економічним та екологічним. У США біля 70 % житла споруджується з деревних збірних конструкцій. У країнах Євросоюзу прийнята та реалізується програма "Дерев'яна Європа", метою якої є забезпечити частку дерев'яних будинків у новому житловому будівництві до 80 %. Фінляндія, відповідно до національної програми, збільшила за останні 10 років об'єм будівництва з 30 до 70 %. Крім того, що деревина є екологічним матеріалом, вона є і відновлювальною сировиною.

Останнім часом в Україні спостерігається загальна тенденція до зниження якості деревинної сировини. Тому постає питання раціонального використання деревини, яке в великій мірі визначається переробкою низькосортної, тонкомірної деревини та відходів.

Між тим, на будівлі з тонкомірної деревини (діаметр колод 13-20см) спостерігається підвищений попит за рахунок невисокої їх вартості. Це зруби ручної роботи, які використовуються тільки з внутрішнім та зовнішнім оздобленням. Технологія спорудження дерев'яних будівель передбачає 1-3 річну витримку після першого збирання для висихання деревини. Отже, розроблення технології підсушування круглих сортиментів дозволить уникнути довготривалого "заморожування" інвестицій. Вплив основних сортоутворюючих вад - сучків та тріщин, на міцність стовбурів малих діаметрів майже не досліджувався. Таким чином, визначення показників механічних властивостей деревини з вадами з урахуванням їх вологості, які є основою для розрахунків деревних конструкцій, є актуальною задачею промисловості.

Метою представленої монографії є теоретичне та експериментальне обґрунтування ефективного використання низькотоварних круглих лісоматеріалів сосни. На основі методів математичного моделювання та експериментальних досліджень вирішено науково-практичну задачу ефективного використання круглих лісоматеріалів малих діаметрів шляхом застосування їх в будівельних конструкціях. Визначено характер впливу основних вад деревини - сучків та тріщин на механічні властивості круглих лісоматеріалів малих діаметрів; розроблено імітаційну модель сушіння круглого лісу, яка дозволяє розраховувати величину сушильних напружень та прогнозувати їх розвиток за різних початкових умов і вибирати раціональні режими оброблення, що забезпечують бездефектне сушіння; визначені залежності міцності та деформування низькотоварної деревини від наявності і розташування вад та вмісту вологи, що дозволяють розрахувати опори елементів дерев'яних споруд.

Автори висловлюють подяку співробітникам кафедр технології деревообробки, механіки та опору матеріалів Національного університету біоресурсів і природокористування України (НУБіП України) за практичні поради та консультаційну допомогу в опрацюванні дискусійних питань роботи.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВПЛИВ ОСНОВНИХ СОРТОУТВОРЮЮЧИХ ВАД ТА ВОЛОГОСТІ ДЕРЕВИНИ НА ЇЇ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ПОКАЗНИКИ

Вплив вад деревини на якість круглих лісоматеріалів

Одним з перших вчених, який звернув увагу на необхідність дослідити вплив вад деревини на її якість був професор Д. Н. Кайгородов [1]. Після створення науково-дослідних інститутів почали досліджувати вплив на фізико-механічні властивості вад деревини. В основному це стосувалося ядрових плям, синяви та гнилизни.

Перша робота, в якій досліджено вплив сучків на показники механічної міцності деревини була виконана Н.Н. Бураковим у 1930 році [2]. У цьому напрямку також працювали С. А. Ласанов [3] , А. С. Мартюшов [4], Н. Л. Леонтьев [5], тощо.

Вплив завитків на механічну міцність та на пружні властивості деревини досліджував Н. Л. Леонтьев [6], вплив штучного та природного нахилу волокон на механічну міцність деревини досліджували А. Н Флаксерман [7], Л. М. Перелигин [8], Н. П. Куликов [9], Н Л. Леонтьев [10].

Статична твердість деревини сучків та присучкової зони досліджувалася Л. А. Губенко [11], В. П. Левченко [12].

За кордоном одним з перших досліджень впливу вад на механічні властивості були проведені у США Mc.Garvey Cline. та Hein A.L. у 1912 році [13]. Наступні праці американських вчених Newlin T. A. та Wilson T. R. C [14], Gote W. A. та Day A. C. [15], Newlin T.A. та Johnson R. P. A. [16, 17] тощо, в основному, присвячені вивченню впливу сучків на механічні властивості деревини.

У Німеччині Gaber E. [18, 19] досліджував вплив сучків та нахил волокон на механічну міцність деревини.

Вплив лісорослинних умов заходу України на якість деревини сосни, як конструкційного матеріалу, був досліджений в Національному лісотехнічному університеті [20]. Визначені залежності між різними характеристиками: щільністю, кількістю річних шарів в 1 см, міцністю деревини за стиску вздовж волокон, наявністю вад, які є визначальними під час використання деревини, як матеріалу для деревних конструкцій. Дослідженнями В. М. Гриба та А. Ф. Ліханова [21] встановлено, що з віком кількість тонкостінних трахеїд у річному прирості зменшується, а частина пізньої товстостінної деревини збільшується майже на 20 %, що в результаті впливає на міцність деревини, як конструкційного матеріалу.

Всі вищенаведені випробування проводилися на пиломатеріалах з наявністю наступних вад: здорових сучків, які зрослися з деревиною, бокових тріщин усихання, завитків та інших вад. Роботи виконані за різними методиками, були випробувані зразки як стандартних, так і будівельних розмірів. Коли зразки стандартних розмірів були контрольними для зразків з вадами, то під час співставлення показників не застосовували поправки на розмір. Не у всіх роботах присутні дані про вологість деревини у період випробувань, крім того відсутня єдина система вимірювання сучків.

Не зважаючи на те, що в деяких випадках результати можна вважати орієнтовними прослідковуються такі закономірності:

  • - у пиляних зразках вплив сучків та інших вад залежить від їх розміру, форми, характеру зв'язку з оточуючою деревиною, розмірів зразка, місця, де вони знаходяться та орієнтації відносно напрямку дії прикладеного зусилля;
  • - встановлено, що найбільше зниження межі міцності деревини під час розтягу вздовж волокон викликають сучки, які виходять на крайку зразка;
  • - за стиску вздовж волокон величина зниження межі міцності залежить від відносних розмірів сучків. Збільшення відносних розмірів сучків сприяє зниженню межі міцності деревини [2, 3];
  • - сучки збільшують умовну межу міцності деревини за стиску поперек волокон в тангенціальному, а особливо в радіальну напрямку, коли деревина сучка стискається вздовж волокон [2];
  • - зниження межі міцності за стиску вздовж волокон викликають завитки, штучний та природний нахил волокон [8, 9, 10,21];
  • - бічні тріщини всихання знижують межу міцності за стискання волокон у незначній мірі [23].

За статичного згину величина зниження міцності деревини з сучками є меншою, ніж за розтягу вздовж волокон, але більшою ніж за стискання вздовж волокон. За статичного згину більше зниження міцності деревини спостерігається при розташуванні сучків у розтягнутій зоні балки при виході його на крайку, тобто наявності у самій напруженій частині перерізу [2, 3]. При зміщенні сучка від небезпечного перерізу у бік опори зниження міцності деревини поступово зменшується та припиняється на відстані, величина якої залежить від розмірів сучка та розмірів поперечного перерізу стрижня [2].

Якщо в зразках деревини знаходяться сучки і присутній нахил волокон, то зниження межі міцності за статичного згину більше, ніж за наявності однієї з цих вад [24].

Межа міцності за статичного згину за наявності тріщин знижується більше, ніж за стиску вздовж волокон [25].

Природній нахил волокон викликає менше зниження межі міцності за статичного згину [8] у порівнянні з штучним нахилом волокон [7, 9].

Модуль пружності деревини за стискання вздовж волокон та статичного згину за наявності сучків зменшується, а за стискання поперек волокон у радіальному та тангенціальному напрямках збільшується [6].

Сучки, завитки та нахил волокон викликають зниження модуля пружності за стискання вздовж волокон та статичного поперечного згину [6, 23].

Під впливом основної вади - сучків, які знаходяться у пиляних зразках з прямокутним поперечним перерізом, відбувається значне зниження механічної міцності деревини :

  • - за стискання вздовж волокон за відносних розмірів сучків 0,5 мм/мм зниження межі міцності досягло 40 % [2];
  • - за статичного поперечного згину у деталях з поперечними розмірами 75x75 мм сучки діаметром 45 та 60 мм викликали зниження межі міцності відповідно на 20 % та 40 % [23].

Модуль пружності за стискання вздовж волокон за відносних розмірів сучків від 0,2 до 0,85 мм/мм в середньому зменшився на 40 % [5].

Вплив на показники механічних властивостей деревини інших вад, як таких що не мають прямого відношення до предмету досліджень, не роздивлялися.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >