Ehitusmaterjalid labor 7. (0)

1. Töö eesmärk
Puidu niiskussisalduse, tiheduse ja survetugevuse määramine piki kiudu ja niiskussisalduse mõju uurimine survetugevusele piki kiudu.
2. Kasutatud ehitusmaterjalid
12 puidust katsekeha - 1, 2 ja 3 õhkkuivatatud (+20o C, 30-40% RH); 4, 5 ja 6 immutatud (100 % RH); 7, 8 ja 9 kuivatatud (~105o C); 10, 11 ja 12 õhkkuivatatud (+20o C, 30-40% RH). Katsekehad 1-9 olid tiheda aastaringiga, 10-12 olid hõreda aastaringiga.
Puit on üks vanemaid ehitusmaterjale. Puitu kasutatakse ehitusmaterjalina eelkõige sel põhjusel, et ta on kättesaadav ja teda on hõlbus töödelda. Puit on tugev ja kaalult kerge. Puit on samuti soojapidav, sitke ja hea välimusega. Kuivas kliimas on puit ka äärmiselt püsiv materjal. Samal ajal aga on puit kergesti süttiv, hügroskoopne ja oma omadustelt
heterogeenne (ebaühtlane) materjal. Koos niiskusesisalduse muutumisega muutuvad ka puidu tugevus, mõõtmed ja soojapidavus. Puidu tugevus ja soojajuhtivus on kiu erinevates suundades tunduvalt erinevad. Puidu kui materjali omadusi mõjutavad kasvuvead. Puitu kahjustavad mitmesugused röövikud ja mädanikud. [2]
3. Kasutatud töövahendid
Kaal katsekehade kaalumiseks, joonlaud katsekehade mõõtmiseks, hüdrauliline press survetugevuse määramiseks
4.Katsemetoodikad
4.1 Niiskussisalduse määramine
Puidust niiske proovikeha kaalutakse (m1) veaga mitte üle 0,01 g ning asetatakse kuivatuskappi. Kuivatatakse temperatuuril 105 ± 5° püsiva massini (m). Vaigurikka okaspuidu kuivatamine ei tohi kesta üle 20 tunni. Puidu niiskussisaldus arvutatakse valemiga nr 1:
W=[(m1-m)/m]*100
m1 - proovikeha mass enne kuivatamist [g]
m - proovikeha mass peale kuivatamist [g]
W – niiskussisaldus [%]
4.2 Tiheduse määramine
Puidu tihedus kg/m3 antud niiskussisaldusel arvutatakse valemiga nr 2:
pow=[mw/(awbwlw)]*1000
mw – proovikeha mass [g]
aw bw lw – proovikeha mõõtmed [cm]
Saadud tihedus arvutatakase ümber puidule niiskussisaldusega 12% valemiga nr 3:
po12=pow/Kw12
Kw12 –redutseerimiskoefitsent [1]
4.3 Puidu survetugevuse määramine piki kiudu. Niiskussisalduse mõju uurimine survetugevusele piki kiudu.
4.3.1 Survetugevuse määramiseks kasutatakse proovikehasid ristlõike mõõtmetega 20*20 mm ja pikkusega kiu suunas 30 mm.
Proovikeha mõõtmed mõõdetakse veaga mitte üle 0,1 mm. Katsetamisel koormatakse proovikeha ühtlaselt ja sellise kiirusega, et ta puruneks ± 0,5 minuti pärast peale koormise algust.
Survetugevus arvutatakse valemiga nr 4:
Rs=P/(a*b)
P – purustav jõud
a, b – ristlõike mõõtmed
Peale katsetamist määratakse proovikeha niiskussisaldus. Saadud survetugevus arvutatakse ümber standardniiskusele:
1) kui proovikeha niiskussisaldus on alla hügroskoopse piiri(~30%), kasutatakse valemit nr 5:
Rs,12=Rs,w+α(w-12)
α – parandustegur, α=0,04
Rs,w – survetugevus niiskussisaldusel w %[N/mm2]
w – siiskussisaldus [%]
2) kui niiskussisaldus ületab hügroskoopsuse piiri, kasutatakse valemit nr 6:
Rs,12=Rs,w/K3012
K3012 – redutseerimiskoefitsent, mis tamme korral on võrdne 0,55; männil 0,45; kuusel 0,445; kasel ja lehisel 0,40.
Rs,w – survetugevus niiskussisaldusel w %[N/mm2]
4.3.2 Niiskussisalduse mõju uurimiseks kasutatakse 3 erineva niiskussisaldusega proovikehi:
kuivatatuid püsiva massini 105ºC juures
õhukuivasid
vees immutatuid
Peale survetugevuse määramist määratakse nimetatud proovikehade siiskussisaldus ja joonistatakse välja sõltuvus Rs,w – w. Saadud survetugevused redutseeritakse hiljem 12%-lisele niiskussisaldusele, kasutades eelpool toodud valemeid 5 ja 6.
4.4. Survetugevuse määramine risti kiudu
Survetugevuse määramiseks kasutatakse proovikehasid ristlõike mõõtmetega 20 x 20 mm ja pikkusega kiu suunas 60 mm. Koormamine toimub standardse terasest vahetüki abil nii, et survepind on 20 x 20 mm. Koormamise kiirus 100kgf/min (981 N/min). Katse käigus määratakse astmeliselt kasvavale survejõule vastav deformatsioon δ mm. Joonestatakse graafik F=f(δ). Suure deformeeritavuse tõttu võetakse puidu survetugevuseks risti kiudu tinglikult pinge väärtus, millest alates kaob lineaarne seos pinge ja deformatsiooni vahel. Sellele vastav jõud (F) leitakse katseandmete põhjal joonistatud jõudude-deformatsioonide kõveralt; kasutatakse valem 4, kuid P on graafikult määratav jõud).
5. Katsetulemused
Puidu liik: KUUSK
5.1 Niiskussisalduse määramine
Tabel nr 1. Niiskussisaldus
Prk. nr.
Keskkond
Aastaringid
Proovikeha mass [g]
Niiskuse sisaldus [%]
Keskmine
niiskussisaldus
[%]
enne kuivamist
Peale kuivamist
1
õhkk.
tihe
6,04
5,68
6,34
6,2
2
õhkk
tihe
5,66
5,33
6,19
3
õhkk
tihe
5,72
5,40
5,93
4
immut.
tihe
8,90
5,06
75,89
74,0
5
immut.
tihe
9,27
5,38
72,30
6
immut.
tihe
9,38
5,40
73,70
7
kuivat.
tihe
5,81
5,83
0
0
8
kuivat.
tihe
5,33
5,35
0
9
kuivat.
tihe
5,13
5,17
0
10
õhkk.
hõre
4,46
4,19
6,44
7,5
11
õhkk
hõre
4,86
4,54
7,05
12
õhkk
hõre
6,87
6,31
8,87
5.2 Tiheduse määramine
Tabel nr 2. Tihedus (* arvutamisel on kasutatud redutseerimiskoefitsenti [1])
Prk. nr.
Mõõtmed [cm]
Maht [cm3]
Mass
[g]
Tihedus [kg/cm3]
a
b
h
antud niiskusel
niiskusel 12%*
Kesk. antud niiskusel
Kesk. niis-kusel 12%
1
3,1
2,15
1,95
13,00
6,04
465
476
463
475
2
3,02
2,06
1,97
12,26
5,66
462
473
3
3,06
2,04
1,98
12,36
5,72
463
476
4
2,08
2,11
3,10
13,61
8,90
654
638
666
649
5
2,17
2,08
3,03
13,68
9,27
678
661
6
2,09
2,20
3,07
14,12
9,38
665
648
7
1,86
2,09
3,06
11,90
5,81
488
502
460
473
8
1,93
1,98
3,07
11,73
5,33
454
467
9
1,9
2,03
3,04
11,73
5,13
438
450
10
1,82
2,1
3,03
11,58
4,46
385
394
433
441
11
2,15
2,0
3,07
13,20
4,86
368
375
12
1,99
2,05
3,08
12,56
6,87
547
555
5.3 Survetugevuse määramine piki kiudu
Tabel nr 3. Survetugevus Rs,12=Rs,w+α(w-12)
Prk.
nr
Ristlõike mõõtmed [cm]
Ristlõike
pindala
[mm2]
Purustav jõud
[N]
Niiskuse
sisaldus
[%]
α,
K3012
Survetugevus
[N/mm2]
Keskm.
survetugevus
[N/mm2]
a
b
Rs,w
Rs,12
Rs,w
Rs,12
1
2,15
1,95
419,3
22000
6,34
0,04
52,5
52,2
54,5
54,3
2
2,06
1,97
405,8
22000
6,19
0,04
54,2
54,0
3
2,04
1,98
403,9
23000
5,93
0,04
56,9
56,7
4
2,08
2,11
438,9
6000
75,89
0,445
13,7
30,7
14,8
33,3
5
2,17
2,08
451,4
7000
72,30
0,445
15,5
34,9
6
2,09
2,20
459,8
7000
73,70
0,445
15,2
34,2
7
1,86
2,09
388,7
30000
0
0,04
77,2
76,7
71,7
71,3
8
1,93
1,98
382,1
26000
0
0,04
68,0
67,6
9
1,9
2,03
385,7
27000
0
0,04
70,0
69,5
10
1,82
2,1
382,2
16000
6,44
0,04
41,9
41,6
37,0
36,8
11
2,15
2,0
430,0
15000
7,05
0,04
34,9
34,7
12
2,08
2,11
438,9
15000
8,87
0,04
34,2
34,1
Graafik 1. Puidu survetugevuse sõltuvus niiskussisaldusest
5.4 Survetugevuse määramine risti kiudu.
Graafik 2. Survetugevuse määramine ristikiudu .
Survejõud [kgf]
Deformatsioon [mm]
25
0,01
50
0,02
75
0,03
100
0,04
125
0,05
150
0,06
175
0,07
200
0,08
225
0,11
250
0,16
Puidu survetugevus ristikiudu R=P/a2 = 1961/400 = 4,9 N/mm2
P – proovikehale mõjuv jõud [N]
a2
- survepindala [mm2]
a=20mm
200kgf=1961 N/mm2
6. Järeldus
Katsetatud puidu niiskussisaldus:
a)õhkkuivadel tiheda aastaringiga proovikehadel 6,2%, kirjanduslik allika järgi õhkuivadel on 8-13%
b)immutatud tiheda aastaringiga proovikehadel 74,0%, kirjanduslik allika järgi vettinud puidul võib kaaluline niiskussisaldus ületada 100%
c)kuivatatud tiheda aastaringiga proovikehadel 0%, kirjanduslik allika järgi on kuivatites kuivatades võimalik saada absoluutselt kuiv puit (niiskussisaldus 0%)
d)õhkkuivadel hõreda aastaringiga proovikehadel 7,5%, kirjanduslik allika järgi õhkuivadel on 8-13% [3]
Katsetatud tihedate aastaringidega puidu tihedus: õhkkuivas olekus tuli 463 kg/m3 ja redutseeritud 12%-lisele niiskusele tuli 475, immutatud olekus tuli 666 kg/m3 ja redutseeritud 12%-lisele niiskusele tuli 649 kg/m3, kuivatatud olekus tuli 460 kg/m3 ja redutseeritud 12%-lisele niiskusele tuli 473 kg/m3. Katsetatud hõredate aastaringidega puidu tihedus õhkkuivas olekus tuli 433 kg/m3 ja redutseeritud 12%-lisele niiskusele tuli 441 kg/m3. Kirjandusliku allika järgi jääb standardniiskusel puidu tihedus männil, kuusel, seedril ja haaval vahemiku 450...600 kg/m3 [3]
Katsetatud tihedate aastaringidega puidu survetugevus pikikiudu tuli õhkkuivas olekus 54,5 N/mm2 ja redutseeritud 12%-lisele niiskusele 54,3 N/mm2, immutatud puidul vastavalt 14,8 ja 33,3 N/mm2, kuivatatud puidul vastavalt 71,7 ja 71,3 N/mm2. Hõredate aastaringidega õhkkuiva puidu survetugevuseks tuli 37 N/mm2 ja redutseerides 12%-le tuli survetugevus 36,8 N/mm2. Graafik 1. järgi võib järeldada, et niiskussisalduse suurenedes puidu survetugevus pikikiudu väheneb. Samuti oleneb survetugevus ka puidu tihedusest ehk kas puit on tihedate aastaringidega või hõredate aastaringidega. Hõredate aastaringidega puidu survetugevus on väiksem. Kirjandusliku allika järgi jääb standardniiskusel (12%) puidu survetugevus pikikiudu vahemiku 30-55 N/mm2. [4]
Survetugevu ristikiudu on arvutatud kaudselt, etteantud andmete põhjal. Graafik 2. järgi ei kasva deformatsioon enam lineaarselt hetkest, mil suvejõud ületab 200 kgf piiri. Survetugevus ristikiudu tuli 4,9 N/mm2. Kirjandusliku allika järgi jääb puidu survetugevus ristikiudu vahemiku 5-10 N/mm2. [4]
7. Kasutatud kirjandus
1. http://www.ttu.ee/public/e/eneli-liisma/sugis2010/Too_nr_7_Puit.pdf , lk. 1
2. http://www.ttu.ee/public/l/lembi-merike-raado/Sugis2012/Ehitusmaterjalid_12_II.pdf lk. 87
3. „Ehitusmaterjalid“ R. Otsman lk. 475
4. „Ehitusmaterjalid“ H. Pärnamägi lk. 14
8