EHITUSMATERJALID PRAKTIKUM 6 PUIT (0)

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Ehitusmaterjalid Laboratoorne töö nr. 6 2021 Puidu katsetamine Rühm:  Mattias Põldaru


1. 13. JANUARY 2022TÖÖ EESMÄRK Töö eesmärgiks on puidu niiskussisalduse, tiheduse, survetugevuse määramine piki kiudu ja niiskussisalduse mõju sellele ning puidu survetugevuse määramine risti kiudu. 2. KATSETATUD MATERJALID Katses kasutati puitu. Katsetatavaks puiduks oli mänd. 3. KASUTATUD VAHENDID Kasutatud vahendite all nimetatakse ja iseloomustatakse kasutatud katseseadmeid, oluline on seadme   liik   (kaal,   nihik,   joonlaud,   mõõtekell   vms)   tootja   ja   mudel,   mõõtetäpsus, mõõtepiirkond.  Töös kasutati järgnevaid seadmeid:   Elektrooniline kaal – täpsus 0,1 g;  Nihik – täpsus 0,02 mm;   Hüdrauliline press. 2


4. KATSEMETOODIKAD 4.1. Niiskussisalduse määramine Puidust niiske proovikeha kaaluti (m1) veaga mitte üle 0,01 g ning asetati kuivatuskappi.  Kuivatati temperatuuril (105 ±5 )℃ püsiva massini (m). Vaigurikka okaspuidu kuivatamine ei tohi kesta üle 20 tunni.  Puidu niiskussisaldus arvutati valemiga 1: W = m 1− m m     (Valem 1) kus  m1 – katsekeha mass enne kuivatamist, [ g];        m – katsekeha mass pärast kuivatamist, [ g]. 4.2. Tiheduse määramine Puidu tihedus ρ, [kg /m3] antud niiskussisaldusel arvutati valemi 2 järgi: ρ= m w aw∙ bw∙ lw     (Valem 2) kus  mw – katsekeha mass, [ g];        aw, bw, lw – katsekeha mõõtmed, [mm ]. Saadud tihedus arvutati ümber 12% niiskussisaldusele vastavaks valemiga 3: ρ 12= ρ w K 12 w     (Valem 3) kus  K12 w  – redutseerimiskoefitsient, mis võeti järgmisest tabelist. 3


Tabel 1. Redutseerimiskoefitsiendid puidu tiheduse ümberarvutamiseks standardniiskusele  12% 4.3. Puidu survetugevuse määramine pikikiudu, niiskussisalduse mõju Survetugevuse   määramiseks   kasutati   proovikehasid   ristlõike   mõõtmetega  20 ×20  mm   ja pikkusega kiu suunas 30 mm.  Proovikeha   ristlõike   mõõtmed   mõõdeti   veaga   mitte   üle   0,1   mm.   Katsetamisel   koormati proovikeha   ühtlaselt   ja   sellise   kiirusega,   et   ta   puruneks  1 ±0,5  minuti   pärast   peale koormamise algust.  Survetugevust [N /mm 2 ] arvutati valemiga 4: R S= P a ∙ b     (Valem 4) kus  P – purustav jõud, [kN ];        a , b – ristlõike mõõtmed, [mm ]. 4 Niiskussisalduse % Kask, pöök, lehis Teised puiduliigid 5 0,980 0,972 6 0,983 0,977 7 0,986 0,981 8 0,989 0,985 9 0,992 0,989 10 0,995 0,993 11 0,997 0,996 12 1,000 1,000 13 1,002 1,004 14 1,005 1,007 15 1,007 1,010 16 1,009 1,014 17 1,011 1,017 18 1,013 1,020 19 1,014 1,023 20 1,016 1,026


Pärast katsetamist määrati proovikeha niiskussisaldus. Saadud survetugevus arvutati ümber standardniiskusele:  1) kui proovikeha niiskussisaldus on alla hügroskoopse piiri (≈30%), kasutati valemit 5: R S ,12= R S ,w ∙ [ 1+ α ( w −12) ]    (Valem 5) kus  α – parandustegur, α=0,04;        RS,w – survetugevus niiskussisaldusel w %, [ N /mm2]. 2) kui niiskussisaldus ületab hügroskoopsuse piiri, kasutati valemit 6: R S ,12= R S , w K 12 30     (Valem 6) kus   K12 30 – redutseerimiskoefitsient, mis tamme korral on võrdne 0,55; männil 0,45; kuusel 0,445; kasel ja lehisel 0,40. 4.3.1. Niiskussisalduse mõju Niiskussisalduse mõju uurimiseks kasutati 3 erineva niiskussisaldusega proovikehi:  kuivatatuid püsiva massini 105 °C juures;  õhukuivasid;  30 minuti jooksul vees olevaid;  vees immutatuid.  Peale survetugevuse määramist määrati nimetatud proovikehade niiskussisaldus ja joonistati välja   sõltuvus  RS,w−W .   Saadud   survetugevused   redutseeriti   hiljem   12%-lisele niiskussisaldusele, kasutades eelpool toodud valemeid. 4.4. Puidu survetugevuse määramine risti kiudu Survetugevuse määramiseks kasutatakse proovikehasid ristlõike mõõtmetega 20 ×20 mm ja pikkusega kiu suunas 60 mm. Koormamine toimub standardse terasest vahetüki abil, nii et survepind   on  20 ×20  mm,   koormamise   kiirus  100 kgf /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 5


tinglikult pinge väärtus, millest alates kaob lineaarne seos pinge ja deformatsiooni vahel. Sellele vastav jõud (F) leitakse katseandmete põhjal joonistatud jõudude – deformatsioonide kõveralt. R S= P a ∙ b     (Valem 7) kus  P – graafikult määratav jõud lineaarsuspiirkonna lõpus, [ kgf ];        a , b – survepinna mõõtmed, [ mm ]. 5. KATSETULEMUSED 5.1. Niiskussisalduse määramine Puidu liik – mänd Tabel 5.1.1 Niiskussisalduse määramine Proovikeh a nr. Puidu liik Proovikeha mass, [ g] Niiskuse sisaldus, [ %] W kesk , [%] enne kuivatamist peale kuivatamist 1 Toakuiv 5,49 5,14 6,8 7,0 2 Toakuiv 4,68 4,37 7,1 3 Toakuiv 5,35 4,99 7,2 4 30 min vees 6,55 5,36 22,2 21,0 5 30 min vees 5,43 4,55 19,3 6 30 min vees 5,57 4,59 21,4 7 Kuivatuskap p 4,69 4,69 0,0 0,0 8 Kuivatuskap p 4,83 4,83 0,0 9 Kuivatuskap p 4,87 4,87 0,0 10 Märg 9,33 5,48 70,3 79,0 11 Märg 8,50 4,74 79,3 12 Märg 8,90 4,76 87,0 W = m 1− m m ∙ 100 %= 5,49−5,14 5,14 ∙100 %=6,8 % 6


5.2. Tiheduse määramine Tabel 5.2.1 Tiheduse määramine Proovi -keha nr. Puidu liik Mõõtmed, [mm ] Maht, [cm3] Mass, [ g] Tihedus, [kg /m3] a, paksu s b, laius h, pikku s V m kuiv m m ä rg antud niiskuse l niiskuse l 12% 1 Toakuiv 21,0 20,0 33,0 13,86 5,49 396 404 2 Toakuiv 19,5 19,0 31,5 11,67 4,68 401 409 3 Toakuiv 20,0 19,0 32,5 12,35 5,35 433 441 4 30 min vees 20,0 19,0 31,0 11,78 6,55 556 542 5 30 min vees 20,0 19,0 31,0 11,78 5,43 461 449 6 30 min vees 20,0 19,0 31,0 11,78 5,57 473 461 7 Kuivatuskap p 20,8 19,1 32,5 12,91 5,03 390 398 8 Kuivatuskap p 19,5 19,9 33,0 12,81 5,16 403 411 9 Kuivatuskap p 19,6 19,6 31,9 12,25 5,28 431 438 10 Märg 20,5 20,3 33,4 13,90 9,33 671 654 11 Märg 21,5 19,8 33,0 14,05 8,50 605 590 12 Märg 25,7 26,8 37,0 25,48 8,90 349 340 Keskmine: 464 461 V = abh 1000 = 21,0 ∙20,0 ∙ 33,0 1000 = 13,86 cm 3  ρ= m w aw∙ bw∙ lw = 5,49 13,86 ∙1000=396 kg /m 3  ρ 12= ρ w K 12 w = 396 0,981 = 404 kg /m 3  7


5.3. Survetugevuse määramine piki kiudu Tabel 5.3.1 Survetugevuse määramine piki kiudu Proovikeh a nr. Puidu liik Ristlõike mõõtmed, [ mm ] Ristlõik e pindala, [m m2] Purusta v jõud, [ kN ] Niiskuse
sisaldus, [ %] α, K12 30 Survetugevus , [ N /m m2] a b S F W R S ,w R S ,12 1 Toakuiv 21,0 20, 0 420 17,5 6,8 0,0 4 41,7 33,0 2 Toakuiv 19,5 19, 0 370,5 17,5 7,1 47,2 37,9 3 Toakuiv 20,0 19, 0 380 20,5 7,2 53,9 43,6 4 30 min vees 20,0 19, 0 380 11,5 22,2 30,3 42,7 5 30 min vees 20,0 19, 0 380 12,0 19,3 31,6 40,8 6 30 min vees 20,0 19, 0 380 13,0 21,4 34,2 47,1 7 Kuivatuskap p 20,8 19, 1 397,3 22,0 0,0 55,4 28,8 8 Kuivatuskap p 19,5 19, 9 388,1 25,0 0,0 64,4 33,5 9 Kuivatuskap p 19,6 19, 6 384,2 21,0 0,0 54,7 28,4 10 Märg 20,5 20, 3 416,2 7,0 70,3 0,4 5 16,8 37,3 11 Märg 21,5 19, 8 425,7 6,0 79,3 14,1 31,3 12 Märg 25,7 26, 8 688,8 6,0 87,0 8,7 19,3 Keskmine: 37,8 35,3 S= ab 100 = 21,0 ∙20,0 100 = 4,2 cm 2 ; R S ,w= F S ∙1000= 17,5 420 ∙1000=41,7 N /mm 2   RS,12=RS,w ∙[1+α (w−12)]=41,7∙ [1+0,04 ∙ (6,8−12 )]=33,0 N /mm 2 R S ,12= R S , w K 12 30 = 16,8
0,45 = 37,3 N /mm 2  Graafik 5.3.2 Survetugevuse sõltuvus niiskussisaldusest 8


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 Niiskussisaldus W, [%] S u rv e tu g e v u s  R S ,w  ,  [ N /m m 2 ] 5.4. Survetugevuse määramine risti kiudu Tabel 5.4.1 12% niiskussisaldusega männipuidu katsetulemused 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 Graafik 5.4.2 Proovikehade deformatsioon 9


0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0 50 100 150 200 250 300 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 Deformatsioon, mm S u rv e jõ u d ,  k g f Kasutades valemit 7 arvutati survetugevuse risti kiudu: P=200 kgf ; a=b=20 mm  R S= P a ∙ b = 200 20 ∙ 20 = 0,5 kgf /mm 2 kus  P – graafikult määratav jõud lineaarsuspiirkonna lõpus, [ kgf ];        a , b – survepinna mõõtmed, [ mm ]. Järgmiselt teisendati saadud tulemus ühikuteks N /mm2: 0,5 kgf /mm 2 ⟹ 0,5∙9,807=4,90 N /mm2 6. JÄRELDUSED Puidu tihedus on puidu tähtsaim füüsikaline omadus. Tavaliselt saematerjali mehaanilised omadused on korrelatsioonis puidu tihedusega. Puidu tihedused on liigiti erinevad, mis on tingitud puidu raku puitaine ja pooride mahu vahekorrast. Puidu tihedus on sõltuvuses ka niiskussisaldusest. Seetõttu on kokku lepitud, et tiheduse väärtused esitatakse standardites puidu 12% niiskuse juures. Katsetatud männipuidu keskmiseks tiheduseks saadi 464 kg /m ³. Kirjaliku allika alusel männipuidu keskmine tihedus on järgmine: 330 – 890 kg /m ³. Niiskusel 12%   keskmine   tihedus   on   võrdne   461  kg /m ³.  Võib   öelda,   et   saadud   tihedus   jääb   ilusti sobilikku vahemikku. 10


Keskmiseks survetugevuseks piki kiudu tuli 37,8  N /mm ².  Niiskusel 12% tuli keskmiseks survetugevuseks   35,3  N /mm ².  Kirjaliku   allika   alusel   puidu   survetugevus   piki   kiudu   on keskmiselt   35   –   40  N /mm ².  Survel   esinevad   puidus   suured   plastsed   deformatsioonid, mistõttu habrast purunemist ei teki. Katse käigus saadud keskmine survetugevus piki kiudu on lubatud piiris.  Puidu survetugevus risti kiudu on tunduvalt väiksem, kui pikikiudu ning deformatsioonid on nii suured, et proovikeha võidakse kokku suruda. Seetõttu kujutab ennast survetugevus risti kiudu endast tinglikku suurust, mida piiratakse deformatsiooniga. Puidu survetugevus risti kiudu on 8 – 10 korda väiksem kui survetugevus piki kiudu. Seega survetugevuse risti kiudu lubatud piir on 3,5 – 5 𝑁/𝑚𝑚². Survetugevuseks risti kiudu tuli 4,9 N /mm2. Katses saadud tulemus asub lubatud piiris, seega survetugevus risti kiudu on meile sobilik väärtus. Niiskussisaldus on peamine puidu tugevust mõjutav parameeter. Seetõttu taandatakse puidu füüsikalised ja mehaanilised omadused 12% juurde, et neid saaks adekvaatselt omavahel võrrelda. Niiskussisaldus on kõige suurem vees olnud kehadel (79 %). Kuivatuskapis olevatel kehadel   niiskussisaldus   on   kõige   väiksem   ja   on   võrdne   0%.  Toas   olevate   proovikehade niiskussisalduseks   saadi   keskmiselt   7   %.   Kirjaliku   allika   alusel   toakuivas   puidus niiskussisaldus on 8 – 13 %, kuivatuskapis olevas puidus niiskussisaldus on 0% ja märjal puidul niiskussisaldus võib ületada 100%. Saadud tulemused asuvad lubatud piirides ja seega nad on meile sobilikud. Kui vaadata Graafikult 5.3.2 niiskussisalduse ja survetugevuse seost, siis   võib   märgata,   et   niiskussisalduse   kasvamisega   kahanevad   survetugevuse   näitajad   ja vastupidi.   Selle   alusel   võib   väita,   et   puidu   märgumisel   küllastuspunktini   ta   paisub,   tema tugevus väheneb, mõõtmed ja maht muutuvad. 11

Document Outline

• 1. 13. January 2022Töö eesmärk
• 2. Katsetatud materjalid
• 3. Kasutatud vahendid
• 4. KatsemetoodikaD
  • 4.1. Niiskussisalduse määramine
  • 4.2. Tiheduse määramine
  • 4.3. Puidu survetugevuse määramine pikikiudu, niiskussisalduse mõju
    • 4.3.1. Niiskussisalduse mõju
  • 4.4. Puidu survetugevuse määramine risti kiudu
• 5. Katsetulemused
  • 5.1. Niiskussisalduse määramine
  • 5.2. Tiheduse määramine
  • 5.3. Survetugevuse määramine piki kiudu
  • 5.4. Survetugevuse määramine risti kiudu
• 6. Järeldused