Puidu katsetamine 1 (0)

1     
 
 
 
 
 
 
  TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL    Ehitusmaterjalid  Laboratoorne töö nr 6  2020/2021  Puidu katsetamine  Rühm:                                           20. November 2020 


2      Sisukord    
1.Töö eesmärk ................................................................................................................................. 3  2.Kasutatud materjalid .................................................................................................................... 3  3.Kasutatud vahendid ...................................................................................................................... 3  4.Katse metoodika........................................................................................................................... 3  4.1.Tiheduse määramine ............................................................................................................. 3  4.2.Niiskussisalduse määramine ................................................................................................. 3  4.3.Puidu survetugevuse määramine pikikiudu. Niiskussisalduse mõju uurimine 
survetugevusele pikikiudu. ......................................................................................................... 4  4.4.Valemid ................................................................................................................................. 4  5.Katsetulemused ............................................................................................................................ 6  5.1.Graafikud .............................................................................................................................. 9  6.Lisad ........................................................................................................................................... 10  7.   Järeldused ................................................................................................................................ 11  8.Kasutatud materjalid .................................................................................................................. 12   


3      1.  TÖÖ EESMÄRK  Töö eesmärgiks oli puidu katsetamine. Määrasime puidu tihedust, veesisaldust, survetugevust  pikikiudu ning veesisalduse mõju survetugevusele pikikiudu.  2.  KASUTATUD MATERJALID  Katsetavaks materjaliks oli puit, mille vaigusisaldus on suur.  3.  KASUTATUD VAHENDID  •  Nihik – puidutüki kabariitide mõõtmiseks.  •  Digitaalne kaal – puidutüki massi määramiseks, täpsusega 0,01 g.  •  Hüdrauliline press  4.  KATSE METOODIKA  4.1.  Tiheduse määramine  Tiheduse  leidmiseks,  alustati  proovikehade  kabariitmõõtmete  määramisega.  Igal  küljel  võeti  nihikuga kolm mõõtu ning seejärel nende mõõtude aritmeetiline keskmine. Seejärel kaaluti kehad.  Järgnevalt arvutati kehade tihedused kasutades valemit 1. Saadud tihedus tuleb arvutada ümber  puidule niiskussisaldusega 12% valemi 2 järgi.  4.2.  Niiskussisalduse määramine  Puidust, eelnevalt niiskeks tehtud, proovikehad kaalutakse ning asetatakse kuivatuskappi seisma.  Kuna tegemist on vaigurikka puumaterjaliga, siis ei tohiks kuivatamine kesta rohkem kui 20 tundi.  Samuti toimub kuivatus temperatuuril 105 ±5˚ püsiva massini.  Aja möödudes, arvutatakse puidu niiskusisaldus valemi 3 järgi. 


4    4.3.  Puidu survetugevuse määramine pikikiudu. Niiskussisalduse mõju  uurimine survetugevusele pikikiudu.  Esmalt  mõõdetakse  proovikeha  mõõtmed.  Katsetamisel  koormatakse  proovikeha  ühtlaselt  ja  sellise kiirusega, et ta puruneks 1 +/- 0,5 minutit pärast peale koormamise algust. Survetugevus  arvutatakse valemi 4 abil.   Seejärel  määratakse  proovikeha  niiskussisaldus.  Saadud  survetugevus  tuleb  ümber  arvutada  standardniiskusele.Kui proovikeha niiskussisaldus on alla hügroskoopse piiri (30%), kasutatakse  valemit. Kui proovikeha niiskussisaldus ületab hügroskoopse piiri, kasutatakse valemit 6  Niiskusisalduse  mõju  määramiseks  uuriti  3  erineva  niiskussisaldusega  puidust  proovikeha.  Esimesed  proovikehad  olid  õhukuivad.  Teised  olid  kuivatuskapis  olevad  kehad,  mille  kuivatus  toimus temperatuuril 105 ±5˚ püsiva massini. Samuti katsetati puitu, mis oli vees immutatud. Kui  survetugevus on määratud, leitakse nimetatud proovikehade niiskusisaldus ja sõltuvus  𝑅𝑠,𝑤 – w.  Survetugevused redutseeritakse 12 %-lisele niiskussisaldusele.    4.4.  Valemid  Tiheduse määramine:  𝜌𝑤 = 𝑚𝑤 𝑎𝑤𝑏𝑤𝑙𝑤 ∗ 1000,  [kg/m³]                                                       (1)  •  𝑚 𝑤 - proovikeha mass [g]  •  𝑎 𝑤, 𝑏𝑤, 𝑙𝑤 - proovikeha mõõtmed [cm]  Tihedus puidule veesisaldusega 12 %:  𝜌12 = 𝜌𝑤 𝐾12 𝑤 , [kg/m³]                                                                      (2)  •  𝐾 12 𝑤  – redutseerimiskoefitsient, mis võetakse tabelist 2  Niiskussisalduse määramine:  𝑊 = 𝑚1−𝑚 𝑚 ∗ 100, [%]                                                               (3)  •  𝑚 1 - proovikeha mass enne kuivatamist [g]  •  m - proovikeha mass peale kuivatamist [g]   


5    Survetugevuse määramine:  𝑓𝑠 = 𝑃 𝑎∗𝑏  , [N/mm²]                                                                   (4)  •  P - purustav jõud [N]  •  a, b - ristlõike mõõtmed [mm]  Survetugevus standardniiskusel, veesisaldus alla hügroskoopse piiri:  𝑓𝑆,12 = 𝑓𝑆,𝑊[1 + 𝛼(𝑤 − 12)], [N/mm²]                                (5)  •  α - parandustegur, α=0,04  •  𝑓 𝑆,𝑊 - survetugevus veesisaldusel w%  Survetugevus standardniiskusel, veesisaldus ületas hügroskoopse piiri:  𝑓𝑆,12 = 𝑓𝑆,𝑊 𝐾12 30 , [N/mm²]                                                          (6)       •  𝐾 12 30  –  redutseerimiskoefitsient,  mis  tamme  korral  on  võrdne  0,55;  männil  0,45;  kuusel  0,445; kasel ja lehisel 0,40    5.  KATSETULEMUSED  Puidu liik: mänd.  Tabel 1. Tihedus.  Proovi- keha  nr.  Puidu  olek  Mõõtmed, mm  Maht,  [cm ³]  Mass,  [g]  Tihedus, [kg/m ³]  a  b  h  antud  niiskusel  niiskusel  12%  1  Kuivata- tud  18.8   20   30.4   11.4  5.2   457  470  19   20   30.4   18.5   20   30.2   2  19.1   18.92   26.64   9.5  4.2   441  454  19.2   18.62   26.42   18.9   18.94   26.48   3  18.8   19   28.2   10.1  4.4   437  450  18.8   19   28.15   18.8   19   28.25   4  Õhkkui- vad  19   19.4   29.6   10.9  5.2   475  486  19   19.5   29.4   19.1   19.5   29.6  


6    5  19   19.7   29.9   11.1  5.2   467  478  18.9   19.6   30   18.8   19.6   30.1   6  19.1   20.3   31   12.1  7.2   597  604  19.2   20.5   31   19.2   20.1   31   7  Immu- tatud  20   21.1   29.4   12.4  8.5   691  673  20.1   21.1   29.4   20   21.2   29.35   8  20.1   21.1   30.4   12.9  8.4   650  634  20.1   21.2   30.4   20.1   21.1   30.45   9  20.1   20.75   27.3   11.5  8.6   749  730  20.25   20.85   27.4   20.2   20.8   27.3               Tabel 2. Niiskusisaldus.  Prk  nr.  Puidu  olek  Proovikeha mass, [g]  Niiskuse 
sisaldus,  [%]  Kesk- mine  niiskuse  sisaldus  enne kuiva- tamist  peale kui- vatamist  1  Kuivat- atud  5.2   5   4   3      4.2   4   5   3  4.4   4.2   4.8   4  Õhk- kuivad  5.2   4.9   6.1   7.1  


7    5  5.2   4.9   6.1   6  7.2   6.6   9.1   7  Immu- tatud  8.5   4.3   97   86.5   8  8.4   4.6   82   9  8.6   4.8   79    
  Tabel 3. Survetugevus  
  Proovi- keha  nr.  Puidu  olek  Mõõtmed,  [mm]  Rist-
lõike  pin- dala,  [cm ²]  Purustav 
jõud, [N]  Niiskuse 
sisaldus,  [%]    α,  Survetugevus,  [N/mm ²]  a  b   
   
  1  Kuivata- tud  18.8  20  3.75  26000  0  0,04  69.3  36  19  20  18.5  20  2  19.1  18.92  3.6  24000  0  0,04  66.9  34.8  19.2  18.62  18.9  18.94  3  18.8  19  3.6  24000  0  0,04  67.2  34.9  18.8  19  18.8  19  4  Õhkkui- vad  19  19.4  3,7  23000  6,10  0,04  62.2  47.5  19  19.5 


8    19.1  19.5  5  19  19.7  3.7  23000  6,10  0,04  62.2  47.5   18.9  19.6  18.8  19.6  6  19.1  20.3  3.9  29000  9,10  0,04  74.5  65.9  19.2  20.5  19.2  20.1  7  Immu- tatud  20  21.1  4.2  6000  98  0,45  14.2  31.6  20.1  21.1  20  21.2  8  20.1  21.1  4.2  6000  83  0,45  14.1  31.3  20.1  21.2  20.1  21.1  9  20.1  20.75  4.20  7000  79  0,45  16.7  37.1  20.25  20.85  20.2  20.8     


9      5.1.  Graafikud  Graafik 1. Puidu survetugevust sõltuvalt veesisaldusest.    Graafikult  järeldub,  et  mida  suurem  on  materjali  veesisaldus,  seda  vähem  suudab  materjal 
koormust vastu võtta.                      69.3 66.9 67.2 62.2 62.2 74.5 16.7 14.1 14.2 0.00 0.00 0.00 6.10 6.10 9.10 79.00 83.00 100.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 Veesisaldus, [%] Su rv e tu ge vy s,  [N /m m ²]


10    Graafik 2. Puidu tihedus antud niiskusel ning 12 %-lisel niiskussisaldusel.    6.  LISAD   Redutseerimiskoefitsiendid puidu tiheduse ümberarvutamiseks standardniiskusel 12%  Veesisalduse %  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   
  Kuivatatud Õhkkuivad Immutatud 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Ti h e d u s,  [ kg/m ³]  Antud niiskusel Niiskusel 12 %


11      7.  7.   JÄRELDUSED  Antud  praktikumi  raames  uurisime  puitu.  Määrasime  puidi  tiheduse,  niiskussisalduse,  survetugevuse pikikiudu ning uurisime veesisalduse mõju survetugevusele pikikiudu.  On  teada,  et  puit  on  hügroskoopne  materjal,  seega  oleneb  tema  tihedus  ning  mass  oluliselt  õhuniiskusest. Oma laboris viidud katse tulemustel saime kuivatatud proovikehade  keskmiseks  tiheduseks  416  kg/m³,  õhus  katsetatud  proovikehadel  oli  selleks  keskmiselt  541  kg/m³  ning  immutatud proovikehadel 694 kg/m³.  Kuna puidu keskmine soojusmahtuvus on suhteliselt suur  (1,356  kJ/(kgᵒC))  ning  puidu  tihedus  on  siiski  suhteliselt  väike,  ei  saa  väita,  et  puit  hoiab  hästi  sooja nagu seda raskemad materjalid teeksid, näiteks betoon. Samuti on suure mahumassiga puit  tugevam. Puidu tihedust ja seega tema kvaliteeti on võimalik hinnata ka puu aastaringide arvu järgi  tüve ristlõike radiaalsuuna 10 mm ulatuses.  Puidu tugevus, soojuspidavus ja mõõtmed olenevad suuresti puidu veesisaldusest ehk niiskusest,  seega  on  antud  näitaja  puidu  suhtes  väga  oluline.  Antud  laboriöös  saadi  kuivatatud  puidu  niiskussisalduseks  3  %,  õhkkuivade  proovikehad  keskmiseks  niiskussisalduseks  7,1  %  ning  immutatud  proovikehadel  saadi  selleks  86,5  %.  Kirjanduses  on  väla  toodud,  et  kuiva  puidu  märgumisel  kaasneb  puidu  paisumine,  mahukahanemine  ning  seetõttu  muutuvad  ka  puidu  lineaarmõõtmed eri suundades. Pikitüve 0,1-0,3%, raadiussuunas 3-6 % ning tangensiaalsuunas  on selleks vahemikuks umbes 6-10 %.  Puidu tugevust mõjutavad puidu niiskussisaldus, temperatuur ning jõu koormamise kiirus. Näiteks  pikaajalisel  koormamisel  väheneb  puidu  tugevus  40  %.  Samuti  esinevad  survel  puidus  suured  plastsed  deformatsioonid,  mistõttu  habrast  purunemist  ei  teki.  Puidu  katsetamisel  arvutatakse  saadud tugevused 12 %-lisele niiskusele, seda tehakse  ennekõike selleks, et  elimineerida puidu  niiskuse mõju. Antud laboritöös saadi kuivatatud proovikehade keskmiseks survetugevuseks 73,7  N/mm²,  õhkkuivadel  proovikehadel  60,8  N/mm²  ning  immutatud  proovikehadel  18,3  N/mm².  Niiskusel  12  %  vähenesid  kuivatatud  ning  õhkkuivade  puidutükkide  survetugevused,  kuid  immutatud puidu survetugevusnäitajad tõusid. 


12    8.  KASUTATUD MATERJALID  •  Raado,  L.-M.,  Liisma,  E.,  Tuisk,  T.,  &  Põldaru,  M.  (2020).  Ehitusmaterjalid,  Loengukonspekt.  •  https://puumarket.ee/wp-content/uploads/Puit-ehitusmaterjalina-koolitusmaterjal-Elmar- Jaan-Just-vanemteadur.  •  https://et.wikipedia.org/wiki/Puit