Puit (2)

1. Töö eesmärk
Katsetatava puidu niiskussisalduse, tiheduse, survetugevuse määramine piki kiudu .
2. Materjalide kirljeldus
Katsetatav puit oli mänd. Katsekehade mõõdmed olid ümmarguselt 20 x 20 x 30 mm. Katsekehad 1, 2 ja 3 olid kuivatuskapis ; 4, 5 ja 6 olid õhkkuivad ( proovikehad 4,5,6 pandi peale survetugevuse määramist kuivatuskappi); 7, 8 ja 9 olid immutatud .
3.Töö käik
3.1. Puidu niiskussisalduse määramine.
Katse alguses proovikeha kaalutakse täpsusega 0,01 g ning asetatakse kuivatuskappi. Kuivatatakse temperatuuril 103 ± 2 oC püsiva massini. Katse arvutuste tulemused on üles märgitud tabelis 1.
Vaigurikka puidu kuivatamine ei tohi kesta üle 20 tunni. Puidu niiskussisaldus arvutatakse valemiga 1.
Valem 1:
W = 100 * (m1 – m) / m
W – proovikeha niiskussisaldus [%]
m1 – proovikeha mass enne kuivatamist [g]
m – proovikeha mass peale kuivatamist [g]
Arvutus:
Proovikeha nr. 4
m1 = 6,60 [g]
m = 6,01 [g]
W = (100 * (6,60 – 6,01)) / 6,01 = 9,8 [%]
3.2 Katsetatava puidu tiheduse määramine.
Katse alguses mõõdetakse proovikehade mõõtmed täpsusega 0,01 mm. Puidu tihedus antud niiskusel arvutatakse valemiga 2. Saadud tulemused arvutatakse ümber puidule niiskusega 12% (puidu standardniiskus) valemi 3 abil. Arvutuste tulemsued on kantud tabelisse 2.
Valem 2:
ρow = ((mw / (aw * bw * lw)) * 1000
ρow – puidu tihedus antud niiskusel [kg/m3]
aw, bw, lw – proovikeha mõõtmed [mm]
mw - proovikeha mass
Aruvutus:
Proovikeha nr. 4.
a = 18,2 [mm]
b = 19,0 [mm]
h = 31,0 [mm]
m = 6,60 [g]
W = 9,8 [%]
ρow = ((6,05 / (19,5 * 19,9 * 30,7)) * 1000000 = 615,7 [kg/m3]
Valem 3:
ρo12 = ρow / Kw12
ρo12 – puidu tihedus niiskusel 12% [kg/m3]
ρow – puidu tihedus antud niiskusel [kg/m3]
Kw12 – redutseerimiskoefitsient, mis võetakse tabelist 3.
Arvutus:
Proovikeha nr. 4.
ρow = 615,7 [kg/m3]
Kw12 = 0,985 [-]
ρo12 = 615,7 / 0,985 = 625,1 [kg/m3]
3.3 Puidu piki kiudu survetugevuse määramine. Niiskus sisalduse mõju uurimine survetugevusele piki kiudu.
Survetugevuse määramiseks kasutatakse proovikehasid ristlõike mõõtmetega
20 x 20 mm ja pikkuseda 30 mm kiu suunas. Proovikeha ristlõike mõõtmed mõõdetakse täpsusega 0,01 mm. Katsetamisel koormatakse proovikeha ühtlaselt ja sellise kiirusega, et ta puruneks 1 ± 0,5 min peale koormamise algust. Survetugevus arvutatakse valemiga 4. Peale katsetamist määratakse proovikeha niiskussisaldus ning saadud survetugevus arvutatakse ümber standardniiskusele. Juhul kui proovikeha niiskussisaldus on alla hüdroskoopsuse piiri (30%), kasutatakse valemit 5, vastasel korral kasutatakse valemit 6. Niiskussisalduse mõju uurimiseks kasutatakse kolme erineva niiskussisaldusega proovikehi:
105 oC püsimassini kuivatatud; õhkkuivad ja veesimmutatud. Peale survetugevuse määramist määratakse nimetatud proovikehade niiskussisaldus ja joonistatakse välja sõltuvus RS,W – W ( graafik 1). Saadud survetugevus redutseeritakse hiljem 12% - lisele niiskussisaldusele, kasutades valemit 3. Arvutuste tulemused on toodud tabelis 4.
Valem 4:
RS = F / (a * b)
RS – proovikeha survetugevus [N/mm2]
F – purustav jõud [N]
a, b – ristlõike mõõtmed [mm]
Arvutus:
Proovikeha nr. 4.
a = 18,2 [mm]
b = 19,0 [mm]
F = 0,1 * (117 * 5000) / 300) = 195 [N]
RS = 195 / (19,0 * 18,2) * 100 = 56,40 [N/mm2]
Valem 5:
RS,12 = RS,W (1 + α * (w – 12))
RS,12 – survetugevus niiskussisaldusel 12% [N/mm2]
RS,W – survetugevus niiskussisaldusel w% [N/mm2]
α – parandustegur (α = 0,04)
Arvutus:
Proovikeha nr. 4.
RS = 56,40 [N/mm2]
α = 0,04
W = 9,8 [%]
RS,12 = 56,40 * (1 + 0,04 * (9,8 – 12)) = 51,44 [N/mm2]
Valem 6:
Proovikeha nr. 1.
RS,12 = RS,W / K3012
RS,12 – survetugevus niiskussisaldusel 12% [N/mm2]
K3012 – redutseerimiskoefitsient (männi korral 0,45)
3.4 Puidu risti kiudu survetugevuse määramine.
Survetugevuse määramiseks kasutatakse proovikehasid ristlõike mõõtmetega
20 x 20 mm ja pikkusega kiu suunas 60 mm. Koormamine toimub standartse terasest vahetüki abil, nii et survepind on 20 x 20 mm. Koormamise kiirus on
100 kgf/min (981 N/mm). 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. Survetugevus arvutatakse valemiga 7. Survetugevuse tulemused on tabelis 5 ja survejõu sõltuvus deformatsioonist graafikul 2.
Valem 7:
RS = F / (a * b)
RS – proovikeha survetugevus [N/mm2]
F – graafikult määratav jõud [N]
a, b – ristlõike mõõtmed [mm]
4. Tabelid ja graafikud
Tabel 1. Niiskussisaldus.
Proovikeha nr.
Proovikeha mass [g]
Niiskussisaldus [%]
Keskmine niiskussisaldus [%]
Õhk-kuiv
Pärast kuivatamist
Immutatud
1
6,35
6,34
0,16
0,26
2
6,94
6,93
0,14
3
6,36
6,33
0,47
4*
6,6
6,01
9,82
8,82
5*
7,58
7
8,29
6*
6,87
6,34
8,36
7
4,37
8,84
102,29
89,40
8
4,91
9,49
93,28
9
6,87
11,86
72,63
*Proovikehad 4,5,6 suruti ennem kuivatuskappi panemist.
Tabel 2 Tihedus.
Proovikeha nr.
Mõõtmed[mm]
Maht[cm3]
Mass[g]
Tihedus[kg/m3]
a
b
l
Antud niiskusel
Niiskusel 12%
1
20,5
19,1
31,4
12,29
6,94
565
2
19,2
18,9
31,0
11,25
6,36
565
3
18,0
18,4
30,9
10,23
6,35
621
4
18,2
19,0
31,0
10,71
6,60
616
625
5
19,0
22,8
31,0
13,43
7,58
564
573
6
19,2
19,0
30,8
11,24
6,87
611
620
7
20,35
22,2
30,4
13,73
8,84
644
8
22,1
21,5
30,8
14,63
9,49
649
9
22,8
20,3
31,6
14,63
11,86
810
Tabel 3.
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
Tabel 4 Survetugevuse määramine pikki kiudu.
Proovikeha nr.
Ristlõike mõõtmed[mm]
Ristlõike pindala[cm2]
Purustav jõud[N]
Niiskussisaldus[%]
a, K3012
Survetugevus[N/mm2]
a
b
RS,W
RS,12
1
20,5
19,1
3,92
373,33
0,15
0,04
95,24
49,52
2
19,2
18,9
3,63
231,67
0,47
0,04
63,82
33,20
3
18,0
18,4
3,31
345,00
0,16
0,04
104,23
54,20
4
18,2
19,0
3,46
195,00
8,55
0,04
56,36
48,58
5
19,0
22,8
4,33
270,00
7,37
0,04
62,36
50,81
6
19,2
19,0
3,65
236,67
8,36
0,04
64,84
55,40
7
20,35
22,2
4,52
43,33
102,29
0,45
9,59
21,31
8
22,1
21,5
4,75
55,00
93,27
0,45
11,58
25,73
9
22,8
20,3
4,63
75,00
72,63
0,45
16,20
36,00
Tabel 5.
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 1.
Graafik 2
6. Järeldus.
Katse järel selgus, et puidu tihedus suureneb koos niiskussisaldusega, kui niiskussialdus suurenes 8% pealt 80% peale, siis tihedus kasvas 68%, ning sellega kaasnes survetugevuse vähenemine 3 korda. Survetugevus oleneb otseselt tihedusest, kasvuvigadest, niiskussisaldusest, temperatuurist, koormamise kiirusest jne. Niiskusest tingitud puidu nõrgenemist on näha graafikul 1. Katsest selgus et puidul on väga hea veeimavus , puit suutis endasse imada 90% vett võrreldes oma algse massiga.
7. Küsimused.
1. Puidu omaduste sõltuvused niiskuse sisaldusest.
Niiskussisaldusest sõltuvad järgmised puidu omadused:

• Puidu tugevus (mida kuivem , seda tugevam)
  
• Puidu soojajuhtivus (niiskuse suurenemisel kasvab ka soojajuhtivus)
  
• Soojamahtuvus (mida kuivem, seda väiksem on soojamahtuvus)
  
• Mahumuutus (piki tüve 0,1 – 0,3 %; radiaalsuunas 3 – 6% ning tangentsiaalsuunas 6 – 10%.
  

2. Puidu positiivsed ja negatiivsed omadused. Kasutamine ehituses.
Positiivsed omadused:

• Soojusisolatsioon – sõltub tihedusest
  
• Kerge töödelda
  
• Puidu lihtne liimitavus
  
• Võime hoida kinniseid ( kruvid , naelad)
  
• Head dekoratiivomadused
  
• Varude taastuvus (mänd saab 70 – 80 aastaga küpseks)
  
• Eritugevus
  
• Võime summutada ja taluda lööki (raudteeliiprid)
  
• Head akustilised omadused
  

Negatiivsed omadused:

• Puidurikete esinemine – oksad , lõhed, mõlgud, mädanikud...
  
• Tundlikkus vee toimele – pundumine, kuivamiskahanemine
  
• Omaduste ebaühtlus – antiisotroopne materjal (füüsikaliste omaduste erinevus erinevates suundades)
  
• Bioloogiline ebaühtlus – seenkahjurid
  
• Süttivus
  
• Valgustunlikkus (eriti lehis)
  
• Toksilisus – peentolm on kantserogeenne , vähki tekitav
  

Puitmaterjalid ja –tooted jagatakse ümarmaterjalideks (palgid), saematerjalideks ja pooltoodeteks, hööveldatud profiiltoodeteks, põranda- ja katusematerjalideks ning laudsepatoodeteks. Puidust tehakse akna raame, voodreid, põranda katteid (parkett), karkasse, piirdeaedu ning liiste.