Файл: Общее представление о прочности металлов и виды строительных материалов из древесины.docx
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 58
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
предел прочности (ав) — напряжение, при котором происходит разрушение образца (максимальная точка на кривой «о — е»); предел пропорциональности — максимальное напряжение, при котором отсутствует пластическая деформация.
Поскольку точное определение предела пропорциональности затруднено, на практике определяется предел текучести от — напряжение, вызывающее остаточную деформацию определенной величины. Например, а0,2 — напряжение, при котором остаточная деформация равна 0,2 % от первоначальной длины образца.
2.Общее понятие древесины
Древесина наряду с природными каменными материалами является самым древним строительным материалом.
Древесина – экологически чистый материал, хорошо сопротивляется статическим и динамическим нагрузкам, весьма легкий и в то же время прочный. На сжатие вдоль волокон по прочности древесина не уступает бетону, а при изгибе – значительно превосходит его. Благодаря высокой пористости (30…80%) древесина имеет малую теплопроводность (0,16…0,30 Вт/м · К). Она легко поддается механической обработке, хорошо склеивается, удерживает металлические крепления (гвозди, шурупы, скобы). Современные передовые технологии в сочетании с уникальными природными свойствами древесины позволяют создавать долговечные деревянные конструкции, восхищающие своей красотой и совершенством.
В отличие от других материалов древесина «дышит». В клеточном строении происходит постоянный обмен воздуха, а относительная влажность внутри деревянных зданий поддерживается, как правило, на уровне 45…57%, что соответствует оптимальному диапазону влажности (40…60%), при котором суммарное влияние вредных факторов на организм оказывается наименьшим. Древесина обладает также высокой химической стойкостью, декоративностью и постоянно восполняемой сырьевой базой.
Нашли применение и побочные продукты лесозаготовок, деревообработки и лесопиления (стружка, дробленка, опилки и др.), что значительно повышает эффективность ее применения. Из них получают древесностружечные и древесноволокнистые плиты, древеснослоистый пластик, арболит, ксилолит, фибролит и др.
Вместе с тем древесина обладает и некоторыми недостатками, ограничивающими область ее применения: анизотропностью (неоднородностью строения и свойств в разных направлениях); повышенной гигроскопичностью (что приводит к неравномерному набуханию, короблению и растрескиванию пиломатериалов и изделий); легкой возгораемостью; загниваемостью в переменно-влажностных условиях; наличием разнообразных пороков, снижающих ее сортность.
Большинство этих недостатков можно преодолеть технологическими защитными мероприятиями, созданием благоприятных условий эксплуатации (например, путем изготовления клееных деревянных изделий и конструкций) и др. В клееных конструкциях, где при их изготовлении убираются все дефекты и пороки, прочность древесины увеличивается в несколько раз, а в древеснослоистых пластиках прочность достигает 150…250 МПа. Возможно также создание композиционных материалов на основе древесины в сочетании с полимерами, минеральными вяжущими, волокнами и металлами.
Все лесоматериалы принято подразделять на две большие группы: обработанные и необработанные. Под необработанными или круглыми подразумеваются отрезки древесных стволов с корой или без нее, с обрубленными сучьями и правильно опиленными торцами. В зависимости от диаметра ствола в верхнем срубе они в свою очередь подразделяются на бревна (не менее 12 см), подтоварник (8–11 см) и жерди (3–7 см).
Бревна, в зависимости от назначения, бывают строительные и пиловочные. Строительные бревна изготовляют из стволов сосны, лиственницы, кедра, ели, дуба. Они предназначены для несущих строительных конструкций промышленных, общественных и жилых зданий и гидротехнических сооружений, а также для свай, элементов свайных опор и пролетных строений деревянных мостов. Пиловочные - изготовляют из стволов хвойных и лиственных пород и предназначаются для получения различных пиломатериалов. Короткие толстые бревна (диаметром более 20 см) называют кряжами, их используют для получения различных видов фанеры.
К обработанным лесоматериалам относятся пиломатериалы, фанера и древесные пластики.
Пиломатериалы представляют собой отдельные части пиловочных бревен, полученные после продольной их распиловки. В свою очередь, они подразделяются на доски, бруски и брусья (рис. 2).
Рис. 2. Виды пиломатериалов:
а – двухкантный брус; б –трехкантный брус; в – четырехкантный брус; г –доска необрезная; д –чистообрезная доска; е – обрезная доска с тупым обзолом; ж –обрезная доска с острым обзолом;
з –брусок; и –облапол горбыльный; к –облапол дощатый; л –шпала необрезная; м –шпала обрезная; 1 –пласть доски; 2 –кромка; 3 –ребро; 4 – торец
Досками называют пиломатериалы толщиной до 10 см, ширина которых более двукратной толщины. Бруски также имеют толщину до 10 см, но ширина их менее двукратной толщины. Доски и бруски, в свою очередь, подразделяют на обрезные с пропиленными кромками и необрезные, у которых кромки не пропилены. Брусья – это пиломатериалы, толщина и ширина которых более 10 см. Они бывают четырехкантные, трехкантные и двухкантные. Строительные брусья применяют для несущих конструкций зданий – балок, междуэтажных перекрытий, стропил, а также для пролетных строений мостов. Из брусков изготовляют элементы деревянных конструкций и столярные изделия. Доски используют для изготовления элементов деревянных конструкций.
В строительстве применяют в основном пиломатериалы из хвойных пород: сосны, ели, лиственницы, пихты, кедра; реже из лиственных: дуба, бука, ясеня, клена, вяза, березы, ольхи, осины, тополя, липы. Выход пиломатериалов из бревен составляет 60–65 % .
Фанера – представляет собой конструкционно-отделочный листовой материал, состоящий из трех и более слоев лущеного шпона, склеенных между собой с взаимноперпендикулярным расположением волокон в смежных листах. По числу слоев шпона различают трехслойную, пятислойную и многослойную фанеру (число слоев всегда нечетное). Наружние слои шпона называют «рубашками», а внутренние – «серединками». Под лицевую «рубашку» выбирают шпон с меньшими древесными пороками, чем для внутренних слоев. Шпон получают на специальных лущильных станках путем срезания слоя древесины в виде непрерывной широкой ленты с вращающегося, предварительно распаренного кряжа и последующего раскраивания на форматные листы (рис. 3). Для склеивания шпона применяют водостойкие клеи (фенолоформальдегидные, карбамидные или белковые). Для получения клееной фанеры наиболее широко используют древесину березы, бука и сосны. Фанеру выпускают различной толщины и формата, плоскую и профилированную. Если толщина слоев превышает 12 мм, то такие изделия называют фанерными плитами.
Фанера является одним из распространенных отделочных материалов. Из всех известных плитных материалов на основе древесины наиболее качественным и универсальным для строительства является строительная фанера. Она издавна применялась в архитектуре интерьера и производстве мебели, а в настоящее время, благодаря специальной обработке, используется и для внешней отделки зданий. Фанерой отделывают стены и потолки по реечному каркасу, прикрепленному к железобетонным, деревянным или каменным конструкциям, при этом швы между листами обивают деревянными раскладками. Кроме того,
фанеру применяют для изготовления дверей, перегородок, панелей, балок и рам.
Фанеру повышенной водостойкости, обладающую высокой прочностью и жесткостью, применяют для изготовления пространственных несущих и ограждающих конструкций, в том числе и для условий повышенной влажности, в частности, в качестве кровельного материала. Березовая фанера повышенной прочности называется бакелизированной. Ее изготовляют из листов шпона, пропитанного и склеенного фенолоформальдегидными смолами. Она имеет предел прочности при растяжении 60–80 МПа и легка как древесина. Кроме высокой прочности она обладает повышенной водо- и атмосферостойкостью. В некоторых случаях, для придания бакелизированной фанере большей прочности, между отдельными ее слоями прокладывают армирующую металлическую сетку или облицовывают лицевую поверхность металлической фольгой. Бакелизированная фанера служит, главным образом, для внутренних облицовок в общественных зданиях, в качестве наружного слоя щитовых дверей, а также для изготовления легких конструктивных элементов, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности .
Рис. 3. Схемы получения строганого (а) и лущеного (б) шпона:
а – 1 – брус, 2 – прижимная рейка, 3 –лист строганого шпона, 4 – нож;
б – L – длина ножа; 11 – кулачок; 21 – чурак; 3' – лист лущеного шпона; 4 – нож
Фанера декоративная применяется как отделочный материал в архитектуре. Она облицовывается пленочными покрытиями, иногда в сочетании с декоративной бумагой, имитирующей текстуру ценных пород древесины. По характеру покрытия лицевая поверхность бывает глянцевой и полуматовой.
Древесно-слоистые пластики. Это листовые, плитные и профильные древесные материалы с улучшенными свойствами, изготавливаемые механической, термической, химической и комбинированной обработкой сырья. Древесно-слоистые пластики представляют собой листы или плиты, изготовленные из лущеного шпона, пропитанные и склеенные фенолоформальдегидным полимером под давлением в процессе термообработки. По сути это древесные пластмассы, в которых роль основного армирующего элемента – наполнителя выполняют листы лущеного шпона. Эти материалы имеют гладкую, напоминающую лакированную, поверхность с хорошо просматриваемой текстурой древесного шпона.
Они отличаются от фанеры большей плотностью и более высокими механическими свойствами. Они стойки к действию масел, растворителей, моющих средств. Применяются при отделке мебели, покрытия для полов, для изготовления многих строительных конструкций в качестве вспомогательных, крепежных и монтажных элементов – прокладки, окаймляющие ребра; вкладыши, болты, стержни и т.п. Их используют также для конструкций, к которым предъявляются требования повышенной химической стойкости, высокого сопротивления истиранию, гладкости поверхности. Они успешно заменяют во многих отраслях стройиндустрии черные и цветные металлы, дорогостоящие текстолит и гетинакс .
Материалы из древесных отходов. К ним относятся древесно-стружечные, древесно-волокнистые и цементно-стружечные плиты, фибролит и арболит.
Древесно-стружечные плиты (ДСП) получают горячим прессованием древесной стружки со связующими веществами (мочевино- и фенолоформальдегидными смолами). По виду обработки поверхности плиты могут быть шлифованными или с шероховатой поверхностью. Их применяют в каркасных конструкциях, для облицовки стен и потолков, для устройства ограждений, оснований под полы, встроенной мебели, а также для звукоизоляции. Применение их в помещениях с повышенной влажностью не рекомендуется. Во многих случаях ДСП являются составной частью трехслойных панелей. В этом случае обшивками служат сверхтвердые древесно-волокнистые плиты, а средним слоем – ДСП. Такие панельные конструкции, обладающие высокой прочностью и отличными теплозвукоизоляционными свойствами, идут на строительство стандартных малоэтажных домов. ДСП могут также с успехом применяться для устройства сплошного основания под кровлю из рулонных или плиточных материалов. К недостаткам ДСП относятся: разнотолщинность и коробление, что обусловлено старением синтетических связующих, изменениями влажности и т.п.
Древесно-волокнистые плиты (ДВП) получают также горячим прессованием, но уже волокнистой массы, которую получают измельчением «неделовой» древесины (отходов деревообработки, макулатуры, стеблей тростника) со связующим – смолой. ДВП имеют те же области применения, что и ДСП, но в отличие от последних, они обладают высокими звукопоглощающими свойствами, их используют, главным образом, для акустической отделки стен. Особенно ценными для строительства являются отделочные и теплозвукоизоляционные ДВП. Красивый внешний вид, разнообразие цвета и фактур, крупноформатные размеры, легкость монтажа и обработки, невысокая стоимость предопределяют высокую эффективность их применения.
Поскольку точное определение предела пропорциональности затруднено, на практике определяется предел текучести от — напряжение, вызывающее остаточную деформацию определенной величины. Например, а0,2 — напряжение, при котором остаточная деформация равна 0,2 % от первоначальной длины образца.
2.Общее понятие древесины
Древесина наряду с природными каменными материалами является самым древним строительным материалом.
Древесина – экологически чистый материал, хорошо сопротивляется статическим и динамическим нагрузкам, весьма легкий и в то же время прочный. На сжатие вдоль волокон по прочности древесина не уступает бетону, а при изгибе – значительно превосходит его. Благодаря высокой пористости (30…80%) древесина имеет малую теплопроводность (0,16…0,30 Вт/м · К). Она легко поддается механической обработке, хорошо склеивается, удерживает металлические крепления (гвозди, шурупы, скобы). Современные передовые технологии в сочетании с уникальными природными свойствами древесины позволяют создавать долговечные деревянные конструкции, восхищающие своей красотой и совершенством.
В отличие от других материалов древесина «дышит». В клеточном строении происходит постоянный обмен воздуха, а относительная влажность внутри деревянных зданий поддерживается, как правило, на уровне 45…57%, что соответствует оптимальному диапазону влажности (40…60%), при котором суммарное влияние вредных факторов на организм оказывается наименьшим. Древесина обладает также высокой химической стойкостью, декоративностью и постоянно восполняемой сырьевой базой.
Нашли применение и побочные продукты лесозаготовок, деревообработки и лесопиления (стружка, дробленка, опилки и др.), что значительно повышает эффективность ее применения. Из них получают древесностружечные и древесноволокнистые плиты, древеснослоистый пластик, арболит, ксилолит, фибролит и др.
Вместе с тем древесина обладает и некоторыми недостатками, ограничивающими область ее применения: анизотропностью (неоднородностью строения и свойств в разных направлениях); повышенной гигроскопичностью (что приводит к неравномерному набуханию, короблению и растрескиванию пиломатериалов и изделий); легкой возгораемостью; загниваемостью в переменно-влажностных условиях; наличием разнообразных пороков, снижающих ее сортность.
Большинство этих недостатков можно преодолеть технологическими защитными мероприятиями, созданием благоприятных условий эксплуатации (например, путем изготовления клееных деревянных изделий и конструкций) и др. В клееных конструкциях, где при их изготовлении убираются все дефекты и пороки, прочность древесины увеличивается в несколько раз, а в древеснослоистых пластиках прочность достигает 150…250 МПа. Возможно также создание композиционных материалов на основе древесины в сочетании с полимерами, минеральными вяжущими, волокнами и металлами.
-
Классификация изделий из древесины и области их применения
Все лесоматериалы принято подразделять на две большие группы: обработанные и необработанные. Под необработанными или круглыми подразумеваются отрезки древесных стволов с корой или без нее, с обрубленными сучьями и правильно опиленными торцами. В зависимости от диаметра ствола в верхнем срубе они в свою очередь подразделяются на бревна (не менее 12 см), подтоварник (8–11 см) и жерди (3–7 см).
Бревна, в зависимости от назначения, бывают строительные и пиловочные. Строительные бревна изготовляют из стволов сосны, лиственницы, кедра, ели, дуба. Они предназначены для несущих строительных конструкций промышленных, общественных и жилых зданий и гидротехнических сооружений, а также для свай, элементов свайных опор и пролетных строений деревянных мостов. Пиловочные - изготовляют из стволов хвойных и лиственных пород и предназначаются для получения различных пиломатериалов. Короткие толстые бревна (диаметром более 20 см) называют кряжами, их используют для получения различных видов фанеры.
К обработанным лесоматериалам относятся пиломатериалы, фанера и древесные пластики.
Пиломатериалы представляют собой отдельные части пиловочных бревен, полученные после продольной их распиловки. В свою очередь, они подразделяются на доски, бруски и брусья (рис. 2).
Рис. 2. Виды пиломатериалов:
а – двухкантный брус; б –трехкантный брус; в – четырехкантный брус; г –доска необрезная; д –чистообрезная доска; е – обрезная доска с тупым обзолом; ж –обрезная доска с острым обзолом;
з –брусок; и –облапол горбыльный; к –облапол дощатый; л –шпала необрезная; м –шпала обрезная; 1 –пласть доски; 2 –кромка; 3 –ребро; 4 – торец
Досками называют пиломатериалы толщиной до 10 см, ширина которых более двукратной толщины. Бруски также имеют толщину до 10 см, но ширина их менее двукратной толщины. Доски и бруски, в свою очередь, подразделяют на обрезные с пропиленными кромками и необрезные, у которых кромки не пропилены. Брусья – это пиломатериалы, толщина и ширина которых более 10 см. Они бывают четырехкантные, трехкантные и двухкантные. Строительные брусья применяют для несущих конструкций зданий – балок, междуэтажных перекрытий, стропил, а также для пролетных строений мостов. Из брусков изготовляют элементы деревянных конструкций и столярные изделия. Доски используют для изготовления элементов деревянных конструкций.
В строительстве применяют в основном пиломатериалы из хвойных пород: сосны, ели, лиственницы, пихты, кедра; реже из лиственных: дуба, бука, ясеня, клена, вяза, березы, ольхи, осины, тополя, липы. Выход пиломатериалов из бревен составляет 60–65 % .
Фанера – представляет собой конструкционно-отделочный листовой материал, состоящий из трех и более слоев лущеного шпона, склеенных между собой с взаимноперпендикулярным расположением волокон в смежных листах. По числу слоев шпона различают трехслойную, пятислойную и многослойную фанеру (число слоев всегда нечетное). Наружние слои шпона называют «рубашками», а внутренние – «серединками». Под лицевую «рубашку» выбирают шпон с меньшими древесными пороками, чем для внутренних слоев. Шпон получают на специальных лущильных станках путем срезания слоя древесины в виде непрерывной широкой ленты с вращающегося, предварительно распаренного кряжа и последующего раскраивания на форматные листы (рис. 3). Для склеивания шпона применяют водостойкие клеи (фенолоформальдегидные, карбамидные или белковые). Для получения клееной фанеры наиболее широко используют древесину березы, бука и сосны. Фанеру выпускают различной толщины и формата, плоскую и профилированную. Если толщина слоев превышает 12 мм, то такие изделия называют фанерными плитами.
Фанера является одним из распространенных отделочных материалов. Из всех известных плитных материалов на основе древесины наиболее качественным и универсальным для строительства является строительная фанера. Она издавна применялась в архитектуре интерьера и производстве мебели, а в настоящее время, благодаря специальной обработке, используется и для внешней отделки зданий. Фанерой отделывают стены и потолки по реечному каркасу, прикрепленному к железобетонным, деревянным или каменным конструкциям, при этом швы между листами обивают деревянными раскладками. Кроме того,
фанеру применяют для изготовления дверей, перегородок, панелей, балок и рам.
Фанеру повышенной водостойкости, обладающую высокой прочностью и жесткостью, применяют для изготовления пространственных несущих и ограждающих конструкций, в том числе и для условий повышенной влажности, в частности, в качестве кровельного материала. Березовая фанера повышенной прочности называется бакелизированной. Ее изготовляют из листов шпона, пропитанного и склеенного фенолоформальдегидными смолами. Она имеет предел прочности при растяжении 60–80 МПа и легка как древесина. Кроме высокой прочности она обладает повышенной водо- и атмосферостойкостью. В некоторых случаях, для придания бакелизированной фанере большей прочности, между отдельными ее слоями прокладывают армирующую металлическую сетку или облицовывают лицевую поверхность металлической фольгой. Бакелизированная фанера служит, главным образом, для внутренних облицовок в общественных зданиях, в качестве наружного слоя щитовых дверей, а также для изготовления легких конструктивных элементов, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности .
Рис. 3. Схемы получения строганого (а) и лущеного (б) шпона:
а – 1 – брус, 2 – прижимная рейка, 3 –лист строганого шпона, 4 – нож;
б – L – длина ножа; 11 – кулачок; 21 – чурак; 3' – лист лущеного шпона; 4 – нож
Фанера декоративная применяется как отделочный материал в архитектуре. Она облицовывается пленочными покрытиями, иногда в сочетании с декоративной бумагой, имитирующей текстуру ценных пород древесины. По характеру покрытия лицевая поверхность бывает глянцевой и полуматовой.
Древесно-слоистые пластики. Это листовые, плитные и профильные древесные материалы с улучшенными свойствами, изготавливаемые механической, термической, химической и комбинированной обработкой сырья. Древесно-слоистые пластики представляют собой листы или плиты, изготовленные из лущеного шпона, пропитанные и склеенные фенолоформальдегидным полимером под давлением в процессе термообработки. По сути это древесные пластмассы, в которых роль основного армирующего элемента – наполнителя выполняют листы лущеного шпона. Эти материалы имеют гладкую, напоминающую лакированную, поверхность с хорошо просматриваемой текстурой древесного шпона.
Они отличаются от фанеры большей плотностью и более высокими механическими свойствами. Они стойки к действию масел, растворителей, моющих средств. Применяются при отделке мебели, покрытия для полов, для изготовления многих строительных конструкций в качестве вспомогательных, крепежных и монтажных элементов – прокладки, окаймляющие ребра; вкладыши, болты, стержни и т.п. Их используют также для конструкций, к которым предъявляются требования повышенной химической стойкости, высокого сопротивления истиранию, гладкости поверхности. Они успешно заменяют во многих отраслях стройиндустрии черные и цветные металлы, дорогостоящие текстолит и гетинакс .
Материалы из древесных отходов. К ним относятся древесно-стружечные, древесно-волокнистые и цементно-стружечные плиты, фибролит и арболит.
Древесно-стружечные плиты (ДСП) получают горячим прессованием древесной стружки со связующими веществами (мочевино- и фенолоформальдегидными смолами). По виду обработки поверхности плиты могут быть шлифованными или с шероховатой поверхностью. Их применяют в каркасных конструкциях, для облицовки стен и потолков, для устройства ограждений, оснований под полы, встроенной мебели, а также для звукоизоляции. Применение их в помещениях с повышенной влажностью не рекомендуется. Во многих случаях ДСП являются составной частью трехслойных панелей. В этом случае обшивками служат сверхтвердые древесно-волокнистые плиты, а средним слоем – ДСП. Такие панельные конструкции, обладающие высокой прочностью и отличными теплозвукоизоляционными свойствами, идут на строительство стандартных малоэтажных домов. ДСП могут также с успехом применяться для устройства сплошного основания под кровлю из рулонных или плиточных материалов. К недостаткам ДСП относятся: разнотолщинность и коробление, что обусловлено старением синтетических связующих, изменениями влажности и т.п.
Древесно-волокнистые плиты (ДВП) получают также горячим прессованием, но уже волокнистой массы, которую получают измельчением «неделовой» древесины (отходов деревообработки, макулатуры, стеблей тростника) со связующим – смолой. ДВП имеют те же области применения, что и ДСП, но в отличие от последних, они обладают высокими звукопоглощающими свойствами, их используют, главным образом, для акустической отделки стен. Особенно ценными для строительства являются отделочные и теплозвукоизоляционные ДВП. Красивый внешний вид, разнообразие цвета и фактур, крупноформатные размеры, легкость монтажа и обработки, невысокая стоимость предопределяют высокую эффективность их применения.