МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ 3 страница

1 Медленное и равномерное охлаждение при большом давлении.

2 Медленное и равномерное охлаждение при нормальном давлении.

3 Быстрое и неравномерное охлаждение при большом давлении.

4 Быстрое и неравномерное охлаждение при нормальном давлении.

11 Какие условия являются благоприятными для процесса аморфизации магмы и формирования аморфной структуры горных пород?

1 Медленное и равномерное охлаждение при большом давлении.

2 Медленное и равномерное охлаждение при нормальном давлении.

3 Быстрое и неравномерное охлаждение при большом давлении.

4 Быстрое и неравномерное охлаждение при нормальном давлении.

12 Назовите представителя породообразующих минералов из группы алюмосиликатов.

1 Полевые шпаты.

2 Ангидрит.

3 Гипс.

4 Известняк.

13 Почему мрамор не рекомендуется применять для наружной облицовки зданий и сооружений?

1 Вследствие его низкой плотности и малой морозостойкости.

2 Мрамор теряет свои декоративные свойства вследствие коррозии.

3 Под действием солнечной радиации мрамор темнеет.

4 Мрамор плохо поддается механической обработке из-за высокой прочности и твердости.

14 Для чего горную породу измельчают в тонкий порошок при определении истинной плотности?

1 Для того, чтобы разрушить кристаллическую решетку.

2 Для ликвидации пор и дефектов строения горной породы с целью получения объема абсолютно плотного материала.

3 Для удобства помещения пробы материала в пикнометр.

4 Для того, чтобы навеску взвесить с погрешностью 0,01 г.

15 С какой целью образцы неправильной формы покрывают слоем парафина при определении плотности образцов горной породы?

1 Для придании образцам правильной геометрической формы.

2 Для правильного определения объема образца и создания водонепроницаемого слоя на поверхности образца.

3 Для снижения доли открытых пор в объеме образца.

4 С целью улучшения санитарно-гигиенических условий.

Лабораторная работа № 2

СТРОИТЕЛЬНАЯ ДРЕВЕСИНА

Общие сведения

Древесина является весьма распространенным строительным материалом, который широко применяется в строительстве благодаря ряду положительных свойств: высокая прочность при малой плотности, малая теплопроводность, легкость механической обработки, простота скрепления отдельных элементов, высокие декоративные показатели.

Вместе с тем древесина имеет ряд недостатков, связанных с ее растительным происхождением. Строительные свойства древесины существенно ухудшаются за счет ее анизотропности, гигроскопичности, наличия пороков, способности к загниванию.

Изучение строения древесины и ее физико-механических свойств необходимо для того, чтобы смягчить и ослабить влияние отрицательных свойств и в максимальной степени использовать положительные свойства при использовании ее в качестве строительного материала.

В зависимости от степени переработки различают:

− лесные материалы, получаемые путем механической обработки стволов дерева (бревна, пиломатериалы), в таком виде древесина сохраняет все присущие ей свойства;

− готовые изделия и конструкции, изготовляемые специально в заводских условиях (столярные плиты, оконные и дверные блоки, элементы и детали сборных домов, клееные конструкции), свойства древесины при этом используются более рационально;

− синтетические материалы, получаемые при глубокой переработке древесного сырья (древесноволокнистые и древесно-стружечные плиты, клееная фанера, арболит и др.), в которых вовлекаются в переработку почти все отходы, образующиеся при обработке древесины.

Для определения породы древесины и суждения о ее свойствах изучают макроструктуру древесины невооруженным глазом или под небольшим увеличением.

Древесина имеет анизотропное строение, поэтому для более полного представления о качестве макроструктуры древесины, ее изучают по трем разрезам ствола дерева (рисунок 6):

– поперечному (торцевому);

– радиальномупродольному (по диаметру или радиусу);

– тангентальномупродольному (по хорде).

В поперечном и радиальном разрезах ствола различают следующие основные части: кору, камбий, собственно древесину (заболонь и ядро) и сердцевину (рисунок 7).

На этих же разрезах различимы концентрически расположенные слои, каждый из которых соответствует одному году жизни дерева.

Рисунок 6 – Главные разрезы дерева

а) – торцевой разрез; б) – радиальный разрез; в) – тангентальный разрез

Рисунок 7 – Основные части древесины на торцевом разрезе

1 - кора; 2 - камбий; 3 - собственно древесина: 3а) – заболонь; 3б) – ядро;

4 – сердцевина; 5 – сердцевинные лучи

Ранняя древесина, образованная весной и в начале лета, имеет светлые крупные тонкостенные клетки, большую пористость и невысокую прочность.

Поздняя древесина, образовавшаяся летом и в начале осени, имеет темный цвет, более высокие плотность и прочность. Годичный слой состоит из кольца ранней и кольца поздней древесины, хорошо различимых на торцевом сечении большинства древесных пород. Чем толще слои поздней древесины, тем выше прочность древесной породы в целом.

Строительной древесиной называют освобожденную от коры ткань древесных волокон, которая содержится в стволе дерева. Тканью называется группа клеток с одинаковым строением и функциями.

Изучая строение древесины под большим увеличением, можно увидеть, что основную ее массу составляют растительные клетки, вытянутые вдоль ствола (микроструктура). Некоторые клетки вытянуты в поперечном направлении (клетки сердцевинных лучей). Каждая клетка имеет оболочку (стенку), древесина растущего дерева содержит живые и отмершие клетки. В живых клетках содержится протоплазма, ядро и клеточный сок.

Срубленная древесина состоит из омертвевших клеток, т.е. из клеточных оболочек. Оболочки клеток сложены из нескольких слоев очень тонких волоконец, называемыхмикрофибриллами, которые, в свою очередь, состоят из длинных нитевидных цепных молекул целлюлозы - высокомолекулярного природного полимера (С₆Н₅О₅) со сложным строением макромолекул, которые очень эластичны и сильно вытянуты.

По назначению клетки делятся на три группы: проводящие, механические и запасающие.

Проводящие клетки служат для передачи питательных веществ от корней к ветвям и листьям. Они в основном находятся в камбии и заболони. В лиственных породах ими являются сосуды, расположенные вдоль оси ствола.

Лиственные породы, называемые кольцесосудистыми (дуб, вяз, ясень), имеют крупные сосуды, которые располагаются в ранней части годичного слоя, и мелкие, собранные в группы или распределенные по всей площади поздней древесины.

В рассеяннососудистых лиственных породах (липа, береза, осина) крупных сосудов нет, и различия между ранней и поздней частями годичного слоя не наблюдаются. Деревья хвойных пород сосудов не имеют, они состоят из замкнутых удлиненных клеток − трахеид. У большинства хвойных пород между трахеидами в поздней части годичного слоя находятся смоляные ходы − межклеточные пространства, заполненные смолой.

Механические клетки имеют вытянутую форму, толстые стенки и узкие внутренние полости, которые плотно соединены между собой. Эти клетки и придают древесине высокую прочность, занимая основной объем ствола.

Запасающие клетки находятся большей частью в сердцевинных лучах и служат для хранения и передачи питательных веществ живым клеткам в горизонтальном направлении. Эти клетки очень слабые и легко загнивают.

Схема анатомического строения сосны и дуба приведены на рисунках 8 и 9.

Большое влияние на свойства древесины оказывает ее влажность. Изменение влажности сказывается на прочности, плотности, теплопроводности, приводит к изменению формы и размеров изделия.

По содержанию влаги различают:

– мокруюдревесину с влажностью до 100 % и более;

– свежесрубленную древесину с влажностью 35 % и более;

– воздушно-сухую древесинус влажностью 15...20 %;

– комнатно-сухую древесину с влажностью 8...15 %;

– абсолютно сухую, получаемую путем высушивания древесины до постоянной массы при температуре 105...110 °C.

Рисунок 8 − Схема анатомического Рисунок 9 − Схема анатомического строения сосны: строения дуба:

1− смоляной ход; 2 − годичный слой; 1 − широкие и узкие сердцевинные лучи;

3 − многорядный луч; 4 − поры; 2 − либриформ; 3 − паренхима;

5 − сердцевинные лучи. 4 − мелкие сосуды; 5 − крупные сосуды

В древесине постоянно имеется влага гигроскопическая и капиллярная (свободная).

Гигроскопическая (связанная)влага за счет молекулярных сил адсорбции и капиллярной конденсации закрепляется в стенках клеток и покрывает поверхность мельчайших пор водными оболочками. Клетки при этом набухают, увеличиваются в объеме, что приводит к снижению прочности.

Капиллярная (свободная) влага заполняет полости клеток и межклеточное пространство в условиях водопоглощения при контакте древесины с водой.

Влажность древесины, соответствующая предельному количеству гигроскопической влаги, называется точкой насыщения волокони изменяется в пределах 23…35% для различных пород древесины.

Влажность, которую древесина набирает при длительном нахождении в условиях с постоянными значениями относительной влажности и температуры, называется равновесной.

В связи с тем, что основные свойства древесины находятся в непосредственной зависимости от влажности древесины, то все показатели ее свойств приводятся к стандартной влажности, равной 12 %.

Механические свойства древесины неодинаковы в различных направлениях и также зависят от многих факторов. То же относится и к плотности древесины. Средние показатели строения и некоторых свойств древесины приведены в таблице 11.

Таблица 11 − Средние показатели строения и некоторых свойств древесины

Сильное влияние на качество древесины оказывают пороки (фауты).

Пороками древесины называют изменения ее внешнего вида, нарушения правильности строения, целостности ее тканей и другие недостатки, снижающие качество древесины и ограничивающие возможности практического использования. По ГОСТ 2140 пороки древесины разделены на девять групп. В каждую группу входит несколько видов пороков. Некоторые из них делятся на разновидности.

Сучки являются самыми распространенным и неизбежным пороком древесины. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон и годичных слоев, уменьшают рабочее сечение пиломатериалов, понижают прочность древесины, затрудняют ее механическую обработку и ухудшают внешний вид готовых изделий.

По состоянию древесины различают сучки здоровые, загнившие, гнилые и табачные.

По степени срастания сучки могут быть сросшиеся, частично-сросшиеся, несросшиеся и выпадающие несросшиеся.

По взаимному расположению бывают сучки разбросанные, групповые, разветвленные.

Для изготовления несущих деревянных конструкций допускается древесина, имеющая лишь здоровые сучки, число и размеры которых ограничены для каждого сорта материала.

Трещины образуются в растущем дереве от усыхания ядра, раскачивания ветром, от мороза, а также при высыхании срубленного дерева.

По форме и расположению трещины делятся на сквозные и несквозные, на сомкнутые и разошедшиеся. Они могут располагаться как на одной плоскости (простые), так и на нескольких (сложные). Различают метиковые трещины, проходящие вдоль оси ствола через сердцевину, по радиусу или диаметру; отлупные, проходящие вдоль оси ствола по годичному кольцу; трещины усушки, возникающие от неправильной сушки и хранения сортамента; морозные, располагающиеся около корней и сучков и проходящие вдоль оси ствола через заболонь и камбий.

Пороки формы ствола. Сбежистость и закомелистость характеризуют соответственно постепенное и резкое изменение диаметра ствола по его длине. Кривизна представляет собой отклонение продольной оси сортамента от прямой линии. Она может быть односторонней и разносторонней, причем искривление ствола возможно в одной или нескольких плоскостях.

Пороки строения древесины проявляются в неправильном расположении или развитии волокон и годичных слоев. В свою очередь, они разделяются на:

– пороки строения, обусловленные неправильным расположением волокон и годичных слоев: наклон волокон, свилеватость, завиток;

– пороки строения, обусловленные образованием реактивной древесины: крень, тяговая древесина;

– пороки строения в виде нерегулярных анатомических образований: ложное ядро, прожилки, пятнистость;

– пороки строения в виде ран: сухобокость, прорость, рак;

− пороки строения, проявляющиеся в виде ненормальных отложений: водослой, засмолок, кармашек;

– пороки строения ствола: пасынки и глазки;

– пороки строения сердцевины: двойная сердцевина и смещенная сердцевина.

Химические окраски.

Грибные поражения представляют собой заметные изменения цвета, структуры и твердости древесины, вызванные грибами (плесень, синева, гниль, дупло).

Биологические повреждения представляют собой различного рода отверстия или бороздки, вызванные действием насекомых, птиц и паразитных растений (червоточина, повреждения растениями и птицами). Различают червоточины поверхностные, неглубокие, глубокие, некрупные, крупные, сквозные.

Покоробленности (продольная, поперечная и крыловатость) возникают при распиловке, сушке или хранении древесины.

Инородные включения., механические повреждения и пороки обработки: обугленность древесины, обдир коры, скос пропила, обзол, закорина, бахрома, заруб, скол, вырыв и т.п.

Рассматривая пороки древесины, следует отметить, что часть из них значительно изменяет качество древесины, другие незначительно влияют на нее, от некоторых можно освободиться, используя и применяя прогрессивные методы обработки. Многие пороки древесины повышают декоративность изделий из нее. На декоративность изделий из древесины значительное влияние оказывают такие свойства как цветовой тон (цвет), блеск и текстура.

Цвет зависит от содержания красящих, дубильных и смолистых веществ и продуктов их окисления, имеющихся в полостях и стенках клеток. На цвет влияют возраст и район произрастания дерева, а также состояние древесины (влажность). В древесине различают следующие цвета:

- белый (береза, клен, осина, липа, граб, ель, пихта);

- серый (грецкий орех, хурма, ясень, акация);

- черный (эбеновое дерево, макасар, мореный дуб);

- коричневый светлый (орех, каштан, карагач, дуб, груша);

- коричневый темный (орех, палисандр, абрикос, тик);

- красный (маклюра, падук, махагони, ольха, тис);

- красно-фиолетовый (амарант);

- бурый (дуб, карагач, лиственница, кедр, орех, тис, бук, махагони, тополь);

- розовый (груша, бук, ольха, чинара, яблоня);

- желтый (лимонное дерево, самшит, белая акация, карельская береза, сосна).

Наибольшее количество пород древесины имеет розовато-бурые и красновато-коричневые тона, меньше – желтые и совсем мало красных, черных и серых тонов.

Цвета отдельных кусочков шпона в мозаичном наборе влияют друг на друга, т.е. вступают в определенные отношения, создавая цветовую гамму. Отношение цветов может быть построено на контрасте, нюансе или тождестве, что определяется конкретной задачей. Цветовое решение подчиняется художественному содержанию набора, его назначению. В случае украшения мебели, цветовое решение должно быть увязано с назначением, формой и цветом украшаемой мебели.

Свойства цветов. Кажущееся удаление цветовой поверхности от зрителя, или приближение; слияние цветов на расстоянии; влияние цвета на кажущееся увеличение или уменьшение размеров детали; изменение цвета при искусственном освещении; ощущение тепла и холода. Светлые элементы на темном фоне кажутся больше, а темные на светлом – меньше истинных размеров. Искусственный цвет также значительно изменяет цветовой тон и яркость.

Расширить и обогатить палитру помогает умелое использование законов восприятия цвета, в частности закона хроматического контраста:

− цвета взаимно влияют друг на друга. Поэтому восприятие объекта зависит от окружения, в котором он находится;

− противоположные цвета спектра наиболее контрастны по отношению друг к другу. Помещенные рядом, они усиливают яркость и насыщенность;

− при соседстве близких по тону цветов, насыщенность обоих уменьшается;

− ахроматический тон на цветовом фоне приобретает цветовой оттенок.

Блеск − способность отражать световой поток. Блеск зависит от количества, величины и характера расположения сердцевинных лучей, а также вида разреза (лучше на радиальном разрезе). На блеск влияет освещение. Характер блеска неодинаков у разных пород. В значительной степени это свойство проявляется у бука, клена, чинары, белой акации.

На блеск влияет характер размещения сердцевинных лучей: чем крупнее сердцевинные лучи (дуб) и чем плотнее древесина, т.е. чем кучнее расположены сердцевинные лучи (клен), тем значительнее будет блеск.

В древесине различают следующие разновидности блеска:

− матовый (сатиновый) блеск – дуб, тополь, осина, береза, груша, липа, тик;

− шелковистый блеск – ива, вяз, ясень, черемуха, чинара, кедр, клен;

− муаровый блеск (с волнообразным отливом) – береза, серый клен, лавровишня;

− золотистый блеск – черешня.

Блеск и цвет древесины зависят не только от ее природных свойств, но и от условий освещения, что называют светоотражением древесины. При поворачивании поверхности древесины по отношению к источнику света наблюдаются светотеневые переливы: матовые места становятся блестящими, темные – светлыми, и наоборот. Светотеневые переливы у одних пород хорошо заметны только на продольном разрезе, у других - на всех разрезах. Они существенно влияют на декоративные качества древесины, усиливая или ослабляя ее выразительные звучание, поэтому блеск древесины учитывают при составлении мозаичных наборов. Под влиянием блеска цвет древесины меняет оттенок, приобретая золотистый или серебристый отлив.

Для усиления цвета и блеска древесины применяют:

− отбеливание – обработка древесины отбеливающими средствами (пергидроль, цианистая и щавелевая кислоты) с целью получения чистых и ярких тонов, осветления цветового фона;

− обжиг пламенем газовой горелки с предварительной обработкой неразбавленной HCL или огнеупорной солью для предотвращения растрескивания и коробления.

Текстура. Зависит от строения и вида разреза. Лучше у кольцесосудистых пород. Чем сложнее строение древесины и разнообразнее сочетания отдельных ее элементов, тем богаче текстура. Влияют ширина годичных слоев, степень различия в окраске ранней и поздней древесины, наличие сердцевинных лучей и капа, направление волокон, свилеватость и др.

Многообразие текстур сводится к 12 видам:

− без выраженного рисунка с поверхностью ровного спокойного цвета (черное дерево, груша, липа);

− мелкокрапчатый рисунок − от разреза сердцевинных лучей (бук, дуб, чинара);

− муаровый рисунок – волнообразный отлив (красное дерево, серый клен, береза);

− полосатый рисунок – узкие или широкие темные полосы при радиальном разрезе дерева (красное дерево, орех, палисандр);

− волнистый рисунок – вследствие специфических условий роста дерева, но чаще искусственно при строгании дерева с полосатой текстурой специальным ножом;

− V-образный рисунок – рисунок с расходящимися от основания полосами на тангентальном разрезе. Встречается у древесных пород с различной окраской ранней и поздней древесины;

− криволинейный рисунок – следствие ненормальных условий роста дерева (искривление ствола, образование нароста). На тангентальных разрезах (орех, карагач, ясень);

− листообразный рисунок – на тангентальном разрезе вблизи разветвлений (ясень);

− сучковатый рисунок – у древесных пород с большим количеством сучков (акация, сосна, ель);

− раковинный рисунок – в комлевой части и у развилин (кавказский орех, карагач, ясень). На относительно ровной поверхности попадаются раковины с перепутанным рисунком линий и темными пятнами;

− рисунок “птичий глаз” – отдельно разбросанные раковины с пятнами разных размеров, обвитых перепутанными линиями. Образуется от непроросших почек, образовавшихся под корой (клен, ясень, карельская береза);

− наплывные рисунки – самые живописные разновидности текстуры. Встречаются у древесных пород, образующих в процессе роста капы и наплывы (карагач, береза, вяз).

Цель работы

Изучить строение древесины, степень ее однородности, содержание поздней древесины и влияние этих показателей на механические свойства; исследовать влияние влажности на прочность древесины; изучить пороки древесины и оценить их возможные влияния на качество изделий из древесины.

Порядок выполнения работы

Каждое звено студентов получает образцы древесины, выдержанные в условиях лаборатории длительное время и определяет:

– равновесную влажность;

– число годичных слоев и содержание поздней древесины;

– рассчитывает пределы прочности древесины при сжатии вдоль волокон и при изгибе в тангенциальном направлении по процентному содержанию поздней древесины, применяя эмпирические формулы;

– определяет действительную прочность древесины испытанием и сравнивает полученные данные с рассчитанными значениями;

– изучает влияние влажности на прочность древесины при сжатии вдоль волокон;

− определяет породу древесины по внешнему виду (приложение 1).

При этом: первое звено испытывает образцы древесины, высушенной до постоянной массы (w = 0 %); второе звено – образцы с равновесной влажностью; третье звено – образцы с предельно возможным количеством гигроскопической влаги, соответствующей точке насыщения волокон (w ≈ 30 %);а четвертое звено – образцы в насыщенном водой состоянии;

– вся подгруппа (по указанию преподавателя) изучает пороки древесины по атласам, каталогам, стандартам, образцам, делают их зарисовки и анализируют их влияние на свойства изделий их древесины.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

1 Определение равновесной влажности древесины

Перед испытанием образцы древесины должны длительное время находиться в условиях лаборатории при постоянных значениях относительной влажности и температуры воздуха. Только при таких условиях в древесине установится равновесная влажность.

Равновесная влажность древесины определяется с помощью психрометра, психрометрической таблицы (таблица 12) и диаграммы Н.Н. Чулицкого (рисунок 10).

Таблица 12 − Психрометрическая таблица

Пример. Психрометр в лаборатории показывает температуру воздуха 19 °С, показания влажного термометра психрометра 15 °С. По таблице 12 при разнице показаний t _сух – t _вл=4 °С для 20 °С влажность воздуха равна 60 %, а для 19 °С – 58,5 % (по интерполяции).

По диаграмме Н.Н. Чулицкого на пересечении горизонтальной линии (W _возд = 58,5 %) и вертикальной линии (t _сух = 19 °С) определим равновесную влажность древесины, которая составляет 11 % (по ближайшей наклонной линии с интерполяцией).

2 Определение числа годичных слоев в 1 см и содержания поздней древесины

Для определения числа годичных слоев в 1 см на торцовой поверхности образца древесины по радиальному направлению отмечают границы крайних целых годичных слоев на участке, равном примерно 20 мм, и подсчитывают на нем число слоев (рисунок 11).

В л а ж н о с т ь в о з д у х а, %

· Т е м п е р а т у р а в о з д у х а, °С

·

Рисунок 10 − Диаграмма для определения равновесной влажности древесины

Рисунок 11 − Схема замеров ширины зоны поздней древесины

Расстояние между метками (длина измеряемого участка l) замеряют с погрешностью 0,5 мм. Количество целых годичных слоев, приходящихся на 1 см, подсчитывают путем деления числа слоев на участке на протяженность участка в см. В каждом годичном слое между отметками при помощи инструментального микроскопа или другого измерительного прибора, имеющего погрешность нe более 0,1 мм, измеряют ширину зоны поздней древесины, затем все величины на данном отрезке суммируют и вычисляют процентное содержание поздней древесины по отношению к длине всего участка l по формуле

m = (S a_i /l)·100%, (5)