Тема 9. Залізобетонні вироби

Тема 10. БУДІВЕЛЬНІ РОЗЧИНИ

 

1. Класифікація будівельних розчинів.

2. Склад розчинів та матеріали для них.

3. Властивості розчинової суміші.

4. Призначення розчинів, їх властивості; залежність складу від

призначення.

 

Будівельні розчини – затверділа суміш в’яжучої речовини, дрібного заповнювача (піску), води. Розчини нагадують дрібнозернисті бетони.

 

КЛАСИФІКАЦІЯ БУДІВЕЛЬНИХ РОЗЧИНІВ

За середньою густиною у сухому стані: важкі, r³ 1500 кг/м³;

легкі, r< 1500 кг/м³.

За видом в’яжучої речовини: цементні, вапняні, гіпсові, мішані.

За призначенням: мурувальні (для кам’яного будівництва та кладки стін з різних каменів та крупних елементів); монтажні (для заповнення швів між великими елементами під час монтажу будівель з готових збірних конструкцій); опоряджувальні (для штукатурки); спеціальні - з особливими властивостями (акустичні, рентгенозахисні, тампонажні та ін.).

За фізико-механічними властивостями: за міцністю при стиску марки М4, М10, М25, М50, М75, М100, М150, М200; за морозостійкістю 9 марок від F10 до F300 (характеризують довговічність розчину).

 

СКЛАД РОЗЧИНУ

Склад розчину позначають відношенням між компонентами у сухому стані за масою чи об’ємом. Витрата в’яжучого становить 1. Прості розчини містять цемент та пісок (наприклад, у співвідношенні 1: 6), мішані включають цемент, вапно (глину), пісок (наприклад, 1: 0,45: 5).

В’яжуча речовина – цемент, вапно, гіпс, цемент + вапно тощо.

Дрібний заповнювач – для важких розчинів – кварцові піски, польовошпатні піски; для легких розчинів – туфові піски, черепашкові піски, шлакові піски.

Пластифікуючі мінеральні та органічні добавки (вапняне чи глиняне тісто, діатоміт, трепел, опока, мелені шлаки, золи ТЕС) – для зниження розшарованості, збільшення водоутримувальної здатності, для покращення легковкладальності.

Поверхнево активні речовини застосовують для збільшення пластичності розчину, зниження витрати води, підвищення морозостійкості, зниження водопоглинання, зниження усадки розчину - омилений деревний пек, каніфольне масло, милонафт, гідролізована кров.

Прискорювачі твердіння (хлорид кальцію, хлорид натрію, хлорне вапно) застосовують у розчинах для зимового будівництва. Вони знижують температуру замерзання суміші.

Сповільнювачі тужавлення вводять при транспортуванні для зберігання розчину і запобіганню передчасному тужавленню.

Приготування розчинів відбувається у централізованому порядку на бетонних заводах чи вузлах, включає процеси дозування, перемішування. Перевозять у автоцистернах з автозавантажуванням, на автосамоскидах у вигляді сухих сумішей чи готових розчинів певної консистенції марки, якості.

 

ВЛАСТИВОСТІ БУДІВЕЛЬНИХ РОЗЧИНІВ

Рухливість розчинової суміші – це її здатність розтікатися під дією власної ваги чи зовнішніх сил. Ступінь рухливості розчинової суміші визначається глибиною занурення стандартного металевого конуса масою 300 г, з кутом при вершині 30⁰. Будівельні розчини для мурування, штукатурних робіт мають рухливість 6 – 10 см, для бутової кладки – 4 – 6 см. Рухливість розчинової суміші залежить від вмісту води, яка не повинна перевищувати межі, при якій може відбутися розшарування суміші.

Легкоукладальність розчинової суміші – це здатність її легко, з мінімальними затратами енергії вкладатись на основі тонким рівномірним шаром, який міцно зчеплюється з поверхнею основи. Залежить від ступеня рухливості і водоутримувальної здатності.

Водоутримувальна здатність це властивість розчинової суміші не розшаровуватися під час транспортування, зберігати достатню вологість у тонкому шарі на пористій основі.

Міцність затверділого розчину залежить від активності в’яжучої речовини, цементно-водного відношення. Для розчинів на портландцементі міцність розраховується за формулою

,

де R_ц – активність цементу, МПа;

Ц – витрата цементу, т/м³;

В – витрата води, м³.

Цю формулу застосовують для розчинів, вкладених на щільну основу (якщо на пористу, то вода всмоктується і розчин ущільнюється, міцність тоді зросте в 1,5 рази).

Міцність розчину на 28-у добу після твердіння визначають за формулою:

,

де к – коефіцієнт, що залежить від якості піску:

· для дрібного піску к = 1,4;

· для середнього к = 1,8;

· для крупного к = 2,2.

Міцність мішаних розчинів залежить від добавок – вапна, глини, інших тонкомелених мінеральних речовин. Міцність характеризується маркою, що визначається границею міцності при стиску зразків розмірами 7,07 х 7,07 х 7,07 см при температурі 15 – 25⁰С. Зразки виготовляють на водовідштовхувальній основі. При температурі до 10⁰С міцність розчину наростає значно повільніше.

Для зведення зовнішніх стін з каменю застосовують змішані розчини (цементно-вапняні, цементно-глиняні) марок М10, М25, М50; для кладки перемичок, простінків, карнизів, стовпів – М100; для виготовлення віброцегляних панелей – М75, М100, М150.

Морозостійкість характеризується числом циклів навперемінного заморожування і відтавання зразків-кубів розмірами 7,07 х 7,07 х 7,07 см у насиченому водою стані з втратою маси до 5% і зниженням міцності до 25%. Для зведення стін, зовнішньої штукатурки застосовують розчини марок за морозостійкістю F10, 15, 25, 35, 50, для приміщень з вологими режимами експлуатації F100, 150, 200, 300.

 

ВИДИ РОЗЧИНІВ

Опоряджувальні розчини

Ці розчини готують на цементних, цементно-вапняних, вапняних, вапняно-гіпсових, гіпсових в’яжучих. Вони поділяються на розчини для зовнішніх та внутрішніх штукатурок.

Зовнішня штукатурка виступаючих частин будівлі (цоколі, пояски, карнизи тощо), де властиве постійне зволоження, виконується на цементних, цементно-вапняних розчинах на портландцементі. Для заводського оздоблення лицьових поверхонь стінових панелей, блоків застосовують декоративні кольорові розчини на портландцементі. Для опорядження фасадів, виготовлення елементів декору застосовують вапняно-цементні розчини.

Для внутрішнього опорядження кам’яних, бетонних стін при вологості до 60% застосовують цементно-вапняні розчини, а для дерев’яних, гіпсових конструкцій – вапняно-гіпсові розчини.

 

Спеціальні розчини

Розчини для заповнення швів між елементами збірних залізобетонних конструкцій, рухливість їх 7 – 8 см, марка М100 і вище, на портландцементі і кварцовому піску. При наявності закладних деталей та арматури прискорювач твердіння – хлорид кальцію, що викликає корозію металу, не застосовується.

Ін’єкційні розчини, марок М300 і вище, застосовують для заповнення каналів попередньо напружених конструкцій. Компоненти – кварцовий пісок, цемент марки не нижче М400.

Гідроізоляційні розчини виготовляють на цементах марки М400 і вище або на водонепроникних розширних цементах складу 1: 2,5; 1: 3,5.

Тампонажні розчини застосовують для тампонування нафтових свердловин, у тунелебудуванні. Вони повинні мати високу однорідність, водостійкість, рухливість. В’яжучі – тампонажний портландцемент, шлакопортландцемент (в агресивних водах), пуцолановий чи сульфатостійкий портландцемент. Густина 1650 – 2000 кг/м³, марки 25 – 100.

Акустичні розчини застосовують для зниження шумів у вигляді звукопоглинальної штукатурки. Їх густина 600 – 1200 кг/м³, висока пористість. В’яжучі – портландцемент, шлакопортландцемент, вапно, гіпс, каустичний магнезит. Заповнювачі – пемза, шлак, керамзит, перліт.

Рентгенозахисні розчини використовують для штукатурки стін і підлог рентген-кабінетів. Їх густина понад 2200 кг/м³. В’яжучі – портландцемент, шлакопортландцемент. Заповнювачі – барит та інші важкі породи у вигляді пісків. Добавки - речовини, що містять елементи – водень, літій, кадмій, бор.

Розчини для підлог найчастіше мають рухливість 11 – 13 см. Їх застосовують у самовирівнюючих сумішах, а також для кладки бруківки, мозаїки, плитки, клінкеру. Металоцементні розчини для підлог включають знежирену сталеву стружку, цемент, воду; їх марка М500 і вище. Для влаштування підполу застосовують цементно-тирсові розчини. Склад – портландцемент, пісок, деревна тирса. Полімерцементні розчини – цемент + дрібний заповнювач + вода + дисперсний полімер; застосовують їх для непроникності підлог щодо води, масел, нафтопродуктів, агресивних середовищ.

 

Тема 11. СИЛІКАТНІ ВИРОБИ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДІННЯ

 

1. Основи автоклавної технології.

2. Силікатна цегла.

3. Силікатні бетони, їх виготовлення, властивості, використання.

 

У 1880 році вперше встановлено, що при автоклавному твердінні (тиск не нижче 0,8 МПа, температура не нижче 170⁰С) вапняно-піщаних сумішей отримуються дуже міцні, водостійкі та довговічні вироби. У звичайних умовах пісок у вапняно-піщаних сумішах – інертний і не здатний до хімічної взаємодії з вапном. А в середовищі насиченої пари при вологості 100% і високій температурі кремнезем піску стає хімічно активним і взаємодіє з вапном:

Ca(OH)₂ + SiO₂ + (n-1)H₂O = CaO×SiO₂×nH₂O,

утворюючи гідросилікат кальцію – дуже міцну і водостійку речовину.

Бетони з вапняно-піскових сумішей мають ті ж властивості, що і цементні бетони, проте вони дешевші за рахунок економії цементу.

Із вапняно-піщаних сумішей виготовляють великогабаритні вироби для збірного будівництва – блоки, панелі для стін, перекриттів, а також поштучні вироби – силікатна цегла, каміння для стін, силікатні плити для облицювання фасадів.

Сировина

Вапно – мелене (кипілка, пушонка або частково загашене вапно), середньої швидкості гідратації, з незначним виділенням тепла, рівномірно випалене, вміст MgO до 5%, час гашення до 20 хв. Застосування недовипаленого вапна (з певним вмістом вапняку – СаСО₃) приведе до перевитрат вапна, але міцність виробу зросте. Перепалене вапно сповільнює швидкість гідратації вапна, у виробах з’являються тріщини, спучування і відколювання частин готового виробу, тому вміст перепаленого вапна недопустимий.

Кварцовий пісок застосовують у немеленому, грубо меленому вигляді, суміші немеленого і тонкомеленого кремнезему SiO₂ не нижче 70%. Деякі домішки негативно впливають на якість виробів: слюда (допустимий вміст до 0,5%) знижує міцність виробів; сірчані домішки (вміст до 1%); органічні домішки спучують, знижують міцність виробів; глина (до 10%) знижує якість виробів, проте, коли глина рівномірно розмішана у суміші, то це підвищує легкоукладальність сировинної суміші.

Вода повинна бути чистою, без шкідливих домішок.

Добавки – шлаки, попіл від спалювання сланців та вугілля, вигорілі породи. При твердінні у автоклаві багато шлаків і попелу можуть частково або цілком замінити вапно як в’яжуче. Їх можна використовувати як заповнювачі для виготовлення ніздрюватих бетонів (газосилікатів). Шлак і попіл повинні бути чистими, без сміття, відходів деревини.

 

Силікатна цегла

Силікатна цегла – штучний невипалюваний стіновий матеріал, виготовлений з суміші кварцового піску та гашеного вапна шляхом пресування та подальшого твердіння в автоклаві під дією пари високого тиску.

Виробництво силікатної цегли включає такі етапи:

1. Добування і просіювання піску.

2. Випалення вапна і подрібнення (помел).

3. Перемішування піску з вапном-кипілкою.

4. Гашення суміші.

5. Пресування виробів.

6. Автоклавне твердіння.

 

Способи виготовлення (залежно від способу гашення вапняно-піщаної суміші): барабанний, силосний. Барабанний – гашення відбувається в обертальному барабані протягом 35 – 40 хв. за допомогою пари. Силосний – попередньо змішують пісок, вапно, воду і суміш подають у силоси для гашення протягом 7 – 12 годин. Отже, барабанний спосіб в 10 – 15 разів швидший від силосного.

Автоклав – сталевий циліндр діаметром 2 м, завдовжки 20 м. На торцях герметичні кришки. Температура близько 170⁰С, пара під тиском 0,8МПа протягом 6 – 8 годин (піднімають і знижують тиск протягом 1,5 годин). Цикл запарювання в автоклаві триває протягом 10 – 14 годин. Під дією високої температури і вологості протікає хімічна реакція між вапном та кремнеземом піску з утворенням міцного гідросилікату. Твердіння виробу у автоклаві завершене, міцність продовжує наростати і після запарювання. Частина вапна, що не вступила в реакцію з кремнеземом, реагує з вуглекислим газом повітря, утворюючи міцний вуглекислий кальцій:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О.

Рис. 11.1. Схема барабанного способу виготовлення силікатної цегли: 1 – склад вапна; 2 – дробарка; 3 – млини; 4 – сепаратор; 5 – бункер меленого вапна; 6 – вага; 7 – шнек; 8 – барабан для сортування піску; 9 – гасильний барабан; 10 – бігуни для перемішування і подрібнення маси; 11 – прес; 12 – автоклав

 

Цегла виготовляється одинарна (250 х 120 х 65), потовщена (250 х 120 х 138); модульна (250 х 120 х 88) густина 1800 – 1900 кг/м³, маса однієї цеглини до 4,3 кг; суцільна або порожниста густиною до 1400 кг/м³. Марка цегли за міцністю М100, 125, 150, 200, 250; за морозостійкістю F15 і вище. Водопоглинання цегли до 16%, коефіцієнт теплопровідності 0,71 – 0,87 Вт/мК. Застосовують цеглу для кладки стін поряд з глиняною цеглою, проте не застосовують її для фундаментів, цоколів, стін нижче гідроізоляційного шару. Не допускається застосування силікатної цегли для будівель з вологим режимом роботи без спеціального захисту від зволоження, в умовах високих температур (печі, труби), бо відбувається дегідратація гідросилікату кальцію, і гідрату окису кальцію і цегла руйнується. Перевагою виготовлення силікатної цегли є те, що вона за собівартістю дешевша від глиняної на 25 – 35%, на її виробництво потрібно в 2 рази менше пального, в 3 рази менше електроенергії, в 2,5 рази менша трудомісткість виробництва.

Вапняно-попелова цегла та вапняно-шлакова цегла – це різновиди силікатної цегли, але з дещо кращими теплоізоляційними властивостями, з меншою середньою густиною, бо в них замінено важкий кварцовий пісок на шлак чи попіл. Для виготовлення вапняно-шлакової цегли використовують 3 – 12% вапна і 88 – 97% шлаку; для вапняно-попелової цегли – 20 – 25% вапна, 75 – 80% попелу. Зола (попіл) отримується як відходи при спалюванні кам’яного вугілля, бурого вугілля чи іншого палива на котельних ТЕС, ГРЕС. Попіл утворюється в топках і найменші частинки виносяться з газами у димоходи, вловлюються золовловлювачами і подаються у золовідвали з утворенням так званої “золи-уносу”. У такій золі є 5% СаО, вона сама з водою не тверде, тому додають ще вапно, або цемент і автоклавне твердіння забезпечує необхідну міцність виробу. При спалюванні деяких горючих сланців утворюється попіл з вмістом до 15% СаО. Ці золи можуть тверднути без добавок вапна. Цегла з такого попелу називається сланцезольна (сланцепопелова). Процес виробництва такої цегли аналогічний до виробництва силікатної. Розміри 250 х 120 х 140 мм, густина 1400 – 1600 кг/м³, коефіцієнт теплопровідності 0,6 – 0,7 Вт/мК, марки М25, 50, 75. Застосовують для мурування стін заввишки до 3-х поверхів, для верхніх поверхів висотних будівель.

Силікатні бетони отримують в результаті автоклавного твердіння раціонально підібраної суміші вапняно-кремнеземистої в’яжучої речовини та заповнювачів. Класифікують їх за густиною, за крупністю заповнювачів, за видом заповнювачів, структурою, пластичністю суміші, призначенням. Переважно використовують дрібнозернисті силікатні бетони. Основні технологічні етапи:

1. Приготування вапняно-кремнеземистої суміші.

2. Дозування компонентів.

3. Перемішування бетонної суміші.

4. Формування виробів.

5. Твердіння у автоклаві.

 

Властивості силікатних бетонів близькі до властивостей цементних бетонів. Застосовують їх для виготовлення звичайних та попередньо напружених залізобетонних конструкцій, стінових блоків, панелей настилів, панелей перекриття. стійкість силікатних бетонів у воді дещо нижча, ніж цементних. Підвищити водостійкість можна додатковою обробкою бітумом, за допомогою карбонізації, покриттям кремнійорганічними водовідштовхувальними речовинами; створенням водостійкої гідросилікатної зв’язки з малорозчинних силікатів кальцію з доменним шлаком.

Силікальцит – різновид силікатних бетонів. Особливість його виготовлення полягає у перемішуванні вапна і піску в швидкісному дезінтеграторі. Це дає змогу рівномірно розмішати компоненти, збільшити зчеплення, при якому зросте міцність, морозостійкість.

 

Тема 12. МАТЕРІАЛИ ТА ВИРОБИ З ДЕРЕВИНИ

 

1. Будова деревини.

2. Основні породи деревини.

3. Властивості деревини. Вологість.

4. Вади деревини.

5. Довговічність деревини. Обробка антипіренами та антисептиками.

6. Сушіння деревини.

7. Пиломатеріали.

 

Деревина широко застосовується у будівництві завдяки своїм властивостям. Їй властива

· значна міцність при розтягу і стиску,

· невелика густина,

· низька теплопровідність,

· технологічність при обробці,

· гарна текстура.

Запаси деревини не безмежні, тому скорочують її використання, де це можливо, замінюють склом, бетоном, пластмасами. Відходи деревини застосовують для виготовлення різних матеріалів та виробів.

Деревина має ряд недоліків:

· неоднорідність будови,

· гігроскопічність,

· займистість,

· здатність до загнивання.

Для усунення цих негативних якостей деревину обробляють антипіренами, антисептиками, просочують полімерами.

Деревину застосовують для

· виробництва паркету,

· дверних та віконних коробок,

· вбудованих меблів,

· дверних полотен,

· кріпильного риштовання шахт,

· фанери, ДСП, ДВП, арболіту, декоративних виробів.

 

Будова деревини

Дерево складається з коріння, стовбура, крони. Основна частина – стовбур, це 60 – 90% ділової деревини. Верхня частина стовбура називається вершиною, а нижня окоренком.

Макроструктура – будова деревини, що видна неозброєним оком чи при незначному збільшенні. Вивчають 3 основні розрізи стовбура: торцевий (поперечний), радіальний (проходить через стрижень), тангентальний (проходить паралельно до осі стовбура). На торцевому розрізі стовбура видно такі шари:

· кора, яка захищає дерево від зовнішніх впливів і механічних пошкоджень, становить 6 - 2% усього об’єму дерева, складається з шкірки та лубу;

· луб’яний шар у ростучому дереві постачає поживні речовини і в ньому відкладаються ці поживні речовини;

· камбій – тонкий шар живих клітин, які ростуть і діляться, причому в бік луба – луб’яні клітини, до центру – клітини деревини і їх значно більше. Взимку камбій не росте. Влітку утворюється щільна – пізня деревина, навесні пориста нещільна рання деревина;

· заболонь – світла частина деревини – молоді клітини, по них рухається волога з поживними речовинами. У свіжозрубаному дереві заболонь є вологою, легко загниває, має низьку міцність, велику усушку, а тому здатна коробитися;

· ядро – центральна темна частина деревини з відмерлих клітин, з невисокою вологістю, вищою міцністю і твердістю, стійка до загнивання;

· стрижень (серцевина) знаходиться у центральній частині стовбура, найслабша тканина, найлегше загниває, утворена великими тонкостінними клітинами, не з’єднаними між собою;

· стрижневі промені – вузькі смужки з тонкостінних клітин, які, починаючи від стрижня, ідуть до кори у радіальному напрямку (первинні), і вторинні – на деякій відстані від стрижня і до кори. По них переміщуються волога і поживні речовини. При висиханні колода може розколюватися по цих променях;

· річні шари (кільця) утворюються в період росту. Навесні – рання світла деревина, влітку – пізня деревина, темна, міцна.

Залежно від будови деревини породи поділяються на

· ядрові (сосна, дуб, модрина, ясен),

· заболонні, які не мають ядра (береза, осика, граб, липа),

· породи зі стиглою деревиною – мають однакове забарвлення поперечного перерізу (бук, ялина, ялиця).

 

Мікроструктура деревини

Деревина складається з живих та відмерлих клітин. Жива клітина складається з оболонки, плазми, ядра. Оболонка з целюлози чи клітковини (С₆Н₁₀О₅)_п. Клітина росте, оболонка дерев’яніє. Плазма і ядро утворює протопласт.

За формою клітини поділяються на

· паренхимні – живі, округлі, або дещо витягнуті з великим протопластом;

· прозенхимні – у вигляді волокон, дуже витягнуті з відмерлим протопластом.

За функціями клітини бувають

· провідні – проводять поживні речовини, воду (трахеї, судини, трахеїди);

· запасаючі – нагромаджують поживні речовини у великих. Стінки таких клітин тонкі, протопласт великий;

· опорні - мають невелику порожнину і товсті міцні стінки, найстійкіші до загнивання;

· ходи для нагромадження смолистих речовин - у хвойних порід, завдяки чому зростає їх стійкість та довговічність.

 

Основні породи дерев

Хвойні:

· сосна – має високу міцність, низьку щільність; густина 470 – 540 кг/м³, деревина смолиста, важко піддається загниванню. Використовується у вигляді кругляка, пиломатеріалів, столярних виробів, меблів. Ядро буро-червоного кольору, заболонь жовта;

· ялина – стиглодеревинна, мало смолиста, міцність висока, густина 440 -–500 кг/м³; якість деревини близька до соснової, недолік – багато сучків, через що трудність обробки. Застосовують для виготовлення будівельних конструкцій;

· модрина (рос. - лиственница) – ядрова смолиста порода, щільна, тверда, густина 630 – 730 кг/м³. Застосовують для мостобудування, у гідротехнічному будівництві, як рудникові стояки. Схильна до розтріскування;

· ялиця (рос. - пихта) – безядрова, не має смоляних ходів, менш стійка. Використовують у невологих умовах;

· кедр – ядрова порода, механічні властивості дещо гірші, ніж у сосни. Використовують як будівельний ліс, пиломатеріали, столярка;

· тис – ядрова порода. Виготовляють меблі.

 

Листяні:

· дуб – ядрова порода, має високу міцність, в’язкість, стійкість щодо загнивання, гарну текстуру; щільність 720 кг/м³. При перебуванні у воді – морений дуб. Використання –мостобудування, гідротехнічне будівництво, меблі, облицювальна фанера, столярка, паркет;

· бук – стиглодеревинна порода. Тверда, міцна, пружна, малостійка щодо загнивання. Щільність 650 кг/м³. Застосування – меблі, столярка, паркет;

· вільха – заболонна порода, загниває швидко, легко обробляється. Виготовляють фанеру, столярку;

· осика – стиглодеревинна заболонна порода, легка – 420 – 500 кг/м³, м’яка, зеленуватого кольору. Використання – тара, фанера, щепа;

· береза - заболонна порода. Щільність 650 кг/м³. Висока міцність, в’язкість. Нестійка до загнивання. Використовують для виготовлення фанери, паркету, столярки, поручнів, опоряджувальних матеріалів;

· ясен – ядрова порода. Має високу міцність, щільність 660 – 740 кг/м³, пружність, гарну текстуру. При підвищеній вологості гниє. Використовують як опоряджувальний матеріал, для виготовлення меблів, столярки;

· липа – заболонна порода. Легка, м’яка, негнилостійка. З липи виготовляють меблі, фанеру, тару;

· горіх – має деревину темно-коричневого кольору гарної текстури. Виготовляють декоративну фанеру.

 

Механічні властивості

Міцність – здатність чинити опір зовнішнім впливам. Залежить від породи деревини, наявності вад, вологості, місця визначення по стовбуру. Міцність при стиску визначається на призмах розмірами 20 х 20 х 30 мм при вологості 12% і 15%. Міцність деревини вздовж волокон у 4 – 6 разів вища за міцність упоперек волокон. При підвищення вологості від 0 до 30% міцність деревини знижується, але подальше підвищення вологості на міцність не впливає.

Границю міцності перераховують на вологість 12% за формулою:

,

де R₁₂ – границя міцності при 12% вологості;

R_W - границя міцності при певній вологості W;

a - поправний коефіцієнт на вологість, становить 0,05 для берези, сосни, кедра, модрини; і a = 0,04 для дуба, ялини, ялиці і решти листяних порід.

Міцність при розтягу вздовж волокон у 20 – 30 разів вища, ніж впоперек волокон, у 2 – 3 рази вища, ніж міцність при стиску. Ці показники близькі до цих же характеристик сталі, склопластиків, але вади деревини (сучки, тріщини) не дають можливості реалізувати цю властивість і знижують міцність. Для хвойних порід міцність мало залежить від вологості. Міцність при розтягу листяних порід знижується з ростом вологості.

Міцність при вигині більша від границі міцності при стиску вздовж волокон і нижча від границі міцності при розтягу і становить близько 50 – 100 МПа, тому дерево застосовують для виготовлення згинальних елементів (балок, крокв, брусів тощо).

Міцність при сколюванні вздовж волокон 3 – 13 МПа, впоперек волокон у 3 – 4 рази менше.

Твердість (статична) відповідає навантаженню, яке потрібне для втискання у поверхню зразка половини стандартної металевої кульки на глибину 5,64 мм (площа відбитка становитиме 1 см²). На торці твердість завжди більша, ніж у радіальному чи тангентальному напрямку. За твердістю деревина поділяється на 3 групи:

· м’яка – торцева твердість 35 – 50 МПа (сосна, ялина, ялиця, вільха);

· тверда – торцева твердість 50 – 100 МПа (дуб, граб, клен, ясен, каштан, береза);

· дуже тверда – торцева твердість понад 100 МПа (самшит, кизил).

Зі зростанням твердості у деревини наростає зносостійкість, але утруднюється обробка.

 

Вади деревини

Вади деревини поділяються на

· відхилення від нормальної будови;

· пошкодження;

· захворювання.

Вони утворюються у процесі росту дерева або під час сушіння, зберігання та експлуатації.

Тріщини – розриви деревини уздовж волокон. Вони порушують цілісність деревини, знижують сорт (навіть до непридатності у будівництві). Бувають

· мітикові – тріщини внутрішні, поздовжні, проходять через стрижень, але не до країв, виникають під час росту дерева і зростають при висиханні;

· відлупини - внутрішні тріщини, по річному кільцю і ростуть при висиханні, спричиняються морозом. Можуть бути кільцеві і часткові. Характерні для дуба, осики, ялини, тополі;

· морозні тріщини (морозобоїни) – зовнішні поздовжні тріщини, розширюються до периферії, звужуються до стрижня. Виникають взимку при низьких температурах у товстих стовбурах листяних порід – дуба, бука, ясена, горіха;

· тріщини всихання – виникають у деревині всіх порід від поверхні колоди всередину.

Сучки – частини гілок, що містяться в деревині живих чи відмерлих за життя дерев. Це найпоширеніша і неминуча вада дерев. Сучки порушують однорідність, утруднюють обробку пиломатеріалів, знижують міцність. За формою поділяються на

· округло-овальні;

· зшивні сучки (вклинюються в деревину);

· лапчасті (у сосни та інших хвойних).

У пиломатеріалах зустрічаються сучки

· наскрізні і

· ненаскрізні.

За ступенем зростання деревини сучка і стовбура розрізняють такі:

· тверді, які не зрослися;

· частково зрослися (заросли і не вийшли на поверхню);

· не зрослися (можуть випасти, швидко загнивають);

· пасинки – тверді сучки, які значно проникли у стовбур (відмерла друга вершина).

а) б)

Рис. 12.1. Вади деревини: а - типи тріщин: 1, 2 – мітикові проста і складна; 3, 4 – морозні відкрита і закрита; 5, 6 – відлупини кільцева і часткова; б – вади будови: 1 –нахил волокон; 2 –завилькуватість; 3 –крен; 4 –подвійний стрижень

Пошкодження грибами, гниллю. Внаслідок біологічних процесів спричинених життєдіяльністю найпростіших – грибів на неростучій деревині. Гриби виділяють ферменти, які перетворюють целюлозу (С₆Н₁₀О₅)_п у глюкозу С₆Н₁₂О₆ розчинну у воді і сприятливе середовище для подальшого розвитку грибів. Глюкоза у присутності кисню повітря розкладається на вуглекислий газ і воду. Деревина змінює колір, знижується її маса, утворюються тріщини, міцність знижується, деревина розпадається. Гриби розвиваються при температурі 20 – 70⁰С і вологості понад 20%. Зі зміною умов процес може припинитися, але при поверненні знову до сприятливих умов спора гриба оживає і процес продовжується.

Пошкодження комахами може бути поверхневе, неглибоке, глибоке, наскрізне. Це ходи і отвори, пророблені в деревині комахами, в основному личинками комах. Найсприятливіша погода для цього – температура 18 – 24⁰С і вологість 60 – 80%.

Вади будови:

· нахил волокон – відхилення волокон від поздовжнього напрямку – осі колоди, що знижує міцність, збільшує усихання, погіршує механічну обробку;

· завилькуватість – звивисте чи безладне розміщення волокон, міцність знижує, проте границя міцності при сколюванні зростає, створює гарну текстуру, цінується в декоративній обробці;

· завиток – місцеве викривлення волокон навколо сучків;

· крен – ненормальний посилений розвиток пізньої деревини (у похилих, викривлених стовбурів дерев);

· засмолок – ділянка густо просочена смолою, утворена внаслідок поранення стовбура хвойних порід, це сприяє стійкості до загнивання, проте гірше обробляється і склеюється;

· прорість – омертвіла ділянка деревини чи кори, яка частково чи повністю заросла у стовбурі, викликає викривлення річних кілець;

· сухобокість – зовнішнє однобічне омертвіння стовбура внаслідок механічного впливу. Внаслідок цього змінюється правильна форма дерева, знижується вихід пиломатеріалів.

Вади форми стовбура:

· збіжистість – діаметр стовбура зменшується на 1 см і більше на кожен метр довжини;

· закомелистість – різке збільшення діаметра нижньої частини стовбура;

· овальність – у стовбурі відношення більшого діаметру до меншого ³1,5;

· кривина – викривлення стовбура по довжині.

 

Сушіння деревини

Сушіння деревини це процес видалення вологи з деревини. При зниженні вологості міцність деревини зростає, знижується густина та коефіцієнт теплопровідності. Із сухої деревини клеєні вироби є міцнішими. Остаточна вологість деревини для виготовлення меблів – 7 – 8%; столярних виробів – 10 – 12%; будівельних матеріалів для зовнішніх робіт – 15 – 20%.

Природне сушіння - у природному атмосферному повітрі, яке не прогрівається. Процес тривалий – до кількох тижнів, нерегульований але простий і незатратний.

Штучне сушіння – у сушильних камерах гарячим повітрям, газом. Засноване на конвективному способі передавання теплоти. Процес сушіння швидкий (кілька днів), не залежить від пори року.

Сушіння у рідині, яка називається петролатум. Деревина занурюється у підігріту рідину. Сушіння триває кілька годин. Матеріал при цьому не розтріскується, не коробиться.

Діелектричне сушіння відбувається внаслідок нагрівання деревини струмом великої частоти. Такий підігрів відбувається відразу і за всім об’ємом. Електроенергія перетворюється на теплоту, нагріває деревину і сприяє випаровуванні вологи. Термін сушіння істотно скорочується, проте вартість такого способу найвища.

Комбінований спосіб поєднує основне газоповітряне сушіння у камерах з іншим – атмосферним – на повітрі.

 

Захист від гниття

Запобігти загниванню можна двома різними шляхами – конструктивними заходами – вберегти від зволоження (ізолювати від бетону, цегли, каменю, влаштувати отвори для провітрювання, захистити від атмосферних опадів) або просоченням деревини спеціальними хімічними засобами – антисептиками – хімічними речовинами, які вбивають грибні спори, або створюють несприятливе середовище для їх життя.

Вимоги до антисептиків:

· вбивати грибні клітини;

· легко просочуватись у деревину,

· фізична та хімічна стійкість;

· безпечність для здоров’я людини;

· пожежна безпека;

· відсутність неприємного запаху;

· не знижувати якості деревини;

· бути дешевими і недефіцитними.

Розчинні у воді антисептики – фторид натрію, мідний купорос, залізний купорос, кремнефторид натрію. Дезинфікуючі розчини – 15% розчин мідного купоросу; 10% розчин залізного купоросу; 5% розчин хлориду цинку; 10% розчин кухонної солі і хлорного вапна.

Нерозчинні у воді маслянисті антисептики (добре вбивають гриби, добре проникають у дерево, довго зберігаються, не вимиваються водою, неприємний запах) – креозот, креозотова олива, кам’яновугільна смола.

Кристалічні антисептики - у воді нерозчинні, а розчиняються у гасі, скипидарі – технічний оксидифеніл, пентохлорфенол.

Способи антисептування:

1. Нанесення на поверхню розчину, пасти.

2. Поверхневе випалювання.

3. Занурення у розчин.

4. Послідовне занурення у гарячу та холодну ванну з антисептиком.

 

Захист від займання

Деревина – горючий матеріал. При температурі 120 – 150⁰С обвуглюється, при 250 – 300⁰С займається, при 350⁰С горять самостійно гази, які виділяються з деревини, навіть при відсутності джерела вогню.

Конструктивні заходи:

1. Віддалення дерев’яних конструкцій від джерел нагрівання.

2. Застосування неспалимих футерівок з цегли, бетону.

3. Покриття шаром мало теплопровідного матеріалу мінерального походження (азбест, азбестоцемент, пориста штукатурка).

Просочення антипіренами – вогнезахисними сполуками – пастами, фарбами на основі фосфорнокислого чи сірчистого амонію, бури, борної кислоти. При підвищенні температури вони плавляться і перекривають доступ кисню.

 

Пиломатеріали

№	Назва пиломатеріалу	Характеристика
	Колода	Довжина понад 4 м, діаметр понад 14 см
	Підтоварник	Довжина понад 3 м, діаметр 8 – 14 см
	Жердина	Діаметр 3 – 8 см
	Пластина	½ частина колоди
	Чвертка	¼ частина колоди
	Двокантовий брус	Обрізана з двох боків колода, розміри поперечного перерізу не менші за 100 мм
	Чотирикантовий брус	Обрізана з чотирьох боків колода, розміри поперечного перерізу не менші за 100 мм
	Шпала	Обрізана пластина, розміри поперечного перерізу не менші за 100 мм
	Обапіл (горбиль)	Обрізана частина колоди
	Необрізна дошка	Товщина по окрайку до 100 мм, ширина пласті не менша двох товщин. Необрізний край = обзел
	Обрізна дошка	Товщина до 100 мм, ширина не менша двох товщин.
	Брусок	Товщина 80 – 100 мм, ширина не більша за дві товщини
	Шпон	Тонкий (0,3 мм) лист деревини
	Фанера	Клеєний листовий матеріал з трьох і більше листів шпону, розташованих взаємно перпендикулярно. Товщина 1,5 – 18 мм. Довжина 1,5 – 7,8 м, ширина 0,725 – 1,5 м.
	Шпунтовані дошки	Дошки з пазами (шпунтами) і виступами (гребенями) на бокових гранях
	Погонажні матеріали	Плінтуси, галтелі, наличники, поручні, паркет
	Покрівельний матеріал	Ґонт – клиноподібні дощечки (ялинові, соснові) з поздов