Drewno - Teoria PDF

2. DREWNO I MATERIAŁY DREWNOPOCHODNE Drewno jest jednym z najstarszych materiałów, jakie były znane i stosowane w budownictwie. Jako materiał budowlany jest otrzymywane za pomocą obróbki ręcznej i mechanicznej ze ściętych drzew. Ze wzglądu na doskonałe własności fizyczne i mechaniczne drewno jest m...

2. DREWNO I MATERIAŁY DREWNOPOCHODNE Drewno jest jednym z najstarszych materiałów, jakie były znane i stosowane w budownictwie. Jako materiał budowlany jest otrzymywane za pomocą obróbki ręcznej i mechanicznej ze ściętych drzew. Ze wzglądu na doskonałe własności fizyczne i mechaniczne drewno jest materiałem konstrukcyjnym i wykończeniowym. Rozróżnia się określenia — drzewo i drewno. Nazwa drzewo odnosi się do rośliny. Drzewo po ścięciu i obróbce nazywa się drewnem. 3.1. Budowa drzewa W przekroju pnia (patrz Rys. 1) są widoczne: rdzeń, właściwe drewno i kora. Wewnętrzną część drewna, ciemniejszą, która otacza rdzeń, nazywa się twardzielą, zewnętrzna zaś, jaśniejszą - bielą. Pierścienie ułożone współśrodkowo względem rdzenia nazywa się słojami rocznymi, a promienie przebiegające od strony rdzenia do obwodu nazywa się promieniami rdzeniowymi. Pomiędzy drewnem a korą znajduje się tzw. miazga twórcza, czyli żywa część rośliny, która wytwarza komórki drzewa i łyka; pomiędzy łykiem a korą z korowiną znajduje się miazga korkowa, która wytwarza komórki kory. Rys. 1. Schemat przekroju pnia drzewnego Rys. 2. Nazwy części drzewa Na Rys. 2. pokazano części drzewa, z którego uzyskiwane drewno ma największą wartość użyteczną jako materiał budowlany. Są to: strzała, kłoda i konary. Do najczęściej stosowanych w budownictwie gatunków drzew iglastych należą: - sosna, - świerk, - jodła, - modrzew. Gatunki drzew liściastych są stosowane w budownictwie w ograniczonym zakresie, głównie jako surowiec do produkcji fornirów i materiałów posadzkowych. Obecnie najczęściej stosowane są: 1. dąb, 2. buk, 3. jesion, 4. wiąz, 5. brzoza, 6. olcha, 7. grab. 1  3.2. Właściwości techniczne Drewno jest materiałem anizotropowym i dlatego właściwości fizyczne i mechaniczne zależą od kierunku zachodzenia zjawisk lub działania sił. 3.2.l. Właściwości fizyczne Właściwości fizyczne zależą od rodzaju drewna i są ściśle związane z jego wilgotnością. Drzewo po ścięciu zmienia barwę na ciemniejszą. Drewno drzew krajowych ma barwę od jasnożółtej do brązowej. Drewno jest materiałem lekkim, gęstość wynosi średnio 1500 kg/m3. Gęstość pozorna przy wilgotności około 15 % wynosi 450 750 kg/m3. Drewno jest materiałem o dużej higroskopijności. Przy wilgotności względnej powietrza 100% osiąga wilgotność około 30%. Ze zmianami wilgotności łączy się kurczliwość i pęcznienie. Skurcz drewna wzdłuż włókien wynosi 0,1 0,8%, w kierunku promienia 3 6%, w kierunki stycznym do obwodu 6 12%. Zjawisko skurczu powoduje paczenie się i pękanie, co utrudnia stosowanie tego materiału. Z tych względów drewniane elementy budowlane powinny mieć wilgotność nie większą niż 20%. Drewno zupełnie suche (W = 0%) jest kruche i nie nadaje się do celów budowlanych. Drewno charakteryzuje się niską przewodnością cieplną. Wzdłuż włókien jest dwukrotnie większa niż w kierunku prostopadłym, dla którego =0,16 0,21 W/mK. Rozszerzalność cieplna jest także niewielka. Wzdłuż włókien współczynnik rozszerzalności liniowej =0,000003.0,000009 1/K. Drewno jest materiałem palnym. W temperaturze około 330 K (50°C) wytrzymałość drewna obniża się o około 10%. 3.2.2. Właściwości mechaniczne Właściwości mechaniczne drewna zależą od: 1. rodzaju, 2. gęstości pozornej, 3. wilgotności, 4. budowy anatomicznej i wad, 5. kierunku działania siły w stosunku do kierunku włókien. Ogólnie wytrzymałość drewna jest tym większa, im większa jest gęstość pozorna, a mniejsza wilgotność. Największą wytrzymałość na ściskanie ma drewno przy działaniu siły równolegle do kierunku włókien RC = 40 60 MPa, natomiast przy sile działającej pod kątem 60° do kierunku włókien prawie 5-krotnie niniejszą. Wytrzymałość na rozciąganie przy działaniu sił wzdłuż włókien ponad 2-krotnie większa od wytrzymałości na ściskanie i wynosi Rr = 60 160 MPa. Wytrzymałość na zginanie przy działaniu siły prostopadle do kierunku włókien jest również 2-krotnie wyższa od wytrzymałości na ściskanie i wynosi Rr = 60 120 MPa. Współczynnik sprężystości podłużnej E = 800-16000 MPa. Twardość drewna według metody Janki wynosi 30-80 MPa przy wilgotności 15%. Charakterystyczne cechy tego materiału takie jak giętkość i łupliwość (zdolność do dzielenia wzdłuż włókien) zwiększają się pod wpływem wilgotności i wyższej temperatury. 2  3.2.3. Właściwości chemiczne Właściwości chemiczne drewna łączą się ściśle z jego składem chemicznym. Drewno tworzą podstawowe pierwiastki takie jak węgiel (około 49,5%), tlen (około 43,8%), wodór (około 6%) oraz azot, występujące w postaci związków organicznych takich jak celuloza, hemiceluloza i lignina. Składniki uboczne to żywica i garbniki. Ich przybliżona zawartość przedstawiona jest poniżej: Rys. 3. Odkształcenia skurczowe drewna Rys. 4. Przybliżony skład chemiczny drewna Czynnikiem niszczącym powierzchnię drewna są: 1. promienie ultrafioletowe, które utleniają celulozę, w wyniku czego drewno zmienia barwę, szarzeje i nieznacznie mięknie, 2. kwas solny i siarkowy o silnym stężeniu, które powodują rozkład celulozy; kwas azotowy utlenia ligninę, a stężone zasady ją rozpuszczają, 3. korozja biologiczna wywołana przez grzyby i owady rozkładające podstawowe substancje organiczne. 3.3. Wady drewna i niszczenie przez grzyby i owady o Sęki są to wrośnięte w pień drzewa części gałęzi stanowiące ich pozostałość z okresu wzrostu drzewa. o Rdzeń mimośrodowy powstaje najczęściej przy jednostronnym działaniu wiatru i słońca na rosnące drzewo (strona odwietrzna rozwija się lepiej). o Rdzeń podwójny powstaje wtedy, gdy w drzewie rozwijają się dwa pnie. o Skręt włókien na przetartym materiale drzewnym przejawia się w ten sposób, że na przekroju promieniowym pnia włókna są ścięte, na przekroju zaś stycznym przebieg włókien jest skośny. o Zbieżystość pnia polega na dużym zmniejszeniu średnicy pnia ze wzrostem jego wysokości. o Pęknięcia drewna w czasie wzrastania drzewa, bądź po jego ścięciu. Pęknięcia powodują pogor- szenie właściwości mechanicznych, ułatwiają przenikanie wilgoci oraz zarodników grzybów do wnętrza. o Gnicie drewna wywołane przez grzyby. 3.4. Materiały drzewne i drewnopochodne Materiały drzewne występują w postaci drewna okrągłego i materiałów tartych, zwanych tarcicą. Drewno okrągłe i tarcica po dalszej obróbce służą do produkcji fornirów, materiałów płytowych, materiałów podłogowych i innych. Materiały drzewne występują w postaci: Drewna okrągłego 3  Drewno okrągłe jest to część pnia bez gałęzi. W zależności od długości i grubości rozróżnia się następujące asortymenty drewna okrągłego: - dłużyce, - kłody, - wyrzynki - żerdzie. Okrąglaki mają zastosowanie w budownictwie jako słupy rusztowań, pale, stemple oraz jako surowiec do dalszej przeróbki w tartakach. Tarcicy Tarcica jest to materiał otrzymany z przetarcia drewna okrągłego iglastego lub liściastego. W zależności od przeznaczenia wyróżnia się dwie grupy: - materiały tarte o przeznaczeniu ogólnym (np. bale, deski) - specjalnym (np. tarcica podłogowa). Zależnie od stopnia obróbki występuje tarcica: - nieobrzynana (boki zaokrąglone), obejmująca deski, deseczki i bale - obrzynana (przekrój prostopadłościenny), obejmująca deseczki, deski, bale, li- stwy, łaty, krawędziaki i belki Materiały drzewne po dalszej obróbce służą do produkcji: Fornirów Forniry to cienkie płaty drewna o grubości do 5 mm. Wyróżniamy: - okleiny - cienkie forniry o grubości 0 ÷ l,0 mm służące do oklejania powierzchni wyrobów w celu uszlachetnienia. - obłogi - forniry o grubości 1,0÷1,5 mm stosowane na warstwy zewnętrzne sklejki płyt stolarskich. Materiałów płytowych Materiały płytowe są stosowane obecnie zarówno w stolarce budowlanej i meblowej jak i jako materiały do izolacji akustycznej i termicznej. Należą do nich: o Płyty stolarskie Płyty stolarskie składają się z warstwy środkowej z tarcicy lub forniru oklejonych obustronnie obłogami lub płytą pilśniową twardą. Liczba warstw powinna być nieparzysta. Grubość płyt wynosi 12 35 mm. o Sklejka Sklejka jest to płyta sklejona z nieparzystej liczby fornirów, których włókna w przylegających do siebie warstwach przebiegają pod kątem prostym. Grubość sklejki wynosi 4 20 mm. o Płyty pilśniowe Płyty pilśniowe produkuje się z odpadów tartacznych rozwłóknionego drewna iglastego zmieszanych z klejem. W zależności od stopnia sprasowania rozróżnia się płyty: l) porowate (P) o gęstości pozornej do 350 kg/m3, = 0,07 W/m K i grubości 9,5 25 mm, 2) twarde (T) o gęstości pozornej powyżej 800 kg/m3, = 0,16 0,23 W/m K i grubości 2,4 4,6 mm, 3) bardzo twarde (BT) o gęstości pozornej powyżej 900 kg/m3, = 0,20 0,35 W/m K i grubości 2,4 6,4 mm, o Płyty wiórowe Płyty wiórowe są produkowane z wiórów drzewnych, spojonych klejem syntetycznym pod ciśnieniem w podwyższonej temperaturze. Mogą być pełne i pustakowe, nieoklejone 4  lub oklejone fornirami oraz płytami pilśniowymi twardymi. Grubość płyt wynosi 2,4 6,4 mm o Płyty skrawkowe Płyty skrawkowe są produkowane ze skrawków drewna spojonych klejem syntetycznym pod ciśnieniem. Mogą być nieoklejone, oklejone obłogami lub twardą płytą pilśniową. Grubość płyt wynosi 14 28 mm o Płyty paździerzowe Płyty paździerzowe są produkowane z paździerzy lnianych lub konopnych spojonych klejem syntetycznym pod ciśnieniem w podwyższonej temperaturze. Płyty lekkie (400 kg/m3) stosuje się do izolacji cieplnych i akustycznych, ciężkie (500 700 kg/m3) stosuje się do przekryć dachowych w budownictwie halowym. Grubość płyt wynosi 8 50 mm. Ze względu na małą odporność na działanie wilgoci należy je stosować w pomieszczeniach o wilgotności względnej do 75%. Materiałów podłogowych Materiały podłogowe są stosowane w postaci następujących wyrobów: o Tarcica podłogowa Tarcicę podłogową do podłóg jednowarstwowych produkuje się z desek i bali sosnowych, świerkowych lub jodłowych o grubości 28, 32, 38, 45 i 50 mm. Powierzchnie boczne tarcicy mogą być gładkie lub wyprofilowane - do układania na pióro i wpust, na zakład itp. o Deszczułki posadzkowe (klepka) Deszczułki posadzkowe wykonuje się z drewna twardego jak dąb i buk. Rozróżnia się następujące typy deszczułek: 1) z piórem i wpustem przytwierdzane gwoździami; 2) uniwersalne przytwierdzane gwoździami i lepikiem; 3) z czterostronnym wpustem na obce pióro, przytwierdzane lepikiem lub gwoździami; 4) z czterostronnym gniazdem, przytwierdzane asfaltem. o Płyty mozaikowe Płyty mozaikowe wykonuje się z listewek drewna liściastego o grubości 8 lub 10 mm naklejonych na papier. Płyta w kształcie kwadratu składa się z 16 zestawów po 5 5 listewek każdy. Płyty mozaikowe są mocowane do podłoża za pomocą kleju syntetycznego lub lepiku. o Deski posadzkowe Deski posadzkowe są to elementy podłogowe klejone z trzech warstw: warstwa górna jest utworzona z deszczułek drewna bukowego lub dębowego, dolna z drzewa iglastego, natomiast warstwa środkowa składa się z listew drewna liściastego połączonych ze sobą klejem lub sznurkiem. Deski łączy się na pióro i wpust. o Drewniana kostka brukowa Drewnianą kostkę brukową wykonuje się z odpadów drewna w postaci prostopadłościanów lub walców. Jest stosowana na posadzki warsztatów, hal fabrycznych i magazynów. 6