Wilgotność drewna a jego łupliwość
- Szczegóły
Polski przemysł drzewny, a zwłaszcza meblarski, należy do czołówki europejskiej pod względem wielkości produkcji. Co czwarte krzesło sprzedawane w Europie jest wykonane w Polsce. Drewnem zajmuje się wiele różnych zakładów produkcyjnych, jak tartaki czy fabryki mebli, ale też wiele zakładów związanych z budową konstrukcji drewnianych dla budownictwa.
Wydaje się, że drewno nie ma w naszym kraju żadnych tajemnic, ani pod względem tradycji, rodzajów drewna występujących w naszych lasach, ani pod względem własności mechanicznych, a projektowanie i wykonawstwo wyrobów drewnianych jest w maksymalnym stopniu opanowane. Może i tak jest w niektórych zakładach, zwłaszcza w dużych fabrykach. Jednak funkcjonuje też mnóstwo zakładów produkujących różne wyroby z drewna, w których jakościowy poziom produkcji daleki jest od doskonałości.
Drewno to jeden z najlepszych i najpopularniejszych materiałów konstrukcyjnych, a przy tym jeden z najładniejszych i najprzyjemniejszych w dotyku. Znany jest od tysięcy lat. Najlepiej nadaje się na meble, ale też na różne konstrukcje drewniane, zwłaszcza elementy drewniane w budynkach, takie jak schody, poręcze, okna, drzwi, bramy czy elewacje; także na szkielety budynków i więźby dachowe.
Jednak żeby stało się ono w pełni materiałem konstrukcyjnym musi spełniać określone przepisy, normy i klasyfikacje oraz podlegać procesom technologicznym i fitosanitarnym. Wstępne przygotowanie drewna dokonywane jest już w tartakach. Pierwszym procesem jest obróbka drewna pod względem fitosanitarnym.
Wszystkie produkty pochodzenia naturalnego, a więc i drewno, znajdujące się w międzynarodowym obrocie towarowym, aby nie stały się przyczyną rozprzestrzeniania się szkodliwych organizmów, muszą podlegać ciągłemu nadzorowi odpowiednio wyszkolonych służb fitosanitarnych. W krajach Unii Europejskiej podstawowymi dokumentami regulującymi zasady ochrony fitosanitarnej dotyczącej drewna są: dyrektywa Rady Unii Europejskiej nr 2000/29/WE z 8.05.2000 r oraz uzupełniająca ją decyzja Komisji nr 2001/219/WE z 12.03.2001.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Zgodnie z tą ostatnią, drewno sprowadzane do krajów UE spoza Unii musi być poddane jednemu z następujących zabiegów:
- Obróbce cieplnej lub suszeniu w suszarni w taki sposób, by we wnętrzu poddawanego zabiegowi elementu, przez co najmniej 30 minut była temperatura co najmniej 56 °C. Zabieg ten musi być przeprowadzony w suszarni specjalnie do tego celu wypróbowanej, ocenionej i oficjalnie zatwierdzonej. W rzeczywistości proces suszenia drewna jest często łączony z suszeniem dla celów produkcyjnych. Jest bardziej skomplikowany i ma kilka faz, najczęściej zaprogramowanych i sterowanych komputerem z ciągłą kontrolą wilgotności. Procesowi temu podlega większość drewna używana później do produkcji konstrukcji drewnianych, czy mebli. Fakt dokonania procesu suszenie dla celów fitosanitarnych musi być potwierdzony oficjalnie przyjętym znakiem: „traktowane cieplnie” - HT lub „suszone w suszarni - komorowo” - KD.
- Impregnacji ciśnieniowej oficjalnie uznanym impregnatem. Fakt dokonania zabiegu musi być potwierdzony znakiem, umożliwiającym identyfikację gdzie i przez kogo impregnacja została przeprowadzona.
- Gazowaniu oficjalnie uznanym środkiem zabezpieczającym. Fakt dokonania tego zabiegu także musi być potwierdzony znakiem, umożliwiającym identyfikację gdzie i przez kogo gazowanie zostało przeprowadzone.
Komory suszarnicze poddawane są specjalnym audytom wg odpowiedniej procedury.
Przepisy nakładają też na tartak obowiązek uzyskania prawa do znakowania drewna konstrukcyjnego symbolem CE. Jest to obowiązkowe, jeśli tartak produkuje drewno konstrukcyjne. Znak CE informuje o tym, że drewno jest zgodne z normą PN-EN 14081-1+A1:2011 co do wymagań ogólnych. Poza tym każdy producent drewna konstrukcyjnego powinien wdrożyć Zakładową Kontrolę Produkcji.
Jest to gwarancja dla klientów tartaków, że została przeprowadzona ocena procesu produkcyjnego oraz jakości w zgodzie z obowiązującymi normami. Poprzez certyfikację, oznakowanie CE oraz Zakładową Kontrolę Produkcji inwestor ma pewność, że kupuje drewno przeznaczone do konkretnych elementów konstrukcyjnych o optymalnej wytrzymałości i jakości.
Zgodnie z normą PN-EN 338 klasy drewna konstrukcyjnego litego są oznaczane od C14 do C50 w przypadku gatunków iglastych oraz od D30 do D70 w przypadku gatunków liściastych. Dla poszczególnej klasy wytrzymałości zostały określone parametry odpowiadające danej klasie drewna. Są to: odporność na zginanie, rozciąganie wzdłuż i w poprzek włókien oraz średnie moduły sprężystości wzdłuż i w poprzek włókien, a także gęstość.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Najczęściej można nabyć drewno konstrukcyjne klasy C24 oraz C27. Klasy wyższe są trudne do osiągnięcia w polskich warunkach. Ich produkcja jest nieekonomiczna, a drewno w wyższych klasach jest bardzo kosztowne, gdyż po przetarciu tę klasę osiąga zaledwie od 3 do 6% drewna.
Jednak drewno trochę inaczej niż inne materiały konstrukcyjne zmienia właściwości w zależności od gęstości, a zwłaszcza od wilgotności. Oprócz wymienionej powyżej klasyfikacji występuje również klasa sortownicza drewna. Wyróżnia się trzy klasy sortownicze:
- KW - klasa wyborowa,
- KS - klasa średniej jakości,
- KG - klasa gorszej jakości.
Każda klasa sortownicza jest powiązana z klasą wytrzymałościową. Drewno KG traktowane jest jako odpad i nie może być drewnem konstrukcyjnym, gdyż jego wytrzymałość jest zbyt niska.
Zasady określania wytrzymałości drewna są podobne jak w przypadku innych materiałów konstrukcyjnych i sposoby obliczania wytrzymałości są także podobne lub wręcz identyczne. Wstawia się tylko do wzorów inne wartości i niekiedy dodatkowe współczynniki. Występują tu znane parametry wytrzymałości: wytrzymałość na ściskanie, zginanie, rozciąganie, ścinanie i docisk miejscowy. Jednak wytrzymałość zależy tu przede wszystkim od kierunku działania sił w stosunku do włókien, długotrwałości działania obciążeń i wilgotności.
Wytrzymałość, moduł sprężystości i moduł odkształcenia postaciowego są najważniejszymi właściwościami wpływającymi bezpośrednio na projektowanie konstrukcji drewnianych. Dodatkowo rozróżnia się jeszcze takie mechaniczne właściwości drewna, jak odporność na uderzenia, twardość, ścieralność, łupliwość, giętkość i inne.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Budowa drewna jest anizotropowa, stąd charakterystyki sprężysto-wytrzymałościowe określa się oddzielnie dla kierunku wzdłuż włókien i prostopadle do włókien. Wartości wytrzymałości drewna na ściskanie, w zależności od klasy wytrzymałościowej, dla wilgotności 12%, dla gatunków iglastych przy ściskaniu wzdłuż włókien wynoszą od 16 do 29 MPa oraz od 2,0 do 3,2 MPa przy ściskaniu w poprzek włókien. A dla gatunków liściastych - od 23 do 34 MPa przy ściskaniu wzdłuż włókien oraz od 8 do 13,5 MPa przy ściskaniu w poprzek włókien.
Gdy występują sęki to wpływają one ujemnie na wytrzymałość drewna na ściskanie wzdłuż włókien, zwiększają natomiast wytrzymałość w poprzek włókien. Żywica w drewnie wpływa pozytywnie na wartość wytrzymałości drewna na ściskanie, powiększając ten parametr w obu kierunkach.
Wytrzymałość drewna na rozciąganie wzdłuż włókien jest około 2,5 raza większa od wytrzymałości drewna na ściskanie. Zależnie od rodzaju drewna wytrzymałość na rozciąganie w poprzek włókien jest od 5 do 40 razy mniejsza niż wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż włókien.
Zakres korzystania z wysokiej wytrzymałości drewna na rozciąganie jest ograniczony ze względu na jego niską wytrzymałość na ściskanie, a także ze względu na odchylenia włókien od przebiegu prostoliniowego i ujemny wpływ sęków.
W drewnie stosowanym w budownictwie wytrzymałość na rozciąganie ulega dużemu zmniejszeniu z uwagi na sęki i odchylenia włókien od przebiegu prostoliniowego. Na obniżenie tej wartości duży wpływ mają również pęknięcia, które mogą obniżyć wartość normową nawet o 30%.
Ważnym parametrem wytrzymałościowym w budownictwie, ale też w budowie mebli, jest wytrzymałość drewna na zginanie. Duży wpływ na obniżenie wytrzymałości drewna na zginanie mają sęki znajdujące się w zginanej belce po stronie przeciwnej do działania siły.
Wytrzymałość na zginanie statyczne rośnie wraz ze wzrostem gęstości drewna. Największą wytrzymałość wykazuje drewno o przebiegu włókien maksymalnie zbliżonym do kierunku elementów konstrukcyjnych. W przypadku gdy kierunek odchylenia przebiegu włókien w stosunku do osi belki wynosi około 20°, wytrzymałość obniża się nawet o połowę.
Wytrzymałość drewna na zginanie odgrywa zasadniczą rolę w pracy większości elementów konstrukcyjnych drewnianych budynku. Ścinaniu w drewnie towarzyszy zginanie i rozciąganie. Wytrzymałość na ścinanie w kierunku równoległym do włókien wynosi 12÷25% wytrzymałości na ściskanie w kierunku równoległym do włókien.
Wytrzymałość drewna na ścinanie wzdłuż włókien jest - poza jego wytrzymałością na rozciąganie w poprzek włókien - jedną z najniższych wytrzymałości drewna. Wszelkie odchylenia od prawidłowej budowy drewna np. pęknięcia czy skręt włókien, mają ujemny wpływ na jego wytrzymałość na ścinanie.
Ścinanie odgrywa dużą rolę w drewnie warstwowym i w sklejce, gdzie wytrzymałość na ścinanie warstw drewna i spoin klejowych wywiera decydujący wpływ na jego wytrzymałość.
Na wytrzymałość drewna wielki wpływ ma wilgotność. Ze wzrostem wilgotności wytrzymałość drewna maleje. Przy całkowitym nasyceniu wodą, tj. 30%, wytrzymałość drewna spada w stosunku do wilgotności 15% o 50% przy ściskaniu, a o 40% przy zginaniu.
Duży wpływ na wytrzymałość drewna ma gęstość objętościowa. Im większa jest gęstość drewna, przy tej samej wilgotności, tym większa jego wytrzymałość. Zależność wytrzymałości na ściskanie i zginanie od gęstości objętościowej ma charakter prostoliniowy. Przy zmianie gęstości objętościowej z 600 do 400 kg/m3 wytrzymałość przy ściskaniu i zginaniu zmniejsza się o ok. 50%.
Wobec tego na konstrukcje drewniane należy stosować drewno o dostatecznie dużej gęstości objętościowej. Należy tu zaznaczyć, że np. sosna sośnie nie równa. Sosny skandynawskie mają gęstość nawet o 50% wyższą od sosny z naszego pasa klimatycznego.
Coraz częściej i więcej sprowadza się do Unii Europejskiej drewna egzotycznego. Najczęściej sprowadza się je z Afryki, Azji czy Ameryki Południowej. Dostępnych jest bardzo wiele rodzajów drewna, np. bangkirai, meranti, sapeli czy iroko i wiele innych.
Drewna egzotyczne charakteryzują się ciekawym rysunkiem słojów, ciekawą barwą oraz wyróżniającymi się innymi właściwościami. Mają wysoką trwałość ze względu na swoją gęstość. Według normy europejskiej EN 350 większość dostępnych gatunków drewna egzotycznego jest zaliczana do I lub II klasy trwałości i oznaczanych jako wysoko trwałe lub trwałe co wiąże się z cenioną wysoką odpornością na uszkodzenia mechaniczne.
Wiele gatunków drewna egzotycznego jest również bardzo odpornych na warunki atmosferyczne, np. często używane jako podłoga tarasów drewno bangkirai. Cechą charakterystyczną większości gatunków drewna egzotycznego jest mała podatność na działanie mikroorganizmów. Drewno to jest też odporne na grzyby i pleśnie.
Niestety, własności drewna egzotycznego nie są, na razie, powszechnie unormowane i skatalogowane, wobec czego trzeba ostrożnie podchodzić do ich własności mechanicznych. Najlepiej przed użyciem sprawdzać te własności we własnym zakresie, na próbkach.
Przykładowo dla drewna bangkirai podstawowe własności mechaniczne wynoszą:
- gęstość: 1100 kg/m3
- wytrzymałość na ściskanie: 85 N/mm2
- wytrzymałość na zginanie: 150 N/mm2
Trwałość drewna bangkirai w architekturze ogrodowej określa się na 30-50 lat. A w przemyśle ciężkim, drewno to wykorzystuje się na podkłady kolejowe czy na podłogi w kontenerach.
Mechaniczne właściwości drewna
Mianem mechanicznych właściwości drewna określa się zdolności przeciwstawiania się działaniu sił zewnętrznych. Siły zewnętrzne mogą mieć charakter statyczny lub dynamiczny. Przy zastosowaniu drewna zawsze należy brać pod uwagę, że własności mechaniczne warunkowane są wieloma czynnikami, do których należą przede wszystkim: wilgotność drewna, gęstość, udział drewna wczesnego i późnego oraz wady drewna (miejsce ich występowania i rozmiar).
Wskutek działania sił zewnętrznych drewno zmienia swe pierwotne wymiary i kształty. W przypadku, gdy po usunięciu siły powodującej odkształcenie materiał wraca do pierwotnego kształtu i wymiarów mamy do czynienia z własnością zwaną sprężystością. W normalnych warunkach drewno jest materiałem dość kruchym o małej plastyczności. W celu zwiększenia plastyczności stosuje się obróbkę hydrotermiczną, która polega na poddaniu drewna parowaniu lub warzeniu, co ułatwia gięcie, trwałe kształtowanie oraz skrawanie drewna (produkcja mebli giętych, oklein).
Do podstawowych własności mechanicznych drewna mających zastosowanie w praktyce zalicza się wytrzymałość na ściskanie, zginanie, zmęczenie, łupliwość, twardość oraz ścieralność. Drewno wykazuje największą wytrzymałość wzdłuż włókien, w kierunku stycznym i promieniowym wytrzymałość jest wielokrotnie niższa.
Anizotropia wytrzymałości drewna jest wynikiem jego budowy anatomicznej oraz wypadkową działania i wpływu szeregu innych czynników. Im większy jest udział promieni rdzeniowych w drewnie tym mniejsze jest zróżnicowanie właściwości mechanicznych, które głównie uwarunkowane jest równoległym do osi pnia ułożeniem komórek.
Wzrost wilgotności od 0% do punktu nasycenia włókien powoduje spadek wytrzymałości drewna, natomiast zmiany wilgotności powyżej punktu nasycenia nie mają już znaczenia. Odchylenia przebiegu włókien od kierunku równoległego do osi drewna (skręt włókien) zmniejszają wytrzymałość drewna. Wytrzymałość drewna wzrasta w miarę wzrostu gęstości oraz wzrostu udziału drewna późnego.
Łupliwość drewna
Łupliwość można określić jako odwrotność wytrzymałości na rozłupanie; ocenia się ją ilościowo - pod kątem widzenia nakładu siły potrzebnej do rozłupania oraz jakościowo - z punktu widzenia gładkości uzyskanej powierzchni przełupu.
Obróbka drewna łupaniem straciła w porównaniu z przeszłością swe znaczenie i zeszła wobec innych metod obróbki na dalszy plan; mimo to zagadnienie wytrzymałości drewna na rozłupanie jest w dalszym ciągu aktualne ze względu na naprężenia łupiące, jakie występują w konstrukcjach drewnianych pod wpływem połączeń, a zwłaszcza pod działaniem gwoździ, wkrętów i śrub.
Łupliwość drewna polega na tym, że pod działaniem narzędzi o kształcie zbliżonym do klina drewno ulega rozłupaniu; ostrze klina działa tnąco tylko w pierwszej fazie, do chwili wprowadzenia klina w drewno, po czym zaczynają działać momenty łupiące, a szczelina rozłupu wyprzedza ostrze klina.
Łupliwość stanowi cechę materiałów anizotropowych, w których występuje zróżnicowanie wytrzymałości zależnie od kierunku działania siły. Łupliwość zależy od gatunku drewna i od jego budowy oraz od kierunku działania sił łupiących. Drewno o równomiernej budowie ma dużą łupliwość; zmniejsza się ona pod wpływem takich wad, jak skręt lub falistość włókien, czeczotowatość, sęki, skupienia żywiczne itp.
Najsilniej zaznaczona łupliwość występuje wzdłuż płaszczyzn promieniowych, mniejsza wzdłuż płaszczyzn stycznych, nie ma zupełnie łupliwości w kierunku prostopadłym do przebiegu włókien; w poprzek włókien można drewno przeciąć, nie można go natomiast rozłupać.
Łupliwość odgrywa konkretną rolę w obróbce drewna. Na wykorzystaniu łupliwości oparte są takie procesy technologiczne, jak ręczne i mechaniczne rąbanie drewna, wyrób klepek, gontów itp.
Z łupliwością wiąże się pękanie, którego nasilenie rośnie w miarę wzrostu łupliwości drewna. Łupliwość wykorzystuje się stosując przy obróbce drewna siekierę lub inne, podobne w działaniu narzędzia.
Wytrzymałość na rozłupanie
W miarę wzrostu ciężaru drewna maleje jego łupliwość. Z punktu widzenia łupliwości można zgrupować poszczególne gatunki drewna w następujący szereg:
- Drewno o największej łupliwości: bambus.
- Drewno o bardzo dużej łupliwości: świerk, jodła, wejmutka. topola, osika.
- Drewno o dużej łupliwości: dąb, buk, olcha, orzech, lipa, kasztanowiec, sosna, modrzew, cis.
- Drewno trudno łupliwe: śliwa, przeorzech (hikory), grusza, jabłoń, jawor, jesion.
- Drewno bardzo trudno łupliwe: wiązy, trześnia, grab, grochodrzew, brzoza, sosna czarna.
- Drewno prawie niełupliwe: dereń, heban, palisander.
- Drewno niełupliwe: gwajak, palmy.
Miarę łupliwości drewna stanowi wytrzymałość na rozłupanie; im większa jest łupliwość, tym mniejsza jest wytrzymałość drewna na rozłupanie i na odwrót. Wytrzymałość na rozłupanie jest to wyrażony w kG/cm2 stosunek siły powodującej rozłupanie drewna do pola przekroju odniesienia albo wyrażony w kG/cm stosunek siły do szerokości badanej próbki.
Wytrzymałość na rozłupanie można badać w dwóch kierunkach: przy sile działającej prostopadle do przekroju stycznego lub przy sile działającej prostopadle do przekroju promieniowego.
Wytrzymałość na rozłupanie w kierunku prostopadłym do przekroju promieniowego jest większa od wytrzymałości w kierunku prostopadłym do kierunku stycznego; wyjątek w tym kierunku stanowi sosna i dąb szypułkowy. Wytrzymałość na rozłupanie drewna liściastego jest większa niż drewna iglastego; im większa jest wysokość promieni rdzeniowych, tym mniejsza jest wytrzymałość drewna na rozłupanie.
Wpływ wilgotności na właściwości drewna
Wilgotność drewna określa procentowy stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy drewna. Oznacza się ją w jednostkach wagowych lub procentowych. Poszczególne gatunki drewna w stanie świeżym różnią się znacznie poziomem wilgotności. Są gatunki zawierające kilkakrotnie większą ilość wody od innych.
tags: #wilgotność #drewna #a #jego #łupliwość
