Прогнозирование и повышение долговечности и длительной прочности древесины в строительных изделиях и конструкциях

• Автор: Сашин, Максим Александрович
• Шифр специальности: 05.23.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 182 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Древесина конструкционный строительный материал.

1.1.1 Породы древесины, применяемые в строительстве.

1.2 Структура и состав древесины дефекты, влага в древесине

1.2.1 Дефекты древесины.

1.2.2 Влага в древесине.

1.3 Физикохимические свойства древесины плотность, температурное расширение, теплопроводность, химическая стойкость

1.3.1 Физические свойства.

1.3.2 Химическая стойкость древесины

1.4 Механические свойства.

1.4.1 Механические характеристики древесины.
1.4.2 Влияние влажности и температуры.
1.4.3 Влияние времени нагружения. Предел длительного сопротивления.
1.4.4 Термофлуктуационные закономерности разрушения и деформирования древесины
1.5 Повышение эксплуатационных параметров древесины физикохимической модификацией
1.5.1 Модифицированная древесина в строительстве
1.5.2 Технологические основы модифицирования древесины
1.5.3 Пропиточные материалы полимеры, мономеры,
продукты нефтеперегонки.
1.5.4 Пропитка серой
1.5.5 Модификация древесины полимерами
1.5.6 Древесина модифицированная полимером в электростатическом поле.
1.5.7 Влияние модифицирования на эксплуатационные
свойства древесины.
1.5.8 Прогнозирование механических свойств
модифицированной древесины.
1.6 Заключение.
1.7 Цель и задачи работы.
2 МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ.
2.1 Объекты исследований.
2.1.1 В ыбор материалов
2.1.2 Выбор пропиточных материалов.
2.1.3 Выбор агрессивных сред.
2.2 Экспериментальное оборудование образцы последовательность проведения испытаний.
2.2.1 Испытания на кратковременную и длительную прочность
при поперечном и продольном изгибе
2.2.2 Испытания древесины на скалывание.
2.2.3 Испытания на долговечность при сжатии и пенетрации.
2.2.4 Определение коэффициента линейного
теплового расширения.
2.2.5 Камера для сушки, УФоблучения и теплового старения
2.2.6 Испытания на водопоглогцение и разбухание
2.2.7 Изучение структуры древесины электроннооптическим методом
2.3 Обработка экспериментальных данных.
2.3.1 Разброс экспериментальных результатов
при определении прочности и долговечности
2.3.2 Определение термофлуктуациониых констант и основных параметров работоспособности
при разрушении и деформировании
2.3.3 Определение термофлуктуациониых констант графоаналитическим дифференцированием
2.3.4 Статистическая обработка экспериментальных данных
2.3.5 Математическое планирование эксперимента.
2.4 Выводы.
3 ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ И ДЕФОРМИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ В ПОСТОЯННОМ РЕЖИМЕ.
3.1 Влияние вида нагружения, температуры и агрессивной среды на предел длительного сопротивления древесины. Физическая природа предела длительного сопротивления древесины
3.2 Термофлуктуационные закономерности разрушения
древесины.
3.3 Термофлуктуационные закономерности деформирования древесины при сжатии
3.4 Термофлуктуационные закономерности деформирования древесины при пенетрации.
3.5 Выводы
4 ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАЦИИ И ВНЕШНИХ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ
4.1 Физические основы повышения работоспособности.
4.2 Влияние твердых модификаторов серы, парафина
на работоспособность древесины.
4.3 Влияние жидких органических модификаторов
керосин, эмульсии на работоспособность древесины.
4.4 Термоактивационные закономерности
водопоглощения и набухания древесины.
4.5 О сопротивлении древесины УФоблучению, тепловому старению и агрессивным жидкостям
до и после модификации.
4.5.1 Влияние .УФоблучения на прочность древесины.
4.5.2 Влияние теплового старения на прочность древесины
4.5.3 Влияние агрессивных жидкостей на прочность
древесины.
4.6 Влияние циклических температурновлажностных воздействий на работоспособность древесины
до и после модификации.
4.7 Влияние модификации на тепловое расширение
древесины
4.8 Выводы
5 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ В СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЯХ И КОНСТРУКЦИЯХ
5.1 Уточнение методики Ю.М. Иванова для определения долговечности и длительной прочности древесины.
5.2 Определение работоспособности древесины с помощью диаграмм.
5.3 Примеры прогнозирования работоспособности
древесины в строительных изделиях.
5.4 Общие рекомендации по применению модифицированной древесины в строительстве
5.5 Выводы.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ


Таблица 1. Модуль упругости, МПа . Деревянные строительные конструкции в основном изготавливаются из древесины хвойных пород сосна, ель, лиственница, поэтому ограничимся рассмотрением анатомического строения древесины хвойных пород, которая отличается от древесины лиственных пород простотой и однообразием структуры. Микроструктура древесины определяет е использование. Основными структурными элементами древесины хвойных пород являются трахеиды, занимающие до объема ствола и представляющие собой клетки длиной до 4. Толщина стенок ранних трахеид сосны 2 микрона, поздних от 3,5 до 7,5 микрон 1, 9. Трубчатые клетки располагаются главным образом вдоль ствола, что и определяет анизотропные свойства. Камбиальной зоной обычно называют слой камбия вместе с молодыми, еще не дифференцированными элементами древесины . В растущем дереве камбий обусловливает прирост древесины и коры. В центре сечения ствола расположена сердцевина, имеющая форму небольшого круглого пятнышка диаметром 2. Превращение древесины в ядровую начинается не ранее чем через лет. Тогда внутренняя часть ствола освобождается от подачи влаги, так как имеется достаточно широкая заболонь. В отмерших клетках сердцевины отлагаются красители, смолы, жиры и каучукообразующие вещества. Элементарный химический состав древесины разных пород довольно постоянен органическое вещество абсолютно сухой древесины в среднем содержит ,5 углерода, 6,3 водорода и ,2 кислорода. Эти химические элементы образуют ряд сложных органических веществ, основными из которых является целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза. На основе глубокого анализа микро и субмикроструктуры древесины можно раскрыть действительный характер и особенности механических свойств древесины как материала для строительных конструкций 1. Возможность применения древесины в строительстве определяется е природными данными, такими как суковатость, средняя ширина годичных колец, расположение волокон 6, . Возможны и технологические отклонения, такие как трещины, поражения грибами и насекомыми, которые могут возникнуть после валки леса. Качество используемых пиломатериалов или круглых лесоматериалов должно обеспечить отбор сортировку несущих элементов деревянных конструкций по классу прочности, при этом прочность элементов должна быть не ниже нормированных значений. Природные и технологические дефекты оказывают существенное влияние на класс прочности 9,. При косослое волокна древесины идут винтообразно вокруг ствола. На круглый материал косослой почти не влияет, тогда как у брусьев и досок многие волокна оказываются разрезанными, что приводит к снижению прочности. Установлено максимально допустимое отклонение волокон на 1 м длины . Наличие сучков в несколько раз может снизить прочность древесины на растяжение и изгиб и менее на сжатие. Сучковатость играет основную роль для оценки предполагаемой прочности элементов. Для классов прочности имеются нормированные величины отношения суммы диаметров сучьев на сторону сечения. Трещины могут быть природные и технологические. В результате неравномерного изменения ширины годичного кольца могут происходить полные или частичные отслоения древесины. Морозобойные трещины идут вдоль ствола, начиная от коры, и расходятся радиально вглубь. Молнии могут раскалывать ствол частично и полностью. Трещины, образовавшиеся в результате ускоренной сушки древесины, могут существенно снижать прочность пиломатериала 8,. Для лесоматериала высших классов прочности поражение дереворазрушающими насекомыми недопустимо 1,9. В различной форме древесину могут поражать грибы от полного разрушения до незначительного посветления. Красные и коричневые полосы свидетельствуют о начале деструкции целлюлозы древесины с последующей полной е окраской, покрытием трещинами и распадением на отдельные кусочки. Грибы, вызывающие белую гниль поедают вначале лигнин, затем целлюлозу. В результате гнили древесина лишается своей прочности. Различают два вида влаги , , , содержащейся в древесине, связанную гигроскопическую и свободную капиллярную.