Общие требования и процедура

Области применения методов испытаний и их стандартизация. Определение показателей механических и физических свойств древесины, характеризующих ее как материал, проводят для конкретных насаждений. Эти испытания позволяют учесть для каждой исследуемой породы влияние совокупности лесоводственных факторов на показатели физико-механиче­ских свойств чистой, т. е. без видимых пороков, древесины. Физико-меха­нические испытания проводят и для установления влияния на свойства древесины технологических процессов ее обработки (сушки, пропитки, пропарки и др.), длительного пребывания в воде (топляковая древесина) или в земле, а также пороков. Иногда возникает необходимость определе­ния показателей механических свойств чистой древесины круглых лесома­териалов, пиломатериалов и заготовок. Указанные выше области исполь­зования механических испытаний относятся к исследованиям древесиноведческого характера. Для оценки потребительских свойств лесоматериа­лов с присущими им пороками древесины проводят испытания, которые рассматриваются в товароведческой части курса.

Результаты испытаний можно сопоставить лишь в том случае, если они выполнены по одной и той же методике. Это вызывает необходимость стандартизации методов испытаний древесины, т. е. разработку единых требований к форме и размерам образцов, применяемому оборудованию, правилам проведения самих испытаний, способам вычисления показателей свойств и т. д.

Первый общесоюзный стандарт на методы физико-механических ис­пытаний древесины ОСТ ВКС-7653, разработанный Л.М. Перелыгиным, был утвержден в 1935 г. Одновременно был разработан ОСТ НКЛес 196 на метод выбора модельных деревьев для исследования свойств древесины насаждений (А.И. Кондратьев и Н.Н. Абрамов). В дальнейшем эти стан­дарты были пересмотрены и заменены в 1938 г. ОСТ НКЛес 250 (Л.М. Перелыгин), в 1952 г. ГОСТ 6336-52 (Е.И. Савков, Н.Л. Леонтьев), а в 1965г.- 18 отдельными стандартами ГОСТ 11483-65- ГОСТ 11500-65 (Н.Л. Леонтьев).

Количество стандартов резко возросло в 1970-1974 гг., когда были утверждены ГОСТ 16483.0-70- ГОСТ 16483.31-74. В настоящее время действует около четырех десятков принятых ранее стандартов (регистра­ционные номера 16483.0...39 и др.) на методы определения показателей физико-механических свойств древесины.

При испытаниях используют малые чистые (без пороков) образцы древесины. Они должны быть достаточно малого поперечного сечения во избежание влияния кривизны годичных слоев. При этом они должны включать в себя достаточно большое количество характерных для данной породы анатомических элементов, т. е. содержать по крайней мере 4-5 го­дичных слоев. В наших стандартах предусмотрены образцы с базисным поперечным сечением 20x20 мм (хотя у некоторых образцов размеры по­перечного селения несколько отличаются от указанных).

Годичные слои на торцовых поверхностях образцов должны быть параллельны одной паре противоположных граней и перпендикулярны другой. Направление волокон древесины должно совпадать с продоль­ной осью образца. Такие образцы позволяют получить показатели свойств древесины как ортотропного материала

Отбор и подготовка образцов. Для исследования свойств древеси­ны насаждений подопытный материал заготавливают согласно ГОСТ 16483.6-80, предусматривающему правила закладки пробных площадей в насаждениях, выбора модельных деревьев на этих площадях и разделки модельных деревьев на кряжи. Далее кряжи распиливают на доски, из ко­торых изготовляют бруски (заготовки). Бруски используют для получения образцов.

Материал для образцов с целью определения показателей свойств чистой древесины круглых лесоматериалов, пиломатериалов и заготовок отбирают в соответствии с техническими условиями или другой докумен­тацией, утвержденной в установленном порядке.

Отбор материала в виде бревен, кряжей, а также досок и заготовок ра­диальной распиловки для сравнительных испытаний с целью определения влияния технологической обработки на свойства древесины проводится со­гласно ГОСТ 16483.21-72. Этот стандарт предусматривает правила отбора примерно одинаковых по исходным свойствам образцов путем выпиливания смежных образцов из одной возрастной зоны ствола (по годичным слоям или вдоль волокон), определения для древесины хвойных пород показателей мак­роструктуры (ширины годичных слоев и содержания поздней древесины) или на основании неразрушающих испытаний (см. ниже).

Показатели механических свойств древесины сильно зависят от ее влажности. При увлажнении древесины до предела насыщения клеточных стенок, показатели всех механических свойств резко уменьшаются. Даль­нейшее повышение влажности древесины (свыше 30 %) практически не отражается на показателях механических свойств.

Следовательно, сравнивать показатели свойств древесины, имеющей разную влажность (в области ниже 30 %), нельзя. Для этой цели необхо­димо иметь показатели, относящиеся к древесине определенной, нормали­зованной влажности. Как уже отмечалось, нормализованная влажность со­ставляет 12 % Такая величина равновесной влажности древесины достига­ется в среднем при выдерживании ее при 20±2° С и относительной влаж­ности воздуха 65±5 %.

Рекомендуется доски, бруски (заготовки) перед разделкой на образ­цы выдерживать при 20±5° С и относительной влажности воздуха φ = 65±15 % или даже подвергать камерной сушке (по мягким режимам при температуре не выше 60° С), доводя влажность древесины до 9-15 %. Из­готовленные образцы кондиционируют по влажности, выдерживая при указанных выше нормализованных параметрах воздуха до равновесной влажности. После этого образцы помещают в герметичные сосуды (экси­каторы, стеклянные банки с притертыми крышками и т. д.), где они хра­нятся до момента испытаний.

Немедленно после окончания испытаний определяют фактическую влажность образцов и подсчитанные показатели механических свойств приводят к влажности 12 %. Для пересчета показателей механических свойств (кроме показателей деформативности) к нормализованной влаж­ности используют формулу

, (69)

где B₁₂ - показатель данного свойства при влажности 12%; В_w - показа­тель свойства при влажности W; W - влажность древесины в момент испы­таний; α - поправочный коэффициент на влажность, показывающий насколько изменяется показатель данного свойства при изменении влажно­сти на 1 %.

Для пересчета значений модулей упругости и коэффициентов попе­речной деформации используют формулу

, (70)

где С₁₂ - показатель свойства при влажности 12 %; C_w - показатель свой­ства при влажности W; W- влажность древесины в момент испытаний; α-поправочный коэффициент на влажность.

Для придания образцам нормализованной влажности требуется 1,5-2 мес. Не всегда имеется возможность обеспечить такую длительную вы­держку материала перед испытаниями. Поэтому во всех ГОСТах на меха­нические испытания древесины в дополнение к основному методу испыта­ний предусмотрены ускоренные методы [36]. Они допускают испытания образцов с влажностью равной или выше предела насыщения клеточных стенок. При этом для свежесрубленной древесины отпадает необходимость в выдержке образцов; не требуется и определения фактической влажности, так как за пределом насыщения клеточных стенок показатели механиче­ских свойств древесины, как уже отмечалось, не зависят от влажности.

Кроме того, для пяти наиболее распространенных видов механиче­ских испытаний с целью определения пределов прочности при сжатии и скалывании вдоль волокон, предела прочности и модуля упругости при статическом изгибе, а также ударной вязкости при изгибе согласно ГОСТ 16483.3-84- 16483.5-73, 16483.9-73 и 16483.10-73 допускается использо­вание некондиционированных образцов при любой влажности.

Приведение полученных показателей прочности и деформативности B_w к нормализованной влажности В₁₂ можно осуществлять по сле­дующим формулам:

(71)

или

. (72)

Значения коэффициентов К или в зависимости от плотности древесины и средние значения этих коэффициентов для отдельных групп пород приведены в ГОСТах, а также в [10].

Оборудование и процедура испытаний. Для механических испы­таний используют универсальные машины с электромеханическим, гид­равлическим или ручным приводом, устройствами для закрепления образца и передачи на него нагрузки, измерения усилий, записи кривых «на­грузка-деформация».

Для измерения размеров образцов и их деформаций во время испы­таний используют приборы: микрометры, индикаторы, рычажные тензо­метры, тензорезисторы и др. с погрешностью измерения от 0,1- 0,001 мм. Для некоторых видов испытаний применяют специальные испытательные машины (например, маятниковые копры).

Приборы для измерения деформации, а также специальное оборудо­вание для механических испытаний рассматриваются в ряде руко­водств [63, 36].

Испытания следует проводить в помещении лаборатории, в котором с помощью кондиционеров поддерживается температура воздуха 20°С и относительная влажность воздуха 65±5 %, что обеспечивает сохранение во время испытаний по основному методу нормализованной влажности об­разцов. При применении ускоренных методов образцы до и в процессе ис­пытания должны находиться в условиях, исключающих изменение их на­чальной влажности.

После определения по соответствующим формулам показателей ис­следуемого свойства и приведения показателей к нормализованной влаж­ности выполняют статистическую обработку опытных данных.

Дата добавления: 2015-04-30