144012 (Древесина и материалы из неё. Керамические материалы и изделия)

Луганский Национальный аграрный университет

Кафедра Материаловедения

Тема:

Древесина и материалы из неё. Керамические материалы и изделия

Выполнил: студент 633 гр.

Комаров Роман

Проверил: Погостнов

Луганс 2008

1. Древесина и материалы из неё

1.1 Древесина имеет следующие положительные и отрицательные свойства

Недостатки древесины устраняются при механической переработке, при изготовлении дверных, оконных блоков, клееных конструкций в заводских условиях и переработкой отходов и неделовой древесины с использованием вяжущих веществ при изготовлении древесно-стружечных плит, арболита, фибролита и др.

Рис. 3.1. Микроструктура древесины хвойных пород: 1 – клетки (трахеиды) поздней древесины; 2 – клетки ранней древесины; 3 – запасающие клетки сердцевинных лучей; 4 – поры в стенках клеток

На строительно-технические свойства древесины оказывают влияние пороки древесины. В стандартах на конкретные виды лесопродукции даются указания о допустимых пороках. К ним относятся: пороки формы ствола и пороки древесины, (сучки, трещины, химические окраски, покоробленности и грибковые поражения). Грибковые поражения вызываются простейшими живыми организмами – грибами, развивающимися из спор.

При поражении древесины домовыми грибами процесс гниения прекращается при влажности древесины до 20% и температуре ниже 0°С или отсутствия кислорода.

Покоробленности – нарушение формы пиломатериалов при изменении влажности древесины при сушке и хранении. Покоробленность бывает поперечная, продольная и винтообразная.

1.2 Влажность и гигроскопичность

По содержанию влаги различают мокрую древесину с влажностью до 100% и более; свежесрубленную – 35% и выше; воздушно-сухую – 15...20%; комнатно-сухую – 8...12% и абсолютно сухую древесину. Стандартной считают влажность древесины 12%, при которой определяют и сравнивают ее свойства.

Вода в древесине может находиться в двух состояниях – свободном и физически связанном. Свободная или капиллярная вода заполняет полости клеток и сосудов и межклеточное пространство. Связанная или гигроскопическая вода находится в стенках клеток и сосудов древесины в виде тончайших гидратных оболочек на поверхности мельчайших элементов, слагающих стенки клеток.

Когда стенки клеток древесины, насыщены водой, а полости и межклеточные пространства свободны от воды, называют пределом гигроскопической влажности или точкой насыщения волокон. Для древесины различных пород она находится в пределах от 23 до 35%. Древесина, имея волокнистое строение и большую пористость (от 30 до 80%), обладает огромной внутренней поверхностью, которая активно сорбирует водяные пары из воздуха.

Изменение влажности древесины от нуля до предела гигроскопичности вызывает изменение ее линейных размеров – усушку или разбухание, величина которых зависит от количества испарившейся или поглощенной ею влаги и направления волокон. Линейная усушка для большинства древесных пород не превышает 0,1%, в радиальном направлении – 3...6%, а в тангенциальном – 7...12%. Это сопровождается внутренними напряжениями в древесине, что может вызвать ее коробление и растрескивание. Истинная плотность древесины – 1,54 г/см³, средняя плотность меньше 1000кг/м³. С изменением влажности средняя плотность древесины меняется.

Пористость древесных пород, применяемых в строительстве, – 50...70%. Теплопроводность вдоль и поперек волокон отличается примерно в два раза. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рН ≤ 2. Слабощелочные растворы почти не разрушают древесину. В морской воде древесина сохраняется значительно хуже, чем в пресной воде. В воде большой биологической агрессивности стойкость древесины низкая.

Прочность древесины при растяжении вдоль волокон в 20...30 раз, а при сжатии в 3...6 раз больше, чем поперек волокон. Прочность древесины зависит от влажности в пределах 0...30% (рис. 3.2). Поэтому необходимо всегда учитывать ее влажность, направление действия нагрузки и применять стандартные образцы, не имеющие пороков.

Прочность при сжатии вдоль волокон составляет в среднем 40...60 МПа и сопоставима с прочностью бетона. Прочность при растяжении вдоль волокон в 2...3 раза больше прочности при сжатии в этом направлении и составляет 100...120МПа, и сопоставима с прочностью металлов.

Предел прочности при скалывании вдоль волокон составляет 10...20 % от предела прочности при сжатии в этом же направлении.

Рис.3.2. Влияние влажности древесины на ее прочность при изгибе (1) и при сжатии вдоль волокон (2)

Для получения сравнимых результатов испытания прочность древесины при фактической влажности 8...20% пересчитывают на прочность при стандартной 12%-ной влажности.

R₁₂ = R_w [1 + α(W–12)],

где R₁₂ и R_w – предел прочности образцов соответственно при 12 %-ной и фактической влажности W в момент испытаний; α – поправочный коэффициент на влажность, показывающий, насколько изменяется прочность при изменении влажности на 1%. Значения α при сжатии и изгибе составляют 0,04, при смятии –0,035.

1.3 Хвойные и лиственные древесные породы

В строительстве применяется древесина хвойных пород, с правильным строением ствола и большей устойчивостью к загниванию.

При обработке деревьев получают лесоматериалы.

Круглые лесоматериалы – подразделяют на бревна, подтоварник и жерди.

Бревна строительные и пиловочные из хвойных и лиственных пород должны иметь диаметр верхнего торца не менее 14см и длину 4...6,5м.

Подтоварник - часть ствола дерева с диаметром верхнего торца 8...13см и длиной 3...9 м. Их используют для различных целей в жилом и сельскохозяйственном строительстве, а также для вспомогательных сооружений.

Жерди с диаметром верхнего торца менее 8...3 см и длиной 3...9м; их применяют для вспомогательных и временных сооружений.

Пиломатериалы. (рис. 3.3): а – пластины; б – брусья; в – четвертина; г – брус с обзолом; д– горбыль; е – необрезная доска; ж – обрезная доска. В зависимости от качества древесины и ее обработки доски делят на пять сортов. Доски высших сортов используют для изготовления элементов деревянных конструкций и столярных изделий.

Брусья имеют квадратное или прямоугольное сечение (а?b≤2); брусья, опиленные с двух противоположных сторон, называют двухкантными, а опиленные с четырех сторон – четырехкантными. Брусья используют для устройства стен, перекрытий, стропил и т. д. Бруски – пиломатериал, аналогичный брусьям, но имеющий толщину менее 100 мм; длина такая же, как у брусьев. Из брусков изготовляют элементы деревянных конструкций и столярные изделия.. Из древесины хвойных и лиственных пород изготовляют большой ассортимент погонажных изделий, паркета и паркетных изделий, столярных плит, фанеры и т. п.

Столярные плиты получают склеиванием деревянных реек сечением не более 30мм в сплошную плиту больших размеров с последующей оклейкой шпоном с одной или двух сторон. Применяют такие плиты для изготовления дверей, мебели и т. п.

Столярные изделия – это оконные и дверные блоки. Их выпускают на деревообрабатывающих комбинатах. Строительные конструкции и детали из древесины изготавливают и доставляют на строительство в готовом виде. К ним относятся комплекты для сборных деревянных домов, детали и конструкции для малоэтажных зданий (балки, фермы).

Наиболее перспективны клееные деревянные конструкции балки, арки. Их получают склеиванием реек и мелкоразмерных досок из древесины хвойных пород. Швы склеиваемых элементов делаются с перевязкой. Клееные конструкции имеют много преимуществ перед конструкциями из цельных крупноразмерных пиломатериалов. Технология клееных конструкций позволяет:

• максимально полно использовать древесину, в том числе и «неделовую»;

• полнее защитить древесину от гниения и возгорания;

• получать конструкции любого требуемого размера и формы.

Клееные деревянные конструкции при современной технологии превосходят по эффективности железобетонные. Во многих странах мира они рекомендованы для жилых многоэтажных и общественных зданий.

Для целей строительства производится довольно много материалов на базе неделовой древесины и отходов деревообработки. К ним относятся древесностружечные плиты – ДСП, цементно-стружечные плиты – ЦСП и древесноволокнистые плиты – ДВП, фибролит и арболит. В этих материалах древесина в виде стружек или опилок используется как наполнитель совместно с полимерным или минеральным связующим.

Сверхтвердые древесноволокнистые плиты (плотностью 1100...1200 кг/м³), обладающие повышенной водостойкостью, получают при добавлении в волокнистую массу синтетических смол. Такие плиты, окрашенные с поверхности или покрытые декоративными полимерными пленками (ламинированные), используют для помещений с повышенной влажностью.

1.4 Склонность древесины к гниению и возгоранию

Делает деревянные конструкции недолговечными и ненадежными. Поэтому принимаются меры по снижению горючести и повышению биостойкости древесины.

Гниение древесины происходит в тех случаях, когда на ней начинают развиваться грибы. Для их развития необходимы определенные условия: влажность древесины более 18...20 %; свободный доступ кислорода; температура +5...+40°С.

Если какое-либо условие не выполняется, гниения древесины не происходит. Наиболее радикальный и реальный путь защиты древесины от гниения – сухой режим эксплуатации и антисептирование – например, пропитка солями кремнефтористой кислоты совместно с антипиренами. Для этого используется, например, водный раствор, содержащий 15% антипиренов (диаммоний фосфата 7,5%, сернокислого аммония – 7,5%) и 2% антисептика – фтористого натрия. Пропитка древесины может быть поверхностная или глубокая. Проводится она до окраски деревянных конструкций или столярных изделий.

2. Керамические материалы и изделия

2.1 По назначению керамические изделия делят на следующие виды

• стеновые;

• кровельные;

• изделия для облицовки фасадов;

• изделия для внутренней облицовки стен;

• плитка для полов;

• санитарно-технические изделия;

• специальная керамика;

• заполнители для легких бетонов.

Керамические изделия бывают пористые и плотные. Пористыми условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка более 5% по массе. К ним относятся все виды кирпича и стеновых камней, черепица, облицовочные плитки. Плотными считают изделия, с водопоглощением черепка менее 5%; эти изделия практически водонепроницаемы (плитки для полов, санитарный фарфор и т. п.).

2.2 Сырье для производства керамических изделий

Служат глины – осадочные горные породы, состоящие в основном из минералов – водных алюмосиликатов различного состава (каолинит Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O, монтмориллонит Al₂O₃·4SiO₂·nH₂O и др.). Размер частиц глины не превышает 0,005мм; преобладающая форма частиц – пластинчатая. Благодаря своей гидрофильности и огромной площади поверхности глинистые частицы активно поглощают и удерживают воду. В глине содержатся пыль (0,005…0,16 мм) и песок (0,16…5 мм). Они состоят из кварца, карбонатов кальция и магния и других минералов. Эти компоненты глин также влияют на ее технологические свойства и качество готовых изделий.