CC BY
37
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
О.В. Броварова, Н.А. Секушин и др. // ИВУЗ Лесной журнал. - 2005. - № 5. - С. 87-91.
2. Вураско, А.В. Ресурсосберегающая переработка недревесного растительного сырья / А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер, А.Р. Галимова // Вестник МГУЛ
- Лесной вестник. - 2007. - № 8. - С. 137-140.
3. Галимова, А.Р. Получение волокнистых полуфабрикатов при комплексной переработке соломы риса / А.Р. Галимова, А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер и др. // Журнал «Химия растительного сырья».
- 2007. - № 3. - С. 47-53.
4. Вураско, А.В. Ресурсосберегающая технология получения целлюлозного материала при комплек-
сной переработке сельскохозяйственных культур / А.В. Вураско, Б.Н. Дрикер, Е.А. Мозырева и др. // Журнал «Химия растительного сырья». - 2006. -№ 4. - С. 5-10.
5. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы: учеб. пособие для вузов / А.В. Оболенская, З.П. Ельницкая, А.А. Леонович, и др. - М., 1991 - 320 с.
6. ТУ 919-005-12043303-96 Целлюлоза микрокристаллическая порошковая. Введ. 1996-05-11. Пермь, 1996, 20 с.
7. Справочник бумажника Т I / 2-е изд. перераб. и доп. Лесная пром-сть. - М., 1964. - 807 с.
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНО-АНАТОМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ НА ПОДБОР КЛЕЕНЫХ БАЛОК
Ю.Б. ЛЕВИНСКИЙ, проф. каф. древесиноведения и специальной обработки древесины УГЛТУ, канд. техн. наук,
Г.Н. ЛЕВИНСКАЯ, доц. каф. механической обработки древесины УГЛТУ, канд. техн. наук, РИ. АГАФОНОВА, асп. каф. древесиноведения и специальной обработки древесины УГЛТУ
Клееные балки, применяемые в производстве деревянных домов, должны быть достаточно легкими и прочными, поэтому необходимо как можно точнее подбирать комплект заготовок для склеивания по их качественному состоянию. Как известно, напряжения, возникающие в несущих конструкциях, в значительной степени зависят от вида и направленности нагрузок. При этом особое влияние на прочность клееных балок оказывают размеры пороков древесины и их расположение в поперечном сечении балок. Определяющим является наличие сучков и трещин в растянутой зоне сечения. Влиянием пороков в средней и сжатой зонах часто можно даже пренебречь. В связи с этим целесообразно обеспечить тщательный подбор заготовок в зависимости от качества и принятой к производству конструкции изделия. Рациональное комплектование позволит наиболее эффективно использовать сырьевые ресурсы древесины и делать заказ на пиловочник или пиломатериалы более точным и обоснованным [1].
При выработке специальных заготовок важно знать расположение зон с лучшими показателями физико-механических свойств древесины в стволе дерева. Схемы такого зонирования дерева или его части (сортимента) в
совокупности со схемами распиловки древесины дадут в руки специалистов хорошее средство для рационального раскроя и технически эффективного использования древесины.
Основной причиной изменения величины модуля упругости по радиусу бревна считают изменение процентного соотношения поздней и ранней древесины. Известно, что у поздней древесины физико-механические показатели выше. Различия между ними обусловлены неодинаковостью показателей прочности трахеид поздней и ранней древесины. Исследованиями доказано [2], что предельное сопротивление, возникающее в поперечном слое трахеиды, выражается соотношением (1).
Рис. 1. Поперечное сечение ранних и поздних трахеид сосны
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008
157
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
радиусу в см.
Рис. 2. Схема зонального распределения модулей упругости в стволах древесины уральской сосны: а - вершинный торец бревна, б - комлевой торец бревна; 1 - наиболее слабая зона, принята за 100 %; 2 - зона в 105-110 %; 3 - зона в 110-115 %; 4 - зона в 115-120 %; 5 - зона в 120-125 %
а = а90 / (1 + sin3YX (1)
где а90 - предельное сопротивление разрыву поперек волокон;
Y - средний угол спиральных слоев для сосны, у = 30°, y = 17,3°.
7 1 ран. 7 1 позд. 7
Для поздней и ранней древесины предельное сопротивление соответственно составляет а = 0,974о„„ и а = 0,889апп.
Разница между показателями находится в пределах 10-15 %. Следовательно, прочностные характеристики будут выше там, где процент поздней древесины выше. Например, прирост уральской сосны по диаметру до 80-100 лет приблизительно постоянен, но в дальнейшем резко сокращается. Число годичных слоев в 1 см увеличивается, а также возрастает процент поздней древесины. Это приводит к повышению показателей физикомеханических свойств древесины, в том числе и модулей упругости.
На рис. 2 изображена схема зонального распределения модулей упругости в стволах древесины уральской сосны [3]. Из нее видно, что физико-механические показатели уменьшаются в направлении от комля к вершине и от периферии к центру.
Влияние ядровой древесины сосны на прочность незначительно. Для заболон-ной и ядровой древесины сосны величины модулей упругости при статическом изгибе,
сжатии, растяжении вдоль волокон очень близки между собой. Наблюдаемая разница ±3 % находится в пределах точности исследования, и данную оценку можно считать достоверной. Поэтому следует полагать, что древесина заболони сосны по модулю упругости равноценна древесине ядровой древесины.
На основании известных теоретических положений и выдвигаемых гипотез проведено исследование величины модуля упругости для различных проб древесины, отбираемых в определенной зоне. Данные об изменении модулей упругости по радиусу ствола и по высоте сечения представлены в табл. 1 и 2.
Полученные данные согласуются с общей закономерностью изменения физикомеханических свойств древесины по радиусу и высоте ствола дерева. Увеличение модуля упругости наблюдается от периферии к центру круглого сортимента. Физико-механические показатели зависят от процента поздней древесины, т.е. от числа годичных слоев. Увеличение модуля упругости по высоте наблюдается от вершины к комлю, но изменяется неравномерно, что объясняется условиями произрастания древесины.
Т а б л и ц а 1 Изменение модуля упругости древесины по радиусу ствола дерева
Модуль упругости при испытаниях древесины Значение модуля для заготовок, считая от периферии, ГПа
1 2 3
на сжатие вдоль волокон 12,9 13,5 14,7
на статический изгиб 10,7 11,5 11,9
на растяжение вдоль волокон 12,9 12,8 12,9
Т а б л и ц а 2
Изменение модуля упругости древесины по высоте ствола дерева
Модуль упругости при испытаниях древесины Значение модуля для древесины, ГПа, по высоте ствола дерева, м
1,3 5,2 9,0
на сжатие вдоль волокон 15 13,5 10,2
на статический изгиб 13,8 11,2 10,2
на растяжение вдоль волокон 12,5 9,6 9,3
158
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 3
Показатели объемного выхода заготовок для клееных балок
Состав и форма сечения клееной балки D, см Выход заготовок из сортимента при обычном раскрое, % Выход заготовок из сортимента при зонированном раскрое, %
и 22 45,21 50,77
24 48,64 57,39
26 49,03 57,36
Рис. 3. Схема распределения качественных зон древесины в стволе дерева: 1 - зона здоровых сросшихся сучков; 2 - зона заросших гнилых и выпадающих сучков; 3 - бессучковая зона
Известно, что качество древесины зависит от места, которое она занимает в стволе растущего дерева (рис. 3). При наложении схемы зонального распределения древесины и схемы зонального распределения модулей упругости в стволах сортиментов получаем схему для определения прочной и качественной древесины в объеме бревна. Она поможет эффективней произвести раскрой пиловочника на специальные заготовки.
Например, видно, что комлевая древесина наиболее прочная и качественная. Такой материал может быть рекомендован для получения заготовок, в частности используемых в растянутых поясах клееных конструкций (рис. 4). Зона здоровых сросшихся сучков и часть дерева, прилегающая к ней, а также зона заросших гнилых и выпадающих сучков имеют прочность на 20-25 % ниже прочности комлевой древесины. Полученный из этой части сортиментов пиломатериал может применяться для средних и ограниченно для сжатых поясов конструкции.
Деление бревна при раскрое на разные зоны качества позволяет точнее скомплектовать сечение клееной конструкции и при этом выиграть на рациональном потреблении сырья. Так, например, при распиловке бревен вразвал выход заготовок из расчета на 1 м пог. клееных слоистых балок больше на 12-18 %, если учитывается специфика прочностного зонирования (табл. 3).
В работах [4] показано, что комплектование конструкции должно производиться в зависимости от направленности волокон древесины.
Получение необходимых по структуре заготовок - трудная задача, которая должна быть решена уже при раскрое пиловочника на доски и заготовки. При этом всегда учитываются главные факторы, определяющие качество и надежность самих строительных конструкций, а именно:
- направленность распиловки по характеру расположения волокон древесины на торцовом срезе пиломатериалов;
- схема размещения заготовок (ламелей) в пакете, предназначенном для склеивания ;
- требования к качеству древесины по ее структурному состоянию, наличию пороков и дефектов, точности размеров и подготовленности к склеиванию.
Рис. 4. Схема комплектования клееной конструкции заготовками в зависимости от их местоположения
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 3/2008
159
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 4
Показатели объемного выхода пиломатериалов при выработке
заготовок для строительных клееных материалов
Диаметр, см Постав Объемный выход Объемный выход по направленности раскроя
общий 50х50 25х50 25х40 радиальный полурадиальный тангентальный
I 0.12925 0,095 0,02625 0,008 0,219 0,219 0,219
22 46,16 33,93 9,38 2,86 55,3 55,3 55,3
II 0,1525 0,095 0,0575 0,219 0,219 0,219
54,47 33,93 20,54 55,3 55,3 55,3
III 0,19025 0,115 0,07125 0,004 0,219 0,219 0,219
26 48,05 29,03 17,99 1,01 55,3 55,3 55,3
IV 0,219 0,115 0,104 0,219 0,219 0,219
55,3 29,03 26,27 55,3 55,3 55,3
Рис. 5. Схемы распиловки круглых лесоматериалов при выработке заготовок для клееных заготовок строительного назначения: 1 - ламели сечением 50 х 50 мм; 2 - ламели сечением 25 х 40 мм; 3 - ламели сечением 25 х 50 мм
Выбор схемы раскроя зависит от размерно-качественных характеристик сырья и заготовок, необходимой ориентации распиловки бревен относительно годичных слоев древесины.
Представленные схемы раскроя (рис. 5, табл. 4) позволяют получить пиломатериал с заданной ориентацией годичных слоев. Используя необходимую схему раскроя и условное зонирование по сечению бревна, получаем возможность решить поставленную задачу
по обеспечению производства заготовками с определенными свойствами.
Анализ влияния структурно-анатомических свойств древесины на комплектование клееной конструкции показывает следующее:
1. Наиболее выгодно комплектовать клееную конструкцию (слоистую балку) с учетом залегания зон качественной и прочной древесины в стволе дерева;
2. Рекомендации по раскрою пиловочника на заготовки для клееных балок позволяют достичь оптимального комплектования пакетов в зависимости от направленности волокон древесины, прочностных и качественных характеристик древесного материала.
Таким образом, создаются предпосылки для обоснования схем комплектации балок, распиловки сырья и определения планируемого спецификационного задания на получение пилопродукции.
Библиографический список
1. Левинский, Ю.Б. Рациональный подбор сырья для малогабаритных клееных балок / Ю.Б. Левинский, РИ. Агафонова // Мат-лы науч. конфер. СПбЛТА. - СПб.: ЛТА., 2005. - С. 15-18.
2. Слицкоухов, Ю.В. Конструкции из дерева и пластмасс / Ю.В. Слицкоухов, В.Д. Буданов, М.М. Гап-поев; под общ. ред. Г.Г Карлсена. - М.: Стройиз-дат, 1986. - 543 с.
3. Индустриальные деревянные конструкции в современной архитектуре. - М., 1972. - 131 с.
4. Левинский, Ю.Б. Прогнозирование прочности древесины с учетом геометрии строения древесины / Ю.Б. Левинский, РИ. Агафонова // Труды междун. евразийского симпозиума «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент 21 века». - Екатеринбург, 2007. - С. 68-73.
160
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008
