pb02_v01wytrzymałość doraźna drewna

Podstawowe materiały i wyroby budowlane. Drewno i tworzywa drzewne. Dr inż. Mariusz Gaczek

1

Podstawowe materiały i wyroby budowlane. Drewno, tworzywa drzewne i wyroby z tych materiałów. 1. Pojęcia podstawowe Drewno to materiał otrzymany ze ściętych drzew iglastych i liściastych, formowany przez obróbkę w różnego rodzaju materiały i wyroby drzewne.

Drzewo, będące źródłem drewna, składa się z korzeni, pnia i korony.

Rys.1. Nazwy części drzewa [1], [2].

Korzenie wraz z szyją korzeniową, tj. przyziemną zgrubiałą częścią pnia,

nazywa się karpiną. Nadziemną część drzewa stanowi pień, a gałęzie wraz z ulistnieniem tworzą koronę. Część pnia znajdującą się ponad szyją korzeniową, aż do miejsca, gdzie grubość pnia zmniejsza się do 7 cm, nazywa się grubizną pnia. Dolna partia grubizny pnia nazywa się odziomkiem. Odziomek jest zwykle cenniejszym surowcem niż pozostała część pnia, dzięki lepszemu ukształtowaniu (np. brakowi sęków) i właściwościom technicznym drewna (np. większej twardości).

Jeśli pień wyraźnie zarysowuje się na odcinku od szyi korzeniowej do wierzchołka, a korona mniej więcej jest rozłożona symetrycznie względem pnia, to pień nazywa się strzałą. Uwidacznia się to zwłaszcza u drzew iglastych. Pień, który na pewnej wysokości ma silnie rozwinięte konary i gałęzie, a dalszy jego przebieg w koronie jest niewyraźny, określa się mianem kłody (określenia tego nie należy mylić z pojęciem kłody w tartacznictwie). Występuje to najczęściej u drzew liściastych [1].


2

Strzała Kłoda

Rys.2. Różne ukształtowanie pnia drzew.

W botanice, drewnem (tkanką drzewną) nazywa się warstwę znajdującą się między warstwą łyka i kory a rdzeniem. W tkance drzewnej, na przekroju pnia występują u wielu gatunków drzew dwie strefy: wewnętrzna – zwana twardzielą i zewnętrzna – zwana bielem.

Rys.3. Schemat przekroju pnia [1].

Twardziel nie zawiera żywych komórek, nie przewodzi wody, soli mineralnych i substancji wzrostowych; spełnia jedynie funkcję mechaniczną, polegającą na zwiększeniu sztywności i wytrzymałości drzewa. Generalnie twardziel charakteryzuje się większą naturalną odpornością na biodegradację niż biel, chociaż w drzewach żywych to biel jest bardziej odporny na działanie czynników biotycznych. Wynika to z dużej wilgotności bielu, dzięki czemu zawiera on mało powietrza niezbędnego do rozwoju grzybów. Jednak po ścięciu drzewa sytuacja się zmienia – wysychający biel szybko osiąga wilgotność optymalną do rozwoju mikroorganizmów [2]. W praktyce szczególnie dotkliwy jest brak odporności bielu zaraz po ścięciu drzewa na atak grzybów barwiących drewno (sinizna i pleśń) oraz owadów. Twardziel zachowuje swoją pierwotną


3

odporność również po ścięciu drzewa. Spowodowane jest to dużą zawartością substancji toksycznych dla grzybów i owadów w komórkach (tzw. związków twardzielowych) oraz mniejszą przepuszczalnością wody i tlenu. Twardziel najczęściej jest ciemniejsza od bielu (co jest wywołane utlenianiem się garbników i substancji fenolowych zawartych w tym obszarze), ale u niektórych gatunków różnice w zabarwieniu są niezauważalne. Ponadto twardziel jest mniej podatna na pęcznienie i kurczenie się drewna podczas zmian jego wilgotności [3]. W związku z różnymi formami występowania twardzieli rozróżnia się [4]: • drzewa twardzielowe o zabarwionej twardzieli – np.: sosna, modrzew, dąb, • drzewa twardzielowe o nie zabarwionej twardzieli – np.: jodła, świerk, • drzewa o zabarwionej i nie zabarwionej twardzieli, np.: jesion, wiąz, • drzewa beztwardzielowe (bielaste), np.: brzoza, buk, grab, grusza, jawor, klon,

olcha, osika. U niektórych drzew liściastych beztwardzielowych, występuje po ich ścięciu tzw. fałszywa twardziel. Pojawia się ona najczęściej w drewnie buka, brzozy i klonu, zwykle w przyrdzeniowej części pnia, w postaci brunatnych plam [4]. Powstawanie fałszywej twardzieli interpretuje się jako efekt obrony drzewa przed działaniem czynników zewnętrznych, np. grzybów [3]. Podstawowym składnikiem drewna są substancje organiczne, stanowiące główny materiał budowy błon komórkowych, w ilości ok. 96% suchej masy. Należą do nich: celuloza, lignina i hemicelulozy. Ponadto drewno zawiera substancje mineralne (np. krzemiany i węglany) oraz substancje uboczne (żywice, gumy, woskotłuszcze, barwniki, garbniki, alkaloidy i in.). 3. Wpływ drzewa na podłoże gruntowe Korzenie drzewa tworzą wraz ze znajdującym się pod ich wpływem gruntem pewną bryłę, wewnątrz której grunt jest najczęściej przesuszony, a w przypadku gruntów pęczniejących (np. iłów) także skurczony. Skurcz gruntu powoduje jego osiadanie. Rozmiary bryły przesuszenia określają zasięg pola wpływu drzewa na podłoże gruntowe. Można przyjąć, że zasięg ten jest odwróconym stożkiem o podstawie w przybliżeniu kołowej, mającej promień równy [5]: • 1,5 wysokości drzewa rosnącego pojedynczo, • 2 wysokości najwyższego drzewa rosnącego w grupie. Wysokość stożka jest równa w przybliżeniu zasięgowi korzeni w kierunku pionowym, który może wynosić nawet kilkanaście i więcej metrów. Jeśli fundamenty budowli posadowionej na gruncie pęczniejącym znajdują się w poziomie posadowienia w zasięgu strefy wpływu drzewa na podłoże gruntowe, zachodzi niebezpieczeństwo nierównomiernego osiadania budowli i dodatkowo pękania jej elementów. Stopień zagrożenia budowli przez rosnące w pobliżu drzewo można określić za pomocą tzw. współczynnika zagrożenia [5]:


4

δ⋅⋅=

LAnIP ii ,

w którym: ni - liczba drzew, Ai - ocena drzewa pod względem zagrożenia, w punktach wiązy – 10 pkt., topole – 9 pkt., akacje – 8 pkt., wierzby, kasztanowce, platany – 6 pkt., drzewa iglaste – 3 pkt., δ - współczynnik zależny od odległości D od ściany budowli: δ = 1 dla D < 5 m, δ = 0,5 dla 5 < D < 15 m, δ = 0 dla D > 15 m L - długość najbardziej zagrożonej zewnętrznej ściany budynku. Ostatecznie, stopień zagrożenia budynku można ocenić na podstawie tablicy 1. Tablica 1. Stopień zagrożenia budynku przez rosnące w pobliżu drzewo [5].

Współczynnik zagrożenia IP Niebezpieczeństwo uszkodzenia

0 – 0,25 0,25 – 0,50 0,50 – 1,00 1,00 – 2,00

powyżej 2,00

bardzo małe małe średnie

duże bardzo duże

2. Zalety i wady drewna Do zalet drewna zalicza się: • łatwość obróbki i łączenia – różna jednak dla poszczególnych gatunków, • stosunkowo duża wytrzymałość (wytrzymałość względna – wytrzymałość

podzielona przez ciężar właściwy – dorównuje wytrzymałości stali), • niewielki ciężar właściwy, • dobra izolacyjność cieplna i akustyczna, • dobra odporność na działanie czynników chemicznych, • dobre zaspakajanie odczuć estetycznych, • inne, np. ostrzegawcze właściwości drewna - pomiędzy wystąpieniem siły

niszczącej sygnalizowanym przez głośne trzaski pękającego drewna a złamaniem stojaków sosnowych upływa średnio 50 sekund; jest to czas, którym dysponuje człowiek na opuszczenie zagrożonego miejsca [6].


5

Wady drewna jako materiału: • anizotropowa budowa – np. różna wytrzymałość wzdłuż i w poprzek włókien,

różne moduły sprężystości w kierunkach podłużnym, promieniowym, i stycznym,

• higroskopijność, • możliwość odkształceń pod wpływem zmian wilgoci (skurcz i pęcznienie), • palność, • podatność na korozję biologiczną (owady i grzyby), • liczne wady surowca wynikające z morfologicznej budowy drzew, • duże straty drewna w procesie pozyskiwania surowca i obróbki. Uwaga!

Pomimo palności, elementy drewniane zachowują w ogniu dłużej swą wytrzymałość niż na przykład elementy metalowe. Podczas gdy elementy metalowe na skutek wysokiej przewodności cieplnej szybko się rozgrzewają i znacznie rozszerzają tracąc w związku z tym zdolność do przenoszenia obciążeń, to w przypadku drewna następuje pod wpływem ognia stosunkowo powolne, stopniowe jego zwęglanie. Płonące drewno pokrywa się izolacyjną warstwą, która jest złym przewodnikiem ciepła i opóźnia przenikanie ciepła w głąb materiału, chroniąc w ten sposób jego partie wewnętrzne i utrudniając jego przepalenie. W ogniu konstrukcje drewniane załamują się stopniowo i powoli, co stwarza dogodne warunki ratownicze [7]. 3. Wybrane właściwości drewna 3.1. Gęstość drewna Gęstość drewna zależy m.in. od gatunku, wilgotności, położenia drewna w pniu (biel, twardziel, drewno wczesne, drewno późne) i miejsca jego pozyskiwania (klimat, warunki wzrostu itp.). Bardzo duży wpływ na gęstość drewna ma jego wilgotność. Dlatego gęstość tą podaje się najczęściej dla wilgotności 15% (stan powietrznosuchy) [2], [3]. Tablica 2. Gęstość wybranych gatunków drewna (przy wilgotności drewna 15%) [2], [3], [4].

Gatunek Gęstość, kg/m3 Gatunek Gęstość, kg/m3 Sosna pospolita Świerk Jodła Modrzew Dąb Wiąz Grab

520 470 450 690 710 680 830

Jesion Buk Olcha Brzoza Klon Topola Osika

750 730 530 650 660 450 440

3.2. Pęcznienie i skurcz Pęcznienie i skurcz drewna powstają w wyniku zmiany objętości włókien drewna (ścianek komórkowych) wywołanej zmianami wilgotności. Pod pojęciem pęcznienia rozumie się zwiększenie objętości drewna wywołane wzrostem jego wilgotności. Skurcz natomiast jest zmniejszeniem objętości drewna wskutek


6

spadku jego wilgotności. Są to zjawiska przeciwstawne o wielkości mniej więcej takiego samego rzędu i w znacznym stopniu odwracalne [2]. Intensywność pęcznienia-kurczenia się zależy od przekroju drewna i wynosi w kierunku stycznym 6-13%, promieniowym – 3-5%, a wzdłuż włókien – 0,1-0,8% [3]. Odkształcenia wywołane pęcznieniem lub skurczem mogą być przyczyną pękania lub paczenia się drewna. Jako pęknięcie traktuje się rozerwanie drewna wzdłuż włókien. Pęknięcia drewna okrągłego i tarcicy są przeważnie następstwem zbyt szybkiego lub nierównomiernego wysychania. Paczenie się drewna jest deformacją postaci elementów drewnianych spowodowaną anizotropią skurczu w kierunkach promieniowym i stycznym. Deformacja ta zależy od gatunku drewna, wymiarów elementu oraz od tego, z jakiej części kłody zostały wykonane [2].

Rys. 4. Różnice w paczeniu się tarcicy w zależności od usytuowania w kłodzie [3], [8].

3.3. Wytrzymałość drewna Rozróżnia się wytrzymałość doraźną i długotrwałą. Wytrzymałość zależy przede wszystkim od kierunku działania sił w stosunku do włókien, długotrwałości działania obciążeń i wilgotności [6]. Dodatkowo na wytrzymałość drewna wpływają różnice między gatunkami drewna, niejednorodność wewnątrzgatunkowa spowodowana wzrostem w różnych siedliskach (wpływ gleby, klimatu, nasłonecznienia itp.) oraz niejednorodność tkanki drzewnej. Istotnym czynnikiem zmniejszającym wytrzymałość drewna jest występowanie w nim wad naturalnych związanych z budową anatomiczną (sęki, skręt włókien, krzywizny) oraz wad spowodowanych przez czynniki zewnętrzne, takie jak: pęknięcia, rozkład przez grzyby, zaatakowanie przez owady, przecinanie włókien drzewnych pod kątem [3].


7

3.3.1. Wytrzymałość doraźna Wytrzymałością doraźną nazywa się największą wartość naprężenia występującego w trakcie krótkotrwałej próby wykonywanej do zniszczenia próbki badanego materiału. Wyróżnia się wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, zginanie, ścinanie, przecinanie oraz skręcanie. Można przyjąć, że wartości wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien, zginanie i ścinanie stanowią odpowiednio ok. 50, 80 i 10% wartości wytrzymałości na rozciąganie wzdłuż włókien [2]. Tablica 3. Średnie wartości wytrzymałości wybranych gatunków drewna o wilgotności 15% [2].

Wytrzymałość, MPa rozciąganie Gatunek

drewna ściskanie Rc | |

ścinanie Rt | | Rr | | Rrp⊥

zginanie Rg

Sosna Świerk Modrzew Dąb Buk Grochodrzew Grab Brzoza Lipa Osika

47,0 43,0 53,0

52,0-55,0 53,0 59,0 66,0 43,0 44,0 25,0

10,0 6,7 9,0

11,0 8,0

16,0 8,5

12,0 4,5 7,0

84,0 90,0

107,0 90,0

135,0 148,0 107,0 137,0 85,0 77,0

3,0 2,7 2,3

8,8-9,4 7,0 4,3

24,5 7,0 8,6 1,7

87,0 66,0 84,0 94,0

105,0 120,0 107,0 125,0 90,0 52,0

|| - równolegle do włókien ⊥ - prostopadle do włókien 3.3.2. Wytrzymałość długotrwała Wytrzymałość długotrwała jest to rzeczywista wytrzymałość drewna na największe obciążenia działające przez dowolnie długi czas. 3.3.3. Wytrzymałość normowa Przy zastosowaniu drewna w budownictwie stosuje się duże współczynniki bezpieczeństwa, w celu uwzględnienia zachowania się drewna poddanego obciążeniom w długim okresie czasu, a także wpływu wad drewna. W normach dotyczących projektowania konstrukcji drewnianych wprowadza się pojęcie klasy drewna. Klasa drewna to cecha jakości drewna odpowiadająca wartości wytrzymałości charakterystycznej na zginanie. Klasy wytrzymałościowe drewna Klasy wytrzymałości drewna drzew iglastych: C14, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 35, 40, 45, 50. Klasy wytrzymałości drewna drzew liściastych: D30, 35, 40, 50, 60, 70.


8

Liczba po symbolu literowym określa wytrzymałość charakterystyczną w MPa na zginanie.

W przypadku krajowego drewna iglastego, przyjmuje się następujące klasy drewna konstrukcyjnego litego o wilgotności 12%: C18, C24, C30, C35, C40. 3.3. Twardość drewna Twardość drewna określa opór, jaki stawia drewno przy wciskaniu obcego ciała. Do wyznaczania twardości drewna stosuje się przeważnie metodę Janki lub metodę Brinella [2]. Badania twardości drewna metodą Brinella pozwalają na wyróżnienie następujących klas twardości drewna gatunków krajowych [4]: 1 – drewno bardzo miękkie, np.: osika, topola, jodła, świerk, 2 – drewno miękkie, np.: brzoza, jawor, lipa, sosna pospolita, modrzew, 3 – drewno średnio twarde, np.: wiąz, orzech, sosna czarna, 4 – drewno twarde, np.: dąb szypułkowy, jesion, grusza, 5 – drewno bardzo twarde, np.: buk, grab, dąb bezszypułkowy, cis. Ponadto wyróżnia się klasę 6 – drewno twarde jak kość. 3.4. Trwałość drewna i starzenie naturalne

Drewno w optymalnych warunkach zapewniających jego małą wilgotność (brak narażenia na działanie wody) lub pozbawione dostępu powietrza (pod wodą) ma bardzo dużą trwałość, sięgającą setek, a nawet tysięcy lat [3]. Wystawienie niezabezpieczonego drewna na działanie czynników atmosferycznych, powoduje jego postępujący rozkład, zwłaszcza powierzchniowy. Z punktu widzenia trwałości naturalnej, można wyróżnić [4]: • drewno bardzo trwałe, np.: modrzew, dąb, wiąz, akacja, grochodrzew, • drewno średnio trwałe, np.: jodła, sosna, świerk, buk, jesion, • drewno mało trwałe, np.: brzoza, jawor, lipa, olcha, osika, topola. Jednak w rzeczywistych warunkach użytkowania elementów drewnianych, poszczególne gatunki drewna mogą wykazywać różną odporność na oddziaływanie czynników środowiskowych.

Naturalne starzenie się drewna jest procesem nieodwracalnych zmian w jego wyglądzie i właściwościach pod wpływem długotrwałego działania czynników zewnętrznych, takich jak: powietrze, zmiany temperatury i wilgotności, promieniowanie UV, stan naprężeń. W procesie naturalnego starzenia się drewna, nie zakłada się działania czynników biologicznych np. grzybów i owadów [2].


9

Rys. 5. Ilustracja procesu starzenia się elementów drewnianych o przekroju okrągłym i kwadratowym w wyniku działania czynników atmosferycznych [8].

4. Korozja biologiczna Techniczne szkodniki drewna Spuszczel pospolity

Gatunek ten określany jest mianem najgroźniejszego szkodnika drewnianych budynków i budowli w Polsce i w krajach sąsiednich. Niszczy drewno iglaste, zasiedlając je przez szereg pokoleń. Występuje licznie na terenie całego kraju, z wyjątkiem stanowisk powyżej 1000 m. Zasiedla przede wszystkim więźby dachowe, drewniane ściany wykonane w różnych konstrukcjach, elementy kończenia i wystroju wnętrz (podłogi, meble itp.), słupy linii elektrycznej i telefonicznej, pale mostowe i portowe [9].

Rys.6. Spuszczel pospolity Hylotrupes bajuls [10].

Otwory wylotowe owalne

3-4 x 5-10 mm

Fot.

U. N

oldt


10

Kołatek domowy Obok spuszczela pospolitego jest w Polsce najgroźniejszym szkodnikiem

niszczącym drewniane elementy w budynkach i całe drewniane budynki. Mając odmienne wymagania pod względem warunków temperatury i wilgotności powietrza w opanowywanych pomieszczeniach, z reguły nie konkuruje ze spuszczelem, lecz dopełnia szkód niszcząc drewno w innych częściach budynku. Preferuje zwłaszcza pomieszczenia piwniczne, gospodarcze i nie ogrzewane (np. opuszczone) lub nie dogrzane pomieszczenia mieszkalne o podwyższonej wilgotności powietrza. Z tego względu jest również najpospolitszym szkodnikiem drewna wyposażenia wnętrz kościołów i muzeów typu skansenowskiego. Jest także najgroźniejszym szkodnikiem mebli, rzeźb, ram obrazów itp. W odróżnieniu od spuszczela atakującego materiał nie starszy niż w wieku 150-200 lat, kołatek domowy zasiedla drewno w wieku od kilku do nawet pół tysiąca lat. Można go uznać zatem za najgroźniejszego szkodnika niszczącego drewniane zabytki [9].

Rys.7. Kołatek domowy Anobium punctatum [10]. Grzyby niszczące drewno Destrukcyjna sucha zgnilizna Stroczek domowy (grzyb domowy właściwy) Jest to najbardziej pospolity grzyb domowy. Występuje prawie wyłącznie w budynkach. Atakuje drewno gatunków iglastych i liściastych. Rozwija się w stropach drewnianych, elementach podłogowych, na ościeżnicach, boazeriach i więźbach dachowych [11].

Otwory wylotowe koliste

Ø 1-2 mm

Fot.

U. N

oldt


11

Rys. 8. Stroczek domowy Serpula lacrymans [12]. Wywołuje szybki i intensywny rozkład drewna o charakterze zgnilizny brunatnej. Drewno w początkowym stadium rozkładu przybiera kolor kanarkowo-żółty, potem brunatnieje. Z czasem zmienia się jego budowa – na powierzchni powstają spękania, zarówno w kierunku poprzecznym, jak i podłużnym. Spękania szybko pogłębiają się i dzielą zniszczone drewno na pryzmatyczne klocki. Porażone drewno staje się lekkie i kruche, w palcach można je rozetrzeć na proszek. Ubytek masy drewna po 6 miesiącach wynosi ok. 50%, a wytrzymałość na ściskanie zmniejsza się w tym czasie do 30% wytrzymałości drewna zdrowego [11]. Destrukcyjna mokra zgnilizna Gnilica mózgowata (grzyb piwniczny) Rozwija się na drewnie gatunków iglastych i liściastych. W budynkach niszczy stropy, elementy podłogowe (szczególnie w piwnicach) i inne części drewniane. Po grzybie domowym właściwym grzyb piwniczny jest drugim z kolei gatunkiem pod względem szkodliwości i rozprzestrzeniania [11]. Grzyb piwniczny, podobnie jak grzyb domowy właściwy, wywołuje brunatny rozkład drewna. Różnica polega na tym, że spękania drewna są gęstsze, a tym samym pryzmaciki drobniejsze. Jednak szybkość rozkładu jest nieco mniejsza. Po 6 miesiącach działania grzyba drewno traci na wadze ok. 45% suchej masy, a wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien zmniejsza się o 75% w stosunku do drewna zdrowego [11].

Fot.

T. H

uckf

eldt


12

Rys. 9. Gnilica mózgowata Coniophora puteana [12]. Grzyby barwiące drewno – nie osłabiające drewna Sinizna

Rys. 10. Sinizna [13]. 5. Drewno budowlane Można tu wyróżnić: • drewno naturalne, • tworzywa drzewne i materiały drewnopochodne.

Fot.

T. H

uckf

eldt


13

5.1. Drewno naturalne Drewno naturalne to drewno lite otrzymywane z drzew iglastych i liściastych. Poszczególne gatunki drewna charakteryzują się odmiennymi właściwościami fizycznymi i mechanicznymi.

Drewno z drzew iglastych: sosna, świerk, jodła, modrzew i in. Drewno z drzew liściastych: dąb, jesion, buk, wiąz, olcha, brzoza, grab,

akacja i in. 5.2. Tworzywa drzewne i materiały drewnopochodne

Tworzywa drzewne i materiały drewnopochodne to materiały z drewna ulepszonego lub materiały, których podstawowym składnikiem jest drewno lub produkty jego przetworzenia.

Materiały te są otrzymywane przez [7]: • modyfikację drewna litego metodami mechanicznymi, chemicznymi lub

termicznymi, • sklejanie, często pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze, klejami

organicznymi lub spoiwem mineralnym warstw fornirów, desek i listew bądź wiórów, trocin, wełny drzewnej,

• sklejanie naturalnym lepiszczem (głównie ligniną lub z dodatkiem substancji klejących) wcześniej rozwłóknionego drewna.

Zaletą tworzyw drzewnych jest możliwość dostosowania ich właściwości

(np. gęstości, wytrzymałości, odporności na ścieranie, nasiąkliwości, właściwości cieplnych i akustycznych) oraz rozmiarów do wymagań wynikających z zastosowania. Wytwarzając tworzywa drzewne uzyskuje się materiał bardziej jednorodny. Niekorzystne cechy drewna litego wynikające z jego anizotropowej budowy i higroskopijności oraz występowania wad np. sęków, są w tworzywach znacznie ograniczane lub eliminowane. Dodatkowym atutem tworzyw drzewnych jest możliwość użycia do ich wytwarzania drewna małowartościowego, a często również odpadów drzewnych, co daje wymierne oszczędności [7].

Zasadnicze tworzywa drzewne i materiały drewnopochodne [7]: • tworzywa na bazie drewna litego - drewno klejone i ulepszane (np. lignoston

i lignomer, ThermoWood), płyty stolarskie, • tworzywa na bazie forniru - sklejka, lignofol oraz nowe materiały np. LVL

i PSL, • tworzywa na bazie elementów otrzymywanych przez wzdłużne rozszczepianie

drewna litego - Scrimber, Tim Tec, • materiały na bazie wiórów - różne odmiany płyt wiórowych oraz OSB i nowe

materiały np. LSL, • materiały na bazie wełny drzewnej – płyty wiązane cementem portlandzkim lub

magnezytem, • materiały na bazie trocin – płyty trocinowe, trocinobeton, • materiały na bazie włókien - płyty pilśniowe wytwarzane metodą mokrą

i metodą suchą (MDF).


14

Drewno klejone otrzymuje się przez sklejenie ze sobą pewnej liczby warstw drewna o zasadniczo równoległym układzie włókien.

Rys. 11. Układ spoin klejowych w przekroju poprzecznym: a) drewno klejone

warstwowo poziomo, b) drewno klejone warstwowo pionowo. Lignoston uzyskuje się przez sprasowanie litego drewna (głównie

gatunków liściastych) pod ciśnieniem ok. 30 MPa i w temperaturze ok. 130°C. Lignomer otrzymuje się poprzez wgłębną modyfikację struktury drewna

litego przy użyciu tworzyw syntetycznych (np. polistyrenu lub polimetakrylanu winylu). Polega to na wprowadzeniu do drewna małych cząstek tworzyw sztucznych (monomerów), a następnie ich spolimeryzowaniu wewnątrz drewna w wyniku działania ciepła i substancji inicjujących reakcje polimeryzacji.

Drewno modyfikowane termicznie np. ThermoWood to drewno wygrzewane w kilku fazach, w celu przekształcenia składników drewna (celulozy, hemicelulozy, ligniny).

Po obróbce poziom wilgotności drewna jest mniejszy o 50%. Staje się ono trwalsze, poprawia się jego odporność na gnicie i pleśń, zmniejsza się chłonność. Kurczliwość maleje nawet do 90% oraz poprawiają się właściwości izolacji termicznej. Maleje natomiast odporność na łamanie i pękanie. Kolor drewna zmienia się na brązowy [14].

Rys. 12. Charakterystyka właściwości drewna modyfikowanego termicznie [14].

Rys

. A

rchi

wum

Fin

nfor

est

a) b)


15

hemicellulose

celluloseamorphous

crystalline

lignin

extractives

acetic acial

arbinosegalactose

xlylosemannose

dimensionalstability

equilibriummoisture content

biologicaldurability

strengthtoughness

weatherdurability

paintabilityglueability

in crease ofcrystallinity

size of crystalsincreases

structural changesfree radicals

increase

decrease

120 oC 180 oC

230 oC

230 oC

120, 230 oC

120, 180 oC

230 oC

changes in cellwall structureEffects ON

Rys.13. Schemat procesu przemian składu chemicznego drewna, w trakcie

produkcji drewna modyfikowanego termicznie [15].

Płyta stolarska to płyta złożona z warstwy środkowej, oklejona obustronnie jedną lub dwiema warstwami obłogu lub arkuszami płyt pilśniowych. Normy PN-EN 313-1: 2001 i PN-EN 313-2: 2001 płyty stolarskie z warstwami zewnętrznymi wykonanymi z drewna zaliczają do sklejki.

W zależności od budowy warstwy środkowej płyt stolarskich, dzieli się je na: pełne i komórkowe (pustakowe).

Rys. 14. Płyty stolarskie pełne: deszczułkowa zwykła, deszczułkowa nacinana, listewkowa, blokowa z fornirów [1].


16

Rys. 15. Płyty stolarskie pełne [16].

Rys. 16. Płyty stolarskie komórkowe: a) ze środkiem z płyty pilśniowej, b) ze środkiem z kartonu, c) ze środkiem z forniru, d) ze środkiem z listewek [4].

Sklejka to płyty sklejane z nieparzystej liczby fornirów, w których włókna

w przyległych do siebie warstwach przebiegają pod kątem prostym. Jest ona najstarszym z tworzyw drzewnych, produkowana w bardzo wielu odmianach.

Rys. 17. Ułożenie fornirów w sklejce [4].


17

Rys. 18. Sklejka: a) liściasta, b) iglasta [17].

Lignofol czyli zagęszczone drewno warstwowe jest tworzywem otrzymywanym w procesie klejenia na gorąco, klejami wodoodpornymi, pod ciśnieniem 5-20 MPa, arkuszy lub skrawków forniru o grubości poniżej 1 mm.

Rys. 18. Lignofol [18].

Fornirowe drewno warstwowe, LVL (skrót ten pochodzi od pierwszych liter nazwy angielskojęzycznej „laminated venner lumber”).

a)

b)


18

Scrimber albo Tim-Tek wytwarza się z małowymiarowego drewna okrągłego, które jest stopniowo miażdżone i rozdzierane na wzdłużne pasma poprzez przepuszczenie między poprzecznie rowkowanymi walcami. Uzyskane pasma są suszone, zaklejane i prasowane, dając belki o różnej długości i grubości.

Rys. 19. Proces produkcji materiału Tim-Tek [19].

Rys. 20. Tim-Tek [19].


19

Płyty wiórowe są produkowane przede wszystkim z wiórów drzewnych łączonych ze sobą pod ciśnieniem w podwyższonej temperaturze, przy zastosowaniu klejów syntetycznych. Obecnie do wytwarzania płyt wiórowych używa się również znacznych ilości trocin, których udział może osiągnąć aż 70% wsadu. Ze względu na budowę płyty wiórowe dzieli się na jednowarstwowe, wielowarstwowe (trzy- i pięcio- warstwowe) oraz frakcjonowane i warstwowo-frakcjonowane (w warstwowych skokowa zmiana gęstości warstw, w frakcjonowanych – płynna zmiana gęstości płyty).

Rys. 21. Schemat budowy płyt wiórowych (z zaznaczonym rozkładem gęstości na grubości płyt): a) jednowarstwowej, b) pięciowarstwowej, c) frakcjonowanej,

d) warstwowo-frakcjonowanej [7].

Rys. 22. Przekrój przez płytę wórową.

Płyty OSB są specyficzną odmianą płyt wiórowych. Wióry stosowane do produkcji OSB to tzw. wióry płaskie. Mają one większe wymiary w porównaniu z wiórami stosowanymi do wytwarzania tradycyjnych płyt wiórowych - przypominają swą morfologią skrawki forniru. Cząstki te łączone są przy użyciu żywic syntetycznych. Skrót OSB pochodzi od pierwszych liter nazwy angielskiej: oriented strand board (płyty o wiórach orientowanych).


20

Rys. 23. Płyty OSB [20], [21].

Płyty cementowo-wiórowe wytwarzane są z długich wiórów połączonych cementem hydraulicznym. Jako cement może być użyty zwykły cement portlandzki lub cement zawierający magnez (np. magnezyt). Zamiast wiórów w płycie cementowej może znajdować się wełna drzewna. Mogą też być zastosowane zrębki drzewne.


21

Rys. 24. Wełna drzewna.

Rys. 25. Płyty z wełny drzewnej [22].

Rys. 26. Płyty zrębkowo-cementowe [23].


22

Płyty gipsowo-drzewne (gipsowo-wiórowe, gipsowo-włóknowe).

Płyta pilśniowa to płyta wytworzona z włókien ligno-celulozowych z dodatkiem lub bez dodatku środków chemicznych. Płyty pilśniowe otrzymywane są metodą mokrą lub suchą (MDF – ULDF, LDF, MDF, HDF).

Rys. 27. Płyty pilśniowe porowate grubości 5,5 mm, stosowane jako podkład wyciszający pod panele podłogowe.

6. Wyroby drewniane i z materiałów drewnopochodnych. 6.1. Wyroby z drewna naturalnego Można wyróżnić wyroby wstępnej obróbki drewna i wyroby przetworzone. W y r o b y w s t ę p n e j o b r ó b k i d r e w n a: • drewno okrągłe (materiały okrągłe) - grubizny, dłużyce, kłody, wyrzynki,

żerdzie, szczapy, wałki, • tarcica (materiały tarte obrzynane i nieobrzynane) - deski, bale, łaty,

krawędziaki, belki.

Rys. 28. Tarcica obrzynana: a) deski, b) bale, c) listwy, d) łaty (garniaki), e) krawędziaki, f) belki [4].


23

W y r o b y p r z e t w o r z o n e: • deski boazeryjne, • siding (profile fasadowe),

Rys. 29. Profile fasadowe [24].

• materiały podłogowe (deszczułki, parkiet mozaikowy, parkiet kostkowy),


24

Rys. 30. Kształty deszczułek posadzkowych wg normy PN-73/D-94002 [1].

Rys. 31. Deszczułka w widoku bocznym i fragment ułożonego parkietu (przykład).

Rys. 32. Deszczułki posadzkowe lite wg PN-EN 13226:2004; 1 – powierzchnia licowa, 2 – skos, 3 – rowki klejowe, 4 – wpustka.


25

Rys. 33. Deszczułki posadzkowe lite pocienione (lamparkiet) wg PN-EN 13227:2004; 1 – powierzchnia licowa, 2 – powierzchnia dolna, 3 – skos,

4 – rowek klejowy.

Rys. 34. Parkiet mozaikowy – płyta [1] i widok.

Zespolenie listewek parkietu mozaikowego w płyty można uzyskać poprzez: - oklejenie wierzchniej strony papierem, który odkleja się po przyklejeniu płyty, - oklejenie spodniej strony siatką, którą razem z płytą przykleja się do podłoża. • elementy schodów (stopnice, podstopnie, belki policzkowe, balustrady, poręcze

i in.) • pokrycia dachowe (gonty, wióry) i rynny,

Rys. 35. Gont – wycinek z pnia i klinowy kształt [34].


26

Rys. 36. Rynny drewniane [25], [26]. • kostka brukowa,

Rys. 37. Przykłady elementów brukowych [1], [34].


27

• forniry (okleiny i obłogi),

Rys. 38. Metody produkcji forniru: skrawanie obwodowe i skrawanie płaskie [1].

Rys. 39. Okleiny [27].


28

• stolarka okienna i drzwiowa.

Rys. 40. Stolarka okienna. 6.2. Wyroby z drewna klejonego warstwowo Można tu wymienić np.: • belki i dźwigary, • stolarkę okienną,

Rys. 41. Stolarka okienna z drewna klejonego warstwowo.


29

• panele podłogowe.

Rys. 42. Panel podłogowy z drewna klejonego warstwowo; 1 – wpust, 2 – powłoka lakiernicza, 3 – warstwa użytkowa z twardego drewna z włóknami ułożonymi

wzdłuż panelu, 4 – warstwa środkowa wykonana z poprzecznie ułożonych listewek sosnowych lub świerkowych, 5 – warstwa spodnia o włóknach ułożonych tak jak

włókna warstwy górnej, 6 – pióro

6.3. Wyroby z materiałów drewnopochodnych Można tu wymienić np.: • dwuteowe belki ścienne, stropowe i dachowe, ze środnikiem prostym lub

falistym,

Rys. 43. Belki dwuteowe: a) ze środnikiem wykonanym z płyty OSB i z pasami wykonanymi z LVL [28], b) ze środnikiem wykonanym z płyty pilśniowej

i z pasami wykonanymi z drewna litego [29].

• płyty ścienne, • elementy deskowań i deskowań traconych, • stolarkę drzwiową (skrzydła drzwiowe, ościeżnice),


30

Rys. 44. Ościeżnice nakładane.

Rys. 45. Ościeżnice nakładane: a) i b) stałe, c) i d) regulowane [30].

• panele podłogowe,


31

Rys. 46. Panel podłogowy; 1 – przezroczysty laminat odporny na ścieranie, 2 – dekor (warstwa fakturowa, nadającej panelowi kolor i rysunek np. buku czy dębu), 3 – płyta nośna (rdzeń) wykonana z płyty HDF lub z płyty wiórowej,

4 – laminat odprężający.

• blaty robocze (postforming), • wiórowocementowe i trocinobetonowe pustaki, elementy nadproży, elementy

ekranów akustycznych,

Rys. 47. Pustki trocinobetonowe: a) do ścian zewnętrznych, b) do ścian wewnętrznych konstrukcyjnych [31].

Rys. 48. Element nadproża okiennego [32].


32

Rys. 49. Element ekranów akustycznych [31].

• maty i płyty termoizolacyjne,

Rys.50. Płyta termoizolacyjna z korka ekspandowanego [33].

• tapety strukturalne (do malowania).


33

Rys. 51. Tapeta strukturalna, tzw. raufaza. Piśmiennictwo [1] W. Żenczykowski, Budownictwo ogólne, t..1: Materiały i wyroby budowlane.

Arkady, Warszawa 1976. [2] Z. Lis, P. Rapp, Drewno i materiały drewnopochodne [w:] Budownictwo

ogólne, t.1, materiały i wyroby budowlane, red. B. Stefańczyk. Arkady, Warszawa 2005.

[3] P. Witomski, Drewno [w:] Ochrona budynków przed korozją biologiczną, red. J. Ważny, J. Karyś. Arkady, Warszawa 2001.

[4] J. Szczuka, J. Żurowski, Materiałoznawstwo przemysłu drzewnego. WSiP, Warszawa 1999.

[5] J. Jeż, Przyrodnicze aspekty bezpiecznego budownictwa. WPP, Poznań 1994. [6] Z. Milczarek, Budownictwo drewniane. Arkady, Warszawa 1994. [7] W. Dzbeński, P. Kozakiewicz, Drewno i materiały drewnopochodna na

konstrukcje nośne. XIX Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Ustroń 2004. PZITB, Bielsko-Biała 2004.

[8] Wood handbook—Wood as an engineering material. Gen. Tech. Rep. FPL–GTR–113. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, Madison, WI, 1999.

[9] Krajewski A., Owady – szkodniki drewna. Budownictwo drewniane – serwis Centrum Bbudownictwa Szkieletowego, www.szkielet.com.pl/ochrona.php?show=index

[10] Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Hamburg, www.bfafh.de/inst4/infokarten-insekten.htm

[11] J. Ważny, Mikroorganizmy rozwijające się w budynkach [w:] Ochrona budynków przed korozją biologiczną, red. J. Ważny, J. Karyś. Arkady, Warszawa 2001.

[12] Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Hamburg, www.bfafh.de/inst4/infokarten-pilze.htm

[13] www.forst.uni-muenchen.de/EXT/LST/BOTAN/LEHRE/PATHO/PILZE/BLAEUE/blaeue.html


34

[14] Finnforest Polska, www.finnforest.pl [15] VTT Technical Research Centre of Finland. [16] Paged Sklejka S.A., www.pagedsklejka.pl [17] Sklejka – Eko S.A., www.sklejkaeko.pl [18] Sklejka Pisz S.A., www.sklejka-pisz.com.pl [19] MSU & TimTek, College of Forest Resources, Mississippi State University,

www.cfr.msstate.edu/timtek/process.html [20] Kronoply, www.krono.com, [21] Kronospan, www.kronospan.sk [22] Heraklith, www.heraklith.com [23] Velox, www.velox.at, www.velox.com.pl [24] MOCO elewacje drewniane, www.elewacje-drewniane.pl [25] Theo Ott, www.holzschindeln.de [26] Primex, www.gonty.com.pl/gb/gonty/rynny.php [27] Barlinek S.A., www.barlinek.pl [28] Weyerhaeuser, www.ilevel.com [29] Steico, www.steico.com [30] Porta KMI Poland, www.porta.com.pl [31] Techbud, www.techbud.com.pl [32] Durisol, www.durisol.at [33] Hasit, www.hasit.de/KORK_Daemmplatte_WLS_040.514.0.html [34] W. Jędrzejewski, Budownictwo ogólne. PWN, Warszawa 1978.

pb02_v01wytrzymałość doraźna drewna

Documents