Практикум Учебное пособие для студентов строительных специальностей высших учебных заведений заочной и дистанционной форм обучения

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ 3.1. Общие сведения Качество применяемой в строительстве древесины определяется породой дерева, его физическим состоянием, свойствами, наличием пороков. Положительные свойства древесины: сравнительно высокая прочность, небольшая плотность, низкая теплопроводность, высокая морозостойкость, легкость механической обработки. К отрицательным свойствам древесины следует относить: неоднородность строения и обусловленная этим разница физико-механических показателей вдоль и поперек волокон; гигроскопичность и связанные с ней деформации и коробления, горючесть и способность загнивать в неблагоприятных условиях. Все древесные породы классифицируются на хвойные и лиственные. Наибольшее распространение в строительстве имеют хвойные породы. К ним относят сосну, ель, пихту, лиственницу и кедр. В последние десятилетия большее применение находят и лиственные породы, такие как дуб, бук, береза, осина, липа, граб, ольха, вяз и др. Древесину применяют для изготовления несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, столярных изделий, опалубки, шпал, фанеры, древесноволокнистых и древесностружечных плит, устройства подмостей, и др. 3.2. Цель работы   Изучение методов испытания древесины и оценка качественных показателей. 3.3. Порядок выполнения работы 3.3.1. Определение средней плотности древесины Среднюю плотность древесины в состоянии естественной влажности определяют как в лаборатории, так и за ее пределами (в полевых условиях). 3.3.1.1. Определение средней плотности древесины Изготавливают образец (3 шт) в форме прямоугольной призмы (рис. 9) сечением 20×20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм. Обмеряют его по осям симметрии и вычисляют объем. Затем образец взвешивают. Среднюю плотность древесины при влажности ( W , % ) рассчитывают по формуле: , г/см3 (27) где Vw - объем образца, см3 при влажности W mw - масса образца , г при влажности W Средняя плотность древесины при любой влажности обязательно пересчитывается на стандартную влажность (12 %) по формуле: , г/см3 (28) где Ко - коэффициент объемной усушки (см. п. 3). Также может быть принят для березы, бука, лиственницы - 0,6, а для прочих пород - 0,5. W - влажность древесины, % Результаты определения оформляют в табл. 17. Таблица 17 Результаты определения средней плотности древесины Порода Номер образца Размеры образца Масса образца mw , г при фактической влажности, W , Плотность древесины, г/см3 Толщина, а, см Ширина, b, см Длина, l, см ρmw ρm12% 3.3.1.2. Определение средней плотности древесины в полевых условиях Изготавливают образец квадратного или круглого поперечного сечения и длиной 30…40 см. Измеряют длину образца. Затем образец 1 погружают вертикально в цилиндр 2 с водой (рис.10) и измеряют, выступающую над водой часть образца. Среднюю плотность древесины при влажности ( W , % ) рассчитывают по формуле: , г/см3 (29) где Н - длина образца, см; h - длина надводной части образца, см; ρводы - плотность воды, 1 г/см 3. 3.3.2. Определение влажности древесины  3.3.2.1. Определение абсолютной влажности древесины  Изготавливают образец (3 шт) в форме прямоугольной призмы сечением 20×20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм. Затем его помещают в предварительно взвешенную ( m1 ) вместе с крышкой металлическую бюксу, взвешивают ( m2 ) и помещают в сушильный шкаф, где при температуре 103 2 °С высушивают до постоянной массы. После охлаждения взвешивают бюксу с образцом ( m3 ) и вычисляют влажность древесины по формуле: (30) Результаты испытаний оформляются в виде табл. 18. Таблица 18 Результаты определения влажности древесины Порода древесины Номер бюксы Масса, г. Влажность древесины, W, % m1 m2 m3 3.3.2.2. Определение равновесной влажности древесины При длительном хранении древесины в условиях неизменной температуры и относительной влажности воздуха она приобретает равновесную влажность. При настиле полов, оформлении стен из древесины с целью исключения ее дальнейшего коробления и усушки необходимо предварительное доведение древесины до равновесной влажности. Равновесную влажность можно определить по диаграмме Н.Н.Чулицкого (рис.11)с помощью психрометра (рис.12). Сначала по психрометру определяют температуру сухого термометра 1 ( tсух ), влажного термометра 2 ( tвл ) и рассчитывают психрометрическую разницу (t = tсух – tвл ). Затем по t и tсух по психрометрической таблице 3 находят относительную влажность воздуха (, % ). И наконец по  и tсух по диаграмме Н.Н.Чулицкого находят равновесную влажность древесины W, %. Например, если с помощью психрометра удалось установить, что равновесная влажность воздуха составила 75 %, а его температура – 26 оС, то по диаграмме Чулицкого (рис.11) влажность древесины оказалась равной 14 %. 3.3.3. Определение усушки древесины Усушка - это изменение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка древесины в радиальном, тангенциальном направлениях и вдоль волокон различна. Усушка древесины вызывает ее коробление. Изготавливают образец (3 шт)в форме прямоугольной призмы сечением 20×20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм, таким образом, чтобы одна из сторон сечения была в радиальном направлении, а другая – в тангенциальном. На сторонах образца наносятся отрезки: размером "а" в тангенциальном направлении, размером "b" - в радиальном и размером и "" - в продольном (рис.13). Эти отрезки измеряются штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Затем образец кладут в бюксу, которую помещают в сушильный шкаф, где при температуре 103 2 °С высушивают до постоянной массы. После охлаждения производят замеры тех же отрезков ("а1", "b1", "1"). Линейные и объемную усушки вычисляют по формулам: а) в тангенциальном направлении ( 31 ) б) в радиальном направлении ( 32 ) в) вдоль волокон ( 33 ) г) объемную усушку ( 34 ) Вследствие неоднородности строения древесина усыхает вдоль оси ствола (вдоль волокон) на 0,1…0,3 % (1…3 мм на 1 м), в радиальном направлении на 3...6 % ( 3 - 6 см на 1 м), в тангенциальном направлении на 6...12 % (6…12 см на 1 м). Объемная усушка составляет примерно 12…15 %. Степень усушки древесины характеризуется коэффициентом объемной усушки ( Kо ), который определяется по формуле: ( 35 ) Результаты определения усушки заносят в табл. 19 Таблица 19 Результаты определения усушки древесины Порода древесины W,% Размеры образца, мм Усушка, % Kv a b ℓ a1 b1 ℓ1 Уt Уr Уl Уo По величине объемной усушки древесные породы подразделяют на три группы: малоусыхающие, среднеусыхающие и сильноусыхающие. На практике показатели усушки древесины учитываются при распиловке сырых бревен с тем, чтобы после высыхания пиломатериалы и заготовки имели заданные размеры. 3.3.4. Определение содержания поздней древесины в годичном слое Поздняя древесина более плотная, темная и прочная часть годового слоя. Чем сильнее развита в годовых слоях поздняя древесина, тем лучше материал. На торцевом срезе древесины (рис.14) в радиальном направлении (перпендикулярно годовым слоям) наносят отрезок ℓ длиной 10-20 мм. С помощью измерительной лупы ЛИ-3 определяют толщину ( δi ) поздней части древесины каждого годового слоя на участке ℓ с точностью до 0,1 мм. Содержание поздней древесины ( m ) вычисляют по формуле: (36 ) где - сумма толщин поздней древесины, мм на базовом отрезке; ℓ - длина базового отрезка, мм. Испытание проводят на трех образцах. Результаты определений заносят в табл. 20. Таблица 20 Результаты определения поздней древесины Номер образца Порода древесины Общая ширина древесины, Σi , мм База измерения, ℓ , мм Содержание поздней древесины, m, % Расчетные показатели при влажности 12% Прочность при сжатии, Rсж, МПа Прочность при изгибе, Rизг, МПа Средняя плотность, m , г/см3 По величине поздней древесины можно с достаточной точностью вычислить ее основные физико-механические свойства в зависимости от породы древесины, например: Средняя плотность древесины: ρm 12% = 0,012 m +0,276, г/см3 - для сосны; (37) ρm 12% = 0,007 m +0,335, г/см3 - для дуба. (38) Предел прочности при сжатии вдоль волокон: Rсж 12% = 1,39 m + 20,7 , МПа - для сосны; (39) Rсж 12% = 1,01 m + 6,37 , МПа - для дуба. (40)  Приборы, инструменты, материалы: измерительная лупа типа ЛИ-3; измерительная линейка с ценой деления 0,5 мм; образцы древесины 30 х 30 х 10 мм; 20 х 20 х 30 мм; таблица с показателями физико-механических свойств древесины различных пород; весы с погрешностью взвешивания не более 0,01 г, технические; сушильный шкаф, обеспечивающий высушивание древесины при температуре 103 2°С; бюксы с притертыми крышками; номограмма Н.Н.Чулицкого; психрометр; штангенциркуль с погрешностью измерения не более 0,1 мм; влагомер ЭВ-2К. Аттестационные вопросы 1. Назовите положительные и отрицательные свойства древесины. 2. В каком виде древесина используется в строительстве? 3. Как определить абсолютную влажность древесины? 4. Как определяется содержание поздней древесины в годичном слое древесины? 5. Что такое равновесная влажность и как можно ее определить? 6. Как определить среднюю плотность древесины? 7. Как пересчитывается плотность древесины при любой влажности на стандартную влажность? 8. Что такое усушка древесины и как она определяется? Литература [ 1, 2, 3, 6, 12 ] ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ 4.1. Общие сведения Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок). К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твердость, жесткость, ударная вязкость. На механические свойства древесины оказывают влияние влажность, продолжительность действия нагрузок, направление волокон, форма образца. Прочность древесины не одинакова в различных направлениях вследствие особенностей строения древесины, это необходимо учитывать при расчете строительных конструкций из древесины. Цель работы   Изучение методов определения механических свойств древесины. 4.3. Порядок выполнения работы 4.3.1. Определение предела прочности при сжатии вдоль волокон Изготавливают образцы (3 шт) в форме прямоугольной призмы сечением 20×20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм. Обмеряют по осям симметрии размеры их сечений и вычисляют площадь. Затем поочередно образцы ставят на опорную плиту пресса и испытывают до разрушения (рис.15). Рис.15. Определение прочности при сжатии Предел прочности при сжатии вдоль волокон при влажности w (%) вычисляют по формуле: , МПа (кгс/см2) (41) где Pmax - разрушающая нагрузка, Н (кгс); F - площадь поперечного сечения образца, м2 (см2). Пересчет на стандартную влажность (12%) осуществляют по формуле: (42) где α - поправочный коэффициент, равный 0,04 на 1 % влажности; W - влажность образца в момент испытания, %. Результаты испытания оформляются в виде табл. 21. Таблица 21 Определения прочности древесины при сжатии вдоль волокон Порода древесины Номер образца Размеры поперечного сечения образца, см Pmax , Н , (кгс) W, % , МПа , МПа Толщина, а Ширина, b Полученные средние результаты сравниваются со справочными данными. В среднем предел прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет около 50 МПа. 4.3.2. Определение предела прочности при статическом изгибе Изготавливают образцы (3 шт) в форме прямоугольной призмы сечением 20×20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм. Поперечное сечение измеряют по середине длины образца с точностью до 0,1 мм, определяя ширину "b" в радиальном направлении, а высоту "h" - в тангенциальном. Для испытания (рис. 16) образец укладывают на две опоры, расстояние между центрами которых 240 мм. Расстояние между центрами верхних опор - 80 мм. Нагружение образца осуществляют со скоростью 70 15 Н/мин. Предел прочности при статическом изгибе при влажности (W) вычисляют по формуле: , МПа (кгс/см2) (43) где Pmax - разрушающая нагрузка, Н ( кгс ); ℓ - расстояние между опорами, м ( см ); b , h - ширина и высота сечения образца, м ( см ). Полученные значения приводят к стандартной влажности 12 % по формуле: (44) где a - поправочный коэффициент, равный 0,04 для всех пород; W - влажность образца в момент испытания, %. Результаты испытаний заносят в табл. 22 Таблица 22 Определения прочности древесины при статическом изгибе. Порода древесины Номер образца Размеры поперечного сечения образца, м (см) Максимальная нагрузка, Pmax , Н , (кгс) Влажность, W, % Предел прочности при при статическом изгибе, МПа высота, h Ширина, b Полученные средние результаты сравниваются со справочными данными (табл. 24). В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 100 МПа, т.е. в два раза больше предела прочности при сжатии. 4.3.3. Определение предела прочности при скалывании вдоль волокон Изготавливают образцы (3 шт) специальной формы (рис. 17а). Площадь скалывания должна быть либо в тангенциальной и радиальной плоскости. Измеряют размеры площади скалывания. Затем образец ставят в специальное приспособление (рис. 17б)и нагружают до разрушения (откола выступающей части). Скорость нарастания нагрузки должна равняться 40 10 Н/мин. Предел прочности при скалывании при влажности W вычисляют по формуле: , МПа (кгс/см2) (45) где Pmax - разрушающая нагрузка, Н (кгс); b , ℓ - размеры площади скалывания, см. Полученные значения приводят к стандартной влажности (12%) по формуле: (46) где a - поправочный коэффициент на влажность, равный 0,03 для всех пород; W - влажность образца в момент испытания, %. Результаты испытаний оформляют в виде табл. 23. Таблица 23. Определения прочности древесины при скалывании Порода древесины Номер образца Плоскость скалывания Размеры поперечного сечения, м (см) Максимальная нагрузка, Н (кгс) Влажность, W, % Предел прочности при скалывании, МПа b h Полученные результаты сравниваются со справочными данными (см. табл.24). Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть прочности при сжатии вдоль волокон. Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон, что необходимо учитывать при производстве врубок. Таблица 24 Физико-механические свойства древесины Порода Плотность в абсолютно сухом состоянии, кг/м3 Плотность при стандартной влажности, кг/м3 Условная плотность, кг/м3 Предел прочности, МПа, при влажности 12 % Торцовая твердость, МПа Ударная вязкость, Дж/м3 Сжатие вдоль волокон Статический изгиб Скалывание вдоль волокон радиальное тангенциальное Лиственница 600 630 520 65 112 9,9 9,4 44 51933 Сосна обыкновенная 470 500 400 49 86 7,5 7,3 29 41202 Ель 420 445 360 45 80 6,9 6,8 26 39240 Пихта сибирская 350 375 300 39 69 6,4 6,5 28 29430 Граб 760 800 630 60 137 15,6 19,4 91 99081 Дуб 650 690 550 58 108 10,2 12,2 68 76518 Ясень обыкновенный 640 680 550 59 123 13,9 13,4 80 88290 Бук 640 670 530 56 109 11,6 14,5 61 80442 Береза 600 650 520 55 110 9,3 11,2 47 93195 Орех грецкий - 590 470 55 110 11,0 11,6 - 74556 Осина 470 495 400 43 78 6,3 8,6 27 84360 Липа 470 495 400 46 88 8,6 8,1 26  Приборы, инструменты, материалы:  штангенциркуль, образцы древесины в форме прямоугольной призмы 20 × 20 × 30 мм, 20 × 20 × 300 мм и для определения прочности при скалывании; испытательный пресс с усилием 5…10 тс; приспособления для проведения испытаний на изгиб и скалывание; плакат с показателями физико-механических свойств древесины различных пород. Аттестационные вопросы 1.Как определяют предел прочности при сжатии вдоль волокон? 2. Как определяют предел прочности при статическом изгибе? 3. Какова средняя величина предела прочности при сжатии и изгибе для большинства пород древесины? 4. Как определяют предел прочности при скалывании? 5. Приведите формулу пересчета величины прочности древесины с рабочей влажности на стандартную. 6. Что влияет на показатель величины механической прочности древесины? Литература [ 1, 2, 3, 6, 12 ] ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ 5.1. Общие сведения Природный камень – один из древнейших конструкционных и отделочных строительных материалов. Долговечность этого материала позволила сохранить до нашего времени величайшие шедевры архитектуры. И в наши дни горные породы являются основным источником получения строительных материалов. Так, в результате относительно несложной механической обработки монолитных горных пород получают материалы в виде плит, блоков, бортовых и облицовочных камней, дорожной брусчатки, бутового камня, щебня и др. В огромных количествах используются рыхлые породы: валуны, гравий, песок, глина и др. Также горные породы являются главным сырьем для производства искусственных строительных материалов (строительной керамики, огнеупоров, стекла, цемента, извести и др.), для чего их подвергают сложным видам механической и химической обработки. В настоящее время в нашей стране на нужды промышленности стройматериалов ежегодно расходуется около 2 млрд. т горных пород. Рациональное использование природных каменных материалов обусловлено учетом их минералогического состава, декоративных характеристик (цвета, текстуры, насыщенности) и основных физико-технических свойств: плотности, пористости, водопоглощения, морозостойкости, теплопроводности, прочности, твердости, истираемости и др. Физико-технические и декоративные свойства природного камня определяют вид фактурной обработки его поверхности. Учет строителем совокупности свойств природного камня при возведении зданий и сооружений предопределяет их долговечность и архитектурную выразительность. Горные породы – это природные образования более или менее однородного состава и строения, образующие в земной коре самостоятельные геологические тела. Они слагают поверхностные слои земной коры толщиной 15…60 км. Горные породы представляют собой сочетание одного или нескольких минералов и могут быть мономинеральными (гипс, кальцит и др.) или полиминеральными (гранит, сиенит и др.). Минералами называются однородные по химическому составу, строению и физическим свойствам природные тела, образовавшиеся в земной коре в результате физико-химических процессов. В большинстве случаев минералы – твердые тела, иногда жидкие и газообразные. Всего в природе более 2 тыс. минералов, но в образовании горных пород участвуют лишь около 50. Такие минералы называются породообразующими минералами. Зная содержание минералов в горной породе, можно предопределять важнейшие свойства горной породы. Природные каменные материалы и изделия получают путем механической обработки горных пород способом дробления, раскалывания, распиловки, тески, шлифования или без таковых (песок, гравий). В природном каменном материале почти полностью сохраняются свойства исходной горной породы. 5.2. Цель работы Изучение основных характеристик горных пород, породообразующих минералов, и области ихприменения в строительстве. 5.2. Порядок выполнения работы С помощью учебных плакатов студенты изучают генетическую классификацию горных пород (рис. 18). С помощью коллекций породообразующих минералов и горных пород учатся распознавать их по внешним признакам, определять в полиминеральных породах породообразующие минералы, их пропорциональное соотношение, преобладающий цвет, крупность кристаллов, наличие пор (визуально). С помощью литературных источников, конспекта лекций устанавливаются эксплуатационно-технические и декоративные свойства породообразующих минералов и горных пород, способы их переработки в строительный материал или изделие и вид обработки поверхности камня (фактуры), области использования в строительной практике. Полученные данные оформляются в виде таблицы Для оказания помощи студентам в оформлении результатов работы, в описании свойств породообразующих минералов и горных пород, а также области их применения в строительстве в работе представлены табл.25, 26. При выполнении работы студенты делятся на бригады по 2 - 4 человека и изучают по заданию преподавателя по 3 - 4 разновидности породообразующих минералов и горных пород из числа изверженных, осадочных и метаморфических. Приборы, инструменты, материалы: коллекция породообразующих минералов, коллекция магматических горных пород, коллекция осадочных горных пород, коллекция метаморфических горных пород, образцы строительных материалов и изделий из природного камня, таблицы с показателями эксплуатационно-технических и эстетических свойств природных каменных материалов, породообразующих минералов, строительных материалов и изделий из горных пород, генетическая классификация горных пород, лупа, шкала твердости Мооса. Аттестационные вопросы Что такое минерал, горная порода? Как классифицируются горные породы по происхождению? Каковы основные свойства породообразующих минералов? Перечислить основные породообразующие минералы изверженных горных пород. Перечислить основные породообразующие минералы осадочных горных пород. Назвать главные эксплуатационно-технические свойства природного камня. Какие виды строительных материалов и изделий изготовляют из горных пород? Перечислить факторы, вызывающие разрушение строительных материалов из природного камня и способы защиты их от разрушения (коррозии). Чем объясняется выбор способа и вида фактурной обработки поверхности природных каменных материалов? Перечислить виды фактурной обработки природного камня. Литература  [ 1, 2, 3, 7, 8, 12 ]. Таблица 25

Похожие:

	Практикум по политологии: Учебное пособие для вузов / Под ред. М.... Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений		Учебное пособие для студентов высших учебных заведений Махачкала 2008 Книга предназначена для студентов, аспирантов, преподавателей высших учебных заведений, работников органов государственной власти...
	Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся... Т11 Теория и методика обучения математике: лабораторный практикум : учеб пособие для студ высш учеб заведений, обучающихся по направлению...		Учебное пособие для студентов заочной формы обучения строительных... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Учебное пособие включает материалы лекционных занятий по курсу «Социология... Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения всех специальностей, кроме специальностей социально-экономического...		Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся... Г46 Гигиена труда : учебное пособие / авт сост. Л. В. Козачук. — Балашов : Изд-во «Николаев», 2005. — 60 с
	Методические указания к выполнению лабораторных работ Ставрополь Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, оно может быть использовано также преподавателями вузов, учителями...		Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... Методические указания предназначены для студентов-заочников экономических специальностей сельско­хозяйственных высших учебных заведений,...
	А. Л. Темницкий Социологические исследования Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов высших учебных заведений, заинтересованных в исследовательском воплощении...		Лезина О. В., Федоров И. В. Управление знаниями в организации: Учебное... Учебное пособие предназначено для студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей высших учебных заведений, а также практиков,...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов дневной и заочной формы обучения высших и средних учебных заведений		Тесты допущено Учебно-методическим объединением по образованию в... М91 Маркетинг-практикум: задачи, кейсы, тесты: учебное пособие / Т. В. Муртузалнева, Р. К. Цахаев. —М.: Издательство «Экзамен»,...
	Женские судьбы в книгах Черняк М. А. Современная русская литература учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений. – М. Форум : Сага,...		Методическое пособие по выполнению студентами рефератов учебное пособие... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Учебно-методический комплекс предназначен для студентов высших учебных заведений культуры и искусства. Учебно-методический комплекс...		Учебное пособие для студентов высших учебных заведений и преподавателей средней школы Институт биологии, экологии, почвоведения, сельского и лесного хозяйства (Биологический институт)