Дробимость щебня (гравия)

Прочность щебня (гравия) оценивают косвенным показателем дробимости при сжатии в цилиндре. Это испытание крупного заполнителя выполняют следующим образом. Щебень (гравий) фракций 5…10, 10…20 или 20…40 мм просеивают через сита с отверстиями, соответствующими наибольшей D_наиб и наименьшей D_наим крупности испытуемой фракции. Щебень (гравий) крупнее 40 мм предварительно дробят до фракции 10…20 и 20…40 мм, которые потом подвергают испытанию. Из остатка на сите с отверстиями размером D_наим отбирают пробу массой не менее 0,5 кг для испытания в цилиндре диаметром 150 мм. Щебень (гравий) испытывают в сухом или насыщенном водой состоянии, для чего заполнитель высушивают до постоянной массы или погружают в воду на 2 ч. После насыщения в воде его обтирают мягкой влажной тканью.

Для определения марки щебня (гравия) по дробимости пробу помещают в цилиндр со съемным дном диаметром 150 мм; для текущего контроля качества щебня (гравия) фракций 5…10 и 10…20 мм используют цилиндр диаметром 75 мм. Для испытания щебня (гравия) в цилиндре диаметром 75 мм из подготовленной пробы берут навеску 0,4 кг, а при испытании в цилиндре диаметром 150 мм – 3 кг. Навеску щебня (гравия) высыпают с высоты 5 см в соответствующий цилиндр, разравнивают верхний уровень материала так, чтобы он примерно на 15 мм не доходил до верхнего края цилиндра. Затем вставляют в цилиндр плунжер, при этом его плита должна быть на уровне верхнего края цилиндра. В случае если верх плиты не совпадает с краем цилиндра, удаляют и добавляют несколько зерен испытуемого заполнителя (масса этих зерен должна быть учтена в расчете). После этого цилиндр устанавливают на нижнюю плиту гидравлического пресса. Повышая усилие пресса со скоростью 1–2 кН/с, доводят его при испытании щебня (гравия) в цилиндре диаметром 75 мм до 50 кН, а при испытании в цилиндре диаметром 150 мм – до 200 кН. После сжатия испытуемую пробу заполнителя высыпают из цилиндра и взвешивают. Затем раздробленный в цилиндре щебень (гравий) просеивают через сито, диаметр отверстий которого зависит от размера испытуемой фракции. Для фракции 5…10 мм размер отверстия сита – 1,25 мм, для фракции 10…20 мм – 2,5 мм и для фракции 20…40 мм – 5 мм.

В случае, когда заполнитель подвергают испытанию в насыщенном водой состоянии, пробу на сите промывают водой и удаляют поверхностную влагу с зерен с помощью мягкой влажной ткани.

Остаток щебня (гравия) после просеивания на сите взвешивают и определяют показатель дробимости с точностью до 1 %:

Др = (m₁ – m₂) 100 / m,

где m₁ – масса навески щебня (гравия) до испытания, кг; m₂ – остаток на сите после просеивания раздробленного в цилиндре щебня (гравия), кг.

Испытания проводят два раза и показатель дробимости щебня (гравия) вычисляют как среднее арифметическое двух определений. При испытании щебня (гравия), состоящего их смеси двух и более смежных фракций, показатель дробимости вычисляют как средний результат испытаний отдельных составляющих фракций. В зависимости от показателя дробимости гравий подразделяют на следующие марки: Др8 (при потере в массе до 8 %), Др12 (при потере в массе от 8 до 12 %), Др16 (при потере в массе от 13 до 16 %) и Др24 (при потере в массе от 16 до 24 %).

Приведенным выше данным для марок гравия по дробимости в цилиндре соответствуют следующие ориентировочные значения интервалов прочности при сжатии горных пород, слагающих зерна гравия: Др8 – свыше 100 МПа: Др12 – 80…100 МПа; Др24 – 40…60 МПа.

Марки щебня по прочности в зависимости от потери по массе (%) при определении дробимости щебня приведены в ГОСТ 8267–82.

 

Древесина

Древесные материалы и изделия полностью или преимущественно состоят из древесины.

Достоинства натуральной древесины – ее относительно высокая прочность, небольшая средняя плотность, малая тепло- и
звукопроводность, легкая обрабатываемость и способность соединяться при помощи шпонок, гвоздей, болтов, клеев, врубок. Однако древесина обладает и рядом недостатков, к числу основных относятся: изменяемость размеров при колебаниях влажности, горючесть, подверженность загниванию, анизотропность свойств (свойства неодинаковы в различных направлениях). Качество и долговечность древесных материалов улучшаются при условии их пропитки и склеивания синтетическими смолами.

Исходя из совокупности положительных свойств и распространенности, древесина широко используется для изготовления пиломатериалов, деревянных несущих конструкций, отделочных материалов и др.

 

Влажность

Влажность – степень насыщения древесины водой, выраженная в % по отношению к массе сухой древесины. Влага древесины делится на капиллярную и гигроскопическую. Капиллярная (свободная) влага находится в полостях клеток и межклеточном пространстве, гигроскопическая – в стенках клеток.

Кроме того, имеется химически связанная влага, входящая в состав химических веществ древесины.

Основную массу влаги в древесине растущего дерева составляет влажность капиллярная и гигроскопическая, химически связанной воды очень немного.

Состояние древесины, при котором отмечается предельное содержание в ней гигроскопической влаги и отсутствие капиллярной, называют точкой насыщения волокон или пределом гигроскопичности.

Для различных пород древесины этот показатель составляет от 25 до 35 %, в среднем принимается значение 30 %. Различают следующие влажностные состояния древесины:

• мокрая (влажность более 100 %);

• свежесрубленная (влажность 50…100 %);

• воздушно-сухая (влажность 15…20 %);

• комнатно-сухая (влажность 8…13 %);

• абсолютно сухая (влажность менее 8 %).

Свободная вода не вызывает разбухания древесины, а только увеличивает ее плотность. Свободную воду можно удалить механическим путем (прессованием). При изменении содержания гигроскопической воды происходит разбухание и усушка.

Для получения сравнимых данных о физико-механических зависящих от влажности показателях древесины, введено понятие стандартная влажность древесины. Ее значение установлено равным 12 %.

Изменение влажности в интервале от 0 % до точки насыщения волокон вызывает изменение объема древесины, что ведет к усушке, разбуханию, короблению древесины в строительных конструкциях, а также появлению трещин.

Влажная древесина отдает влагу окружающему воздуху, сухая поглощает влагу из воздуха. Так как влажность воздуха непостоянна, то происходят колебания влажности древесины, до тех пор пока не установится состояние равновесия и древесина не станет воздушно-сухой.

При изменении влажности изменяются и другие свойства древесины: прочность и средняя плотность. При увеличении влажности средняя плотность повышается, а прочность снижается.

 

Определение влажности древесины методом высушивания. Этот метод является наиболее распространенным и позволяет определить влажность древесины с точностью до 0,1%. Для испытания берут образцы в форме прямоугольной призмы с основанием 20×20 мм и высотой вдоль волокон 30 мм (можно использовать образцы другой формы или пробы из образцов, подвергшихся физико-механическим испытаниям), очищают их от заусениц и опилок, помещают в предварительно пронумерованные и взвешенные стеклянные бюксы с притертыми крышками и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,001 г. За­тем образцы в бюксах и снятые с них крышки помещают в су­шильный шкаф и высушивают при (103 ± 2) °С до постоянной массы. Первое взвешивание производят через 6–10 ч, последующие – через каждые 2 ч. Высушивание древесины заканчивают, когда разница между двумя последними взвешиваниями не превысит 0,002 г (образцы древесины смолистых древесных пород не следует выдерживать в сушильном шкафу более 20 ч). Перед каждым взвешиванием бюксу закрывают крышкой, вынимают из сушиль­ного шкафа, помещают в эксикатор с безводным хлористым кальцием или 94 %-ной серной кислотой и охлаждают до комнатной температуры.

Абсолютную влажность древесины W в процентах вычисляют по формуле:

,

где m₁, m₂, m₃ – массы соответственно пустой бюксы и бюксы с образцом до и после высушивания.

Результаты записывают в таблицу (форма табл. 3.4).

 

Форма таблицы 3.4

 

Определение влажности древесины

Порода __________________

Температура воздуха ____________°С

Степень насыщенности воздуха ___________________%

Номер образца	Номер бюкса	Масса, г	Влажность W, %
Пустого бюкса, m1	бюкса с образцом до высушивания, m2	бюкса с образцом после высушивания, m3	испарившейся воды, m2 – m3	абсолютно сухой древесины, m3–m1

 

Оценка равновесной влажности по диаграмме Н.Н. Чулицкого. Влажность, которую приобретает древесина, находясь долгое время на воздухе с постоянной температурой, называется равновесной.

Для определения равновесной влажности древесины пользуются диаграммой Н.Н. Чулицкого, где по оси ординат отложена относительная влажность воздуха, по оси абсцисс – температура воздуха, наклонные линии соответствуют равновесной влажности древесины.

При помощи диаграммы равновесную влажность древесины можно определить с точностью до 0,75 %.

Относительная влажность воздуха определяется с помощью психрометров, например, с помощью психрометра, состоящего из двух термометров, один из которых показывает температуру окружающего воздуха, а второй – более низкую температуру. Шарик второго термометра является «смоченным». Он покрыт тканью и опущен в резервуар с водой. Разность температур «сухого» и «влажного» термометров зависит от относительной влажности воздуха, увеличиваясь при ее уменьшении. Это объясняется тем, что при уменьшении влажности воздуха скорость испарения воды из мокрой ткани, покрывающей шарик «смоченного» термометра, увеличивается, и на испарение воды затрачивается тепло, что приводит к снижению температуры, показываемой «смоченным» термометром. Зная разность температур, показываемых «сухим» и «влажным» термометрами (так называемую «психрометрическую» разность), пользуясь психрометрической таблицей, определяют относительную влажность воздуха, а затем по диаграмме Н.Н. Чулицкого – влажность древесины (рис. 3.3). Пользуются такой диаграммой следующим образом. Пусть, например, требуется определить влажность древесины, хранящейся в помещении, где температура воздуха составляет 20 °С, а относительная влажность 65 %. Устанавливаем по номограмме, около какой наклонной линии располагается точка пересечения линии температуры 20 °С с горизонтальной линией, соответствующей влажности воздуха 65 %. Это пересечение происходит около наклонной линии, соответствующей влажности 12 %.

Рис. 3.3. Номограмма Н.Н. Чулицкого
для определения влажности древесины

Усушка

Под усушкой древесины понимают уменьшение ее линейных размеров и объема при высыхании. Усушка происходит при испарении связанной влаги, располагающейся в клеточных стенках дре­весины. Она может быть полной или частичной.

Полная усушка происходит при снижении содержания влаги от предела гигроскопичности до нуля. Предел гигроскопичности соответствует максимальной влажности клеточных стенок при выдерживании древесины в насыщенном влагой воздухе и составляет 30 %.

Для определения полной усушки берут образцы в форме прямоугольной призмы с основанием 20×20 мм и высотой вдоль волокон 30 мм. Их изготавливают так, чтобы годичные слои на торцах были направлены параллельно одной паре противоположных граней и перпендикулярно к другой. Все поверхности образцов должны быть гладко оструганы. На середине высоты и ширины (толщины) радиальной и тангенциальной поверхностей образцов карандашом проводят линии соответственно перпендикулярно к направлению волокон и вдоль них.

Образцы выдерживают в дистиллированной воде до тех пор, пока они не достигнут постоянных размеров (это устанавливается повторными измерениями через каждые трое суток), т.е. когда
изменение размеров в тангенциальном направлении составит не более 0,02 мм. Насыщенные влагой образцы осушают фильтровальной бумагой и измеряют микрометром (по проведенным линиям) с точностью до 0,01 мм в тангенциальном и радиальном направлениях, а также вдоль волокон (рис. 3.4).

Образцы помещают в пронумерованные бюксы с притертыми крышками и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,001 г. Далее бюксы с образцами (крышку ставят в бюксу на ребро) помещают в сушильный шкаф. Высушивание производят сначала при 50…60 °С в течение трех ч, а затем, постепенно повышая температуру, при (103 ± 2) °С до достижения постоянной массы (разница между двумя последними взвешиваниями не должна превышать 0,002 г). Перед каждым взвешиванием бюксы с образцами охлаждают в эксикаторах с гигроскопическим веществом до комнатной температуры. Сразу после взвешивания проводят те же измерения образцов, что и до высушивания (с той же точностью), в тангенциальном и радиальном на­правлениях, а также вдоль волокон.

1

2

3

Рис. 3.4. Основные разрезы древесного ствола, применяемые при изучении строения и свойств древесины: 1 – торцевой; 2 – радиальный;
3 – тангенциальный

Полную усушку (У_mах) в тангенциальном и радиальном направ­лениях, вдоль волокон и по объему вычисляют с точностью до 0,1 % по формуле

,

где а_max – максимальный размер (объем) образца с влажностью, равной пределу насыщения клеточных стенок, и выше его мм (мм³), a₀ – размер (объем) абсолютно сухого образца, мм (мм³).

 

Форма таблицы 3.5

 

Определение усушки древесины

Порода_______________________

Температура воздуха_______________°С

Степень насыщенности

воздуха_______________________________%

Номер образца

Начальная влажность древесины,%

Размеры образца

Усушка (в числителе) и коэффициент усушки (в знаменателе), %

до высушивания

после высушивания

тангенциаль­ный, мм

радиальный, мм

вдоль волокон, мм

объем, мм3

тангенциаль­ный, мм

радиальный, мм

вдоль волокон, мм

объем, мм3

в тангенциаль­ном направлении

в радиальном направлении

вдоль волокон

по объему

 

Важным показателем, характеризующим способность древесины усыхать, является коэффициент усушки, которым выражается средняя усушка при уменьшении содержания связанной влаги на 1 %. Его определяют в тангенциальном и радиальном направлениях и по объему с точностью до 0,01 % путем деления показателей полной усушки на среднее значение предела насыщения клеточных стенок древесины различных пород, т. е. на 30 %.

 

Плотность

Средняя плотность древесины по ГОСТ 16483.1–84 определяется отношением ее массы к объему. Это один из важнейших показателей, характеризующих качество древесины и ее физические свойства. Он изменяется в больших пределах и зависит от породы и влажности древесины.

Для определения плотности используют образцы в форме прямоугольной призмы с основанием 20×20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм (все поверхности образцов должны быть гладко оструганы). Плотность древесины при влажности в момент испытания (r_w) вычисляют по формуле

r_w = m/abl,

где m – масса образца, г; a,b,l – соответственно ширина, толщина и длина образца, см.

Плотность древесины при стандартной влажности (12 %-ной) определяют по формулам :

r₁₂ = r_w [1 + 0,01(1 – К₀) (12 – W)], (3.3)

где К₀ – коэффициент объемной усушки, % (для древесины березы, бука и лиственницы значение его берут равным 0,6, а для прочих пород – 0,5); W – влажность образца, %;

r₁₂ = r_w / K₁₂, (3.4)

где r_w – плотность древесины при влажности W, равной 5–30 %, кг/м³; К_|12 – коэффициент пересчета (табл. 3.6)

При влажности древесины более 30 % коэффициент пересчета плотности ее для белой акации, бука, граба и лиственницы вычисляют по формуле:

К₁₂ = (100 + W)/127,

а для остальных пород по формуле

К₁₂ = (100 + W) / 124.

Таблица 3.6

 

Коэффициент пересчета (К₁₂) для определения плотности
при стандартной 12 %-ной влажности
(W испытуемой древесины £ 30 %)

Влажность, %	К12 для пород	Влажность, %	К12 для пород
белая акация, береза, бук, граб, лиственница	остальных	белая акация, береза, бук, граб, лиственница	остальных
	0,980	0,972		1,013	1,020
	0,983	0,977		1,014	1,023
	0,986	0,981		1,016	1,026
	0,989	0,985		1,018	1,029
	0,992	0,989		1,019	1,031
	0,995	0,993		1,020	1,034
	0,997	0,996		1,021	1,036
	1,000	1,000		1,022	1,039
	1,002	1,004		1,023	1,041
	1,005	1,007		1,024	1,043
	1,007	1,010		1,025	1,046
	1,009	1,014		1,025	1,048
	1,011	1,017		1,026	1,050

Полученные результаты представляются в виде таблицы
(табл. 3.7).

Форма таблицы 3.7

 

Определение плотности древесины

Порода____________________

Температура воздуха____________°С

Степень насыщенности воздуха________________%

 

Номер образца

Ширина, а, см

Толщина, b, см

Длина, l, см

Масса, г

Влажность, %

Плотность при влажности в момент испытаний, рw, кг/м3

Плотность, приведенная к влажности 12%, p12, кг/м3

 

Экспериментальные результаты сравнивают с данными, представленными в табл. 3.8.

 

Таблица 3.8

 

Средние значения плотности древесины некоторых пород, кг/м³

Порода	Плотность древесины при стандартной влажности (r12)	Плотность абсолютно сухой древесины (r0)
Лиственница
Сосна
Ель
Кедр
Пихта сибирская
Акация белая
Береза
Бук
Дуб
Клен
Ясень
Ольха
Ива
Осина