Toughness index of three thermally modified hardwoods

Full Text

Массивная древесина широко применяется как в практике современного малоэтажного строительства, так и в создании внешнего ландшафтного дизайна прилегающих территорий.

В последние десятилетия растет интерес к использованию термически модифицированной древесины (ТМД) в малоэтажном строительстве и ландшафтной архитектуре. Благодаря высокой биологической стойкости и размерной стабильности ТМД может успешно использоваться вне помещений и даже без защитных покрытий. В различных конструкциях находит применение не только хвойная, но и лиственная ТМД, механические свойства которой как строительного материала пока еще не в полной мере изучены.

В инновационных эксклюзивных и типовых проектах широко представлены, например, дома с деревянным каркасом фахверкового типа. Характерной особенностью таких построек является визуализация стержневых элементов каркаса в виде стоек, раскосов, прогонов и силовых узлов их соединений, вынесенных за пределы замкнутого объемно-планировочного контура здания. Разнообразные детали из древесины широко применяются для наружной отделки фасадов, покрытий пола на открытых лоджиях и террасах, а также используются в дворовом пространстве жилого комплекса в виде ограждений, беседок, скамеек, объектов детских площадок, других разнообразных элементов благоустройства. Особую выразительность и своеобразие деревянные комплектующие, входящие в состав малых архитектурных форм, придают садово-парковым зонам городской застройки. Деревянные беседки, навесы, настилы, мосты, перголы служат самостоятельным композиционным узлом и важным декоративным элементом создания комфортной пространственной среды.

Для долговременной и надежной эксплуатации под открытым небом древесине требуется защита от неблагоприятных атмосферных воздействий, поражений грибами и биологических повреждений. Биостойкость досок, брусьев и других элементов конструкций, которые находятся в столь жестких условиях, в значительной мере обеспечивается благодаря использованию для их изготовления ТМД.

Термически модифицированной древесиной принято называть древесину, подвергнутую воздействию газообразного или жидкого агента обработки с пониженным содержанием кислорода при температуре выше 160 °С. Высокотемпературная обработка древесины проводится в целях изменения ее природных свойств без применения каких-либо химических веществ. В результате такой обработки происходят необратимые изменения химического состава и свойств древесины. На практике применяют несколько технологий, большинство из которых различаются способами минимизации содержания кислорода воздуха в агенте обработки. В качестве газообразного агента обработки чаще всего выступает водяной пар, реже азот. При термической обработке древесины в жидкой среде используется масло с высокой температурой кипения. Современные технологии позволяют с высоким качеством проводить термическое модифицирование как хвойной, так и лиственной древесины различных пород.

В настоящее время наиболее распространенной технологией термического модифицирования древесины является процесс Thermo-Wood, разработанный в Финляндии (1993). Процедура термообработки древесины состоит из трех этапов. На первом этапе древесину подвергают интенсивной высокотемпературной сушке сначала при температуре около 100 °С. Затем температуру постепенно повышают до 130 °С. В результате такой сушки влажность древесины падает почти до нуля. Собственно модифицирование происходит на втором этапе процесса, когда древесина в течение 2–3 ч подвергается термическому воздействию при температуре 185…215 °С. Продолжительность и температуру термической обработки выбирают в зависимости от назначения продукции, которая будет изготовлена из древесины. На третьем этапе древесину постепенно охлаждают и увлажняют с помощью системы водяного орошения. К концу процесса древесина приобретает влажность в пределах 3…7 %.

Данная технология предусматривает два стандартных класса термической обработки: Thermo S и Thermo D. В результате термического модифицирования по классу Thermo S древесина за счет существенного снижения разбухания и усушки приобретает размерную стабильность. После обработки по классу Thermo D древесина становится не только стабильной, но и стойкой к биологическим поражениям.

В некоторых статьях отечественных [1–5] и зарубежных [6, 7] исследователей указаны положительные эффекты от данного вида обработки, среди которых стойкость древесины по отношению к негативным атмосферным воздействиям, формоустойчивость, гидрофобность, экологическая безопасность. Это позволяет выполнять врубки и формировать различные виды соединительных профилей непосредственно на строительной площадке с обоснованной надежной защитой образующихся при таком виде глубинной обработки древесины внутренних контуров, что очень удобно при реализации эксклюзивных проектов строительства.

В то же время большинство исследователей отмечают в качестве закономерных последствий термической модификации древесины уменьшение плотности, снижение отдельных показателей механических свойств и некоторое ослабление способности удерживать металлические крепления [3, 8, 9]. Отмечается и специфика изменчивости свойств древесины в зависимости от характера напряженного состояния при проведении испытаний, породы, а также вида и режима термического модифицирования.

Выбор древесины березы, дуба и ясеня обусловлен их индивидуальными анатомическими особенностями строения этих пород, привлекающими внимание практикующих архитекторов, проектирующих общественные здания и жилые дома, а также для широкого круга граждан, желающих приобрести или построить деревянный дом. Этому способствует выразительная текстура этих пород, высокие прочностные и эксплуатационные свойства, достаточно широкий ареал. В результате термического модифицирования по классу Thermo D размеры древесины становятся стабильными, она приобретает долговечность, стойкость к биопоражениям, способность выдерживать умеренные силовые воздействия, несмотря на некоторое изменение механических свойств [10, 11]. Последние численно оцениваются значениями пределов прочности, которые используются в расчетах элементов деревянных конструкций. В строительной механике эти показатели принято называть нормативными сопротивлениями. При их определении обязательно учитывается природная анизотропия древесины.

В конструкциях упомянутых выше объектов многочисленные элементы испытывают разнообразные виды напряженного состояния. Например, на сжатие работают стойки, подкосы, опорные столбы лестниц, а также локальные зоны отдельных узлов в соединениях; на статический изгиб — балки, лаги, стропила, тетивы и ступени лестниц. Кроме того, для соединения деталей в узлы применяются разнообразные металлические крепления, которые должны прочно удерживаться древесиной. К важной эксплуатационной характеристике древесины как строительного материала, относится модуль упругости. От численного значения этого показателя зависит способность отдельных элементов конструкции сохранять начальную форму без превышения предельно допустимых деформаций под воздействием внешней нагрузки и возвращаться к исходному состоянию после ее устранения, что, в конечном итоге, обеспечивает надежность и устойчивость деревянных конструкций.

Также весьма существенное значение имеет показатель твердости древесины, особенно в местах установки металлических пластин, шайб, хомутов, других опорных закладных элементов. При этом направление действия нагрузки относительно волокон древесины может быть различным, что принципиально важно для древесины как анизотропного материала. В связи с этим приобретает актуальность оценка влияния термического модифицирования на анизотропию древесины указанных пород.

Цель работы

Цель работы – экспериментальное определение основных показателей механических и деформационных свойств древесины трех лиственных пород — березы, дуба и ясеня, подвергнутой термическому модифицированию.

Материалы и методы

Подготовку образцов, проведение испытаний и расчет показателей механических свойств проводили в соответствии с нормативными документами. Нагружение образцов и фиксацию экспериментальных данных выполняли на испытательных машинах Р-0,5 и INSTRON-3369. Для изготовления образцов были использованы отрезки строганых пиломатериалов толщиной 20 мм из древесины березы, ясеня и дуба, подвергнутых термическому модифицированию по классу Thermo D. После выдержки в течение 2 мес. в помещении при температуре 22…24 °С и относительной влажности воздуха 50…60 % их влажность, определенная весовым способом по ГОСТ Р 70625–2023 «Конструкции деревянные. Пиломатериалы и детали деревянные. Сушильно-весовой метод определения влажности», оказалась равной 4,3 ± 0,4 %.

Испытания на сжатие были проведены на разрывной машине INSTRON-3369. Для проведения экспериментов изготовили образцы в форме прямоугольного параллелепипеда длиной 30 мм, шириной и толщиной 20 мм. Из ТМД каждой породы было изготовлено 16 образцов для определения условного предела прочности при сжатии поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях по ГОСТ 16483.11–72 «Древесина. Метод определения условного предела прочности при сжатии поперек волокон». Кроме того, восемь образцов было изготовлено для определения предела прочности при сжатии вдоль волокон по ГОСТ 16483.10–73 «Древесина. Метод определения предела прочности при сжатии вдоль волокон».

В ходе проведения испытаний на сжатие поперек волокон скорость нагружения составляла 1000…1200 Н/мин, при этом условный предел прочности достигался через 1,2…2 мин. По результатам каждого испытания строили диаграммы нагружения. В качестве нагрузки, соответствующей условному пределу прочности на сжатие принимали максимальную нагрузку на линейной части диаграммы нагружения. Условный предел прочности определяли как отношение этой максимальной нагрузки к площади поперечного сечения образца.

При испытаниях на сжатие вдоль волокон образцы разрушались в течение 40…70 с при скорости нагружения 22…26 кН/мин. Предел прочности рассчитывали как частное от деления максимальной нагрузки на площадь нагружения.

Для определения пределов прочности и модуля упругости при статическом изгибе ТМД березы, ясеня и дуба из прошедших термическую обработку пиломатериалов было изготовлено 72 образца в виде прямоугольных призм, основанием 20×20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм. В целях определения возможного влияния на предел прочности направления прилагаемой нагрузки образцы по расположению годичных слоев на торцевых поверхностях были предварительно условно подразделены на три группы: 1) радиальные; 2) тангенциальные и 3) смешанные. В группы радиальных и тангенциальных распределяли образцы, в которых линии годичных слоев на торцевых поверхностях были параллельны соответствующей паре граней. При проведении испытаний образцы этой группы поворачивали на 90° для тангенциального и радиального нагружения. К группе смешанных относили образцы, в которых линии годичных слоев на торцевых поверхностях занимали промежуточное положение между радиальным и тангенциальным. Направление действия нагрузки при испытаниях не ранжировали.

Испытания образцов проводили на разрывной машине Р-0,5, обработку результатов выполняли в соответствии с ГОСТ 16483.3–84 «Древесина. Метод определения предела прочности при статическом изгибе». Образцы нагружали со скоростью 1200…1400 Н/мин, при этом их разрушение наступало через 60…100 с после начала нагружения.

Определение модуля упругости при статическом изгибе, математически выраженной как соотношение между нормальными напряжениями и относительными деформациями, определяли по ГОСТ 16483.9–73 «Древесина. Методы определения модуля упругости при статическом изгибе». При проведении испытаний применяли образцы, имеющие аналогичные форму, размеры и условное деление на группы, что и для определения предела прочности при данном виде нагружения.

Для проведения экспериментов по определению твердости ТМД было подготовлено 63 березовых, ясеневых и дубовых образца древесины, не имеющих видимых пороков. Эксперименты проводились в соответствии с ГОСТ 16483.17–81 «Древесина. Метод определения статической твердости».

Перед каждым опытом образец устанавливали в специальное приспособление испытательной машины Р-0,5. В качестве пуансона использовался стандартный стальной шарик радиусом 5,64 мм, закрепленный в верхней части приспособления. Перемещение пуансона фиксировали с помощью индикатора часового типа с погрешностью измерения не более 0,01 мм. Во избежание растрескивания образцов при проведении испытаний была выбрана минимальная предлагаемая стандартом глубина вдавливания пуансона в древесину, равная 2,82 мм. Скорость нагружения подбирали так, чтобы заданной глубины вдавливания пуансона достичь через 1,5–2,0 мин. после начала эксперимента. Для расчета статической твердости использовали величину нагрузки, достигнутую при вдавливании пуансона в образец на заданную глубину.

Для определения удельного сопротивления выдергиванию шурупов из ТМД исследуемых пород было подготовлено по 24 образца размером 20×20×150 мм с радиальным и тангенциальным расположением годичных слоев на их торцах. В каждом образце высверлили отверстие диаметром 2,5 мм под стандартный шуруп для древесины диаметром 4 мм и длиной 50 мм.

При проведении испытаний каждый образец устанавливали в специальное приспособление испытательной машины Р-0,5. В соответствии ГОСТ 16483.33–77 «Древесина. Метод определения удельного сопротивления выдергиванию гвоздей и шурупов» скорость нагружения подбирали так, чтобы вырывание шурупа происходило через 1,5–2,0 мин после начала эксперимента. Величину удельного сопротивления выдергиванию шурупов определяли путем деления максимальной нагрузки на глубину ввинчивания (20 мм) шурупа в древесину.

Результаты и обсуждение

Результаты испытаний на сжатие ТМД березы, ясеня и дуба представлены на диаграмме (рис. 1).

 

Рис. 1. Диаграмма прочности при сжатии термически модифицированной древесины березы, дуба и ясеня устойчивой влажности

Fig. 1. Compressive strength diagram for thermally modified birch, oak, and ash wood with stable moisture content

 

Численные значения пределов прочности при сжатии вдоль волокон очень высокие, что свидетельствует об отсутствии значительного негативного влияния термической обработки на способность древесины сопротивляться сжатию вдоль волокон.

Данных по прочности при сжатии поперек волокон для термически обработанной древесины исследуемых пород практически нет. В некоторых работах констатируется факт сопротивления древесины на порядок более слабого сжатию (и смятию) поперек волокон, чем вдоль, при этом кратно повышается ее деформация, выражающаяся в «спрессовывании» древесины без явных внешних признаков разрушения. Этот показатель заслуживает внимания как фактор, во многом определяющий стабильность и надежность как отдельных видов соединений, так и конструкции в целом. Определение численных значений этого показателя для ТМД исследуемых пород представляется актуальным.

В результате проведенных испытаний установлено, что значения условных пределов прочности ТМД березы, ясеня и дуба при сжатии поперек волокон составляют соответственно 11, 16 и 20 % относительно их пределов прочности при сжатии вдоль волокон, что несколько превышает усредненный для всех пород соответствующий показатель для нативной древесины, который принимают равным 10 % [12].

Также можно констатировать некоторые особенности исследуемых пород древесины по показателям прочности при сжатии поперек волокон. Так, у древесины дуба, очевидно вследствие наличия многочисленных сердцевинных лучей, условный предел прочности при сжатии в радиальном направлении выше на 37 %, чем в тангенциальном, березы — только на 29 %, а у древесины ясеня, наоборот, на 26 % ниже, что хорошо согласуется с данными по нативной древесине [13].

Рассчитанные по экспериментальным данным средние значения пределов прочности при статическом изгибе для образцов каждого направления прикладываемой нагрузки, а также нормативные данные для древесины этих же пород без термической модификации при нормализованной влажности приведены на диаграммах (рис. 2, 3).

 

Рис. 2. Диаграмма прочности при статическом изгибе термически модифицированной древесины березы, дуба и ясеня устойчивой влажности

Fig. 2. Static flexural strength diagram for thermally modified birch, oak, and ash wood with stable moisture content

 

Рис. 3. Диаграмма прочности при статическом изгибе термически модифицированной древесины березы, дуба и ясеня устойчивой влажности и немодифицированной нормализованной влажности [12]

Fig. 3. Static flexural strength diagram for thermally modified birch, oak, and ash wood with stable moisture content and unmodified normalized moisture content [12]

 

Анализируя полученные результаты, можно констатировать тенденцию к снижению прочности древесины дуба и березы после ее термического модифицирования, что подтверждается результатами ранее проведенных исследований [14, 15–18, 22, 24, 25, 28, 30]. Следует также отметить разную степень изменения показателей прочности при статическом изгибе. Так, при сопоставлении с нативной древесиной [12] прочность у древесины березы снижается на 25 %, у дуба — на 39 %, а у древесины ясеня практически не изменяется. Сравнивая породы между собой, следует отметить определенное снижение прочности при приложении нагрузки в радиальном направлении у древесины березы и ясеня при практически равных показателях для всех направлений у древесины дуба. По абсолютным показателям наибольшей прочностью обладает древесина ясеня — 119,4 МПа, значительно меньше она у древесины березы — 82,1 МПа, а самые низкие значения у древесины дуба — 63,0 МПа.

При определении модуля упругости при статическом изгибе использовалась одноточечная схема нагружения, которая позволила получить значения прогиба при радиальном, тангенциальном, а также и в промежуточном между ними направлении, обозначенное нами как смешанное (рис. 4).

 

Рис. 4. Диаграмма модуля упругости при статическом изгибе термически модифицированной древесины березы, дуба и ясеня устойчивой влажности

Fig. 4. Static flexural modulus diagram for thermally modified birch, oak, and ash wood with stable moisture content

 

Характерной особенностью представленных результатов является отсутствие значимых отличий данного показателя от направления нагружения для всех пород. В процентном отношении максимальное отличие между наибольшим и наименьшим значением не превышает 7 %, причем наиболее близкими оказались показали древесины дуба, отличия которых составили всего 2,3 %. Оценивая абсолютные величины, отметим, что наибольшим модулем упругости, равным 17,907 ГПа, обладает ясень при смешанном, т. е. промежуточном между радиальным и тангенциальным направлении нагружения. Наименьший показатель, равный 11,651 ГПа у древесины дуба при радиальном направлении нагружения.

Рассматривая средние численные значения модулей упругости, полученных для малых чистых образцов древесины, отметим, что наибольший показатель, равный 17,123 ГПа у ТМД ясеня, несколько ниже — 14,073 ГПа у древесины березы и минимальный 11,768 ГПа — у дуба, подобная закономерность наблюдается и для других видов испытаний.

Согласно СП 64.13330.2017 (актуализированной редакции «СНИП II-25–80 Деревянные конструкции») при расчете несущих деревянных конструкций по предельным состояниям второй группы (по прогибу), значения модуля упругости должны составлять 10 ГПа. Для оценки возможности применения ТМД ясеня, березы и дуба в качестве элементов несущих конструкций по рассматриваемому критерию необходимы дальнейшие исследования.

Полученные результаты статической твердости свидетельствуют о негативном влиянии термического воздействия на древесину березы и ясеня в процессе модифицирования на величину этого показателя (рис. 5, табл. 1). При сравнении с усредненными данными по нативной древесине [12] наибольшее снижение твердости было отмечено у древесины ясеня, для тангенциальной поверхности которого она уменьшилась более чем в 2 раза (52 %). В то же время у древесины березы наибольшее снижение этого показателя было выявлено при воздействии на радиальную поверхность, твердость которой уменьшилась на 44 %. При испытаниях образцов из древесины дуба оказалось, что твердость его тангенциальной поверхности практически не изменилась, а радиальной — понизилась на 32 %.

 

Рис. 5. Диаграмма статической твердости термически модифицированной древесины березы, дуба и ясеня устойчивой влажности

Fig. 5. Wood static hardness diagram for thermally modified birch, oak, and ash wood with stable moisture content

 

Таблица 1

Статическая твердость термически модифицированной и нативной древесины березы, ясеня и дуба

Wood static hardness of thermally modified and native birch, ash, and oak wood

Порода древесины	Поверхность образца	Статическая твердость, Н/мм2
		Модифицированная древесина устойчивой влажности	Нативная древесина нормализованной влажности [12]
Береза	Тангенциальная	22	32,1
	Радиальная	20	35,9
	Торцовая	41,9	46,3
Ясень	Тангенциальная	31	65,1
	Радиальная	35	57,1
	Торцовая	64,9	78,3
Дуб	Тангенциальная	46	47,5
	Радиальная	37	54,5
	Торцовая	75,5	66,5

 

Определение удельного сопротивления древесины выдергиванию шурупов проводили в тангенциальном и радиальном направлениях. Использовали стандартные шурупы для древесины диаметром 4 мм и длиной 50 мм, которые ввинчивали в предварительно высверленные сквозные отверстия диаметром 2,5 мм (рис. 6). Этот показатель является важной характеристикой древесины при ее использовании в различных изделиях и конструкциях.

 

Рис. 6. Диаграмма удельного сопротивления выдергиванию шурупов из модифицированной древесины березы, дуба и ясеня устойчивой влажности

Fig. 6. Specific pull-out resistance diagram for screws made from modified birch, oak, and ash wood with stable moisture content

 

Как видно из полученных результатов, древесина исследуемых пород, подвергнутая интенсивному термическому модифицированию, достаточно хорошо сопротивляется выдергиванию шурупов в направлении поперек волокон. В пределах одной породы не выявлено значительных отличий по величине удельного сопротивления при выдергивании шурупов, ввинченных в тангенциальном и радиальном направлениях. Эксперименты показали, что наибольшее сопротивление оказывает древесина ясеня, относительно которого показатели древесины дуба ниже в среднем на 11 %, березы — на 37 %.

Определенный интерес для широкого круга потребителей могут иметь различия в прочностных характеристиках среди рассматриваемых пород в зависимости от возможного смещения вектора поперечной нагрузки от нормального до касательного положения относительно годичных слоев.

Для анализа этого влияния определялась выраженная в процентах относительная разность (δ, %) показателей свойств ТМД и нативной древесины при радиальном (А_р) и тангенциальном (А_т) направлениях действующей нагрузки (табл. 2)

$\delta =\frac{A_{р}-A_{т}}{A_{Т}}·100.$

 

Таблица 2

Относительная разность между показателями свойств ТМД и нативной древесины в радиальном и тангенциальном направлениях по отношению к показателям в тангенциальном направлении, выраженная в процентах

Relative difference between the properties of modified birch and native wood in the radial and tangential directions compared to the properties in the tangential direction, as a percentage

Вид испытаний	Показатель	Береза			Ясень				Дуб
		ТМД	Нативная древесина	Литературный источник	ТМД	Нативная древесина	Литератур-ный источник	ТМД		Нативная древесина	Литературный источник
Сжатие поперек волокон	δсж, %	29,1	64,50 61,43	[14] [15]	–25,8	–6,36 –9,9 –8,13	[16] [17] [18]	37,2		17,8 41,18	[19] [20]
Статический изгиб	δизг, %	–26,4	4,66 –9,03	[21] [22]	–10,6	–0,64	[21]	0,4		7,85 –3,28 –2,61	[21] [23] [23]
Статическая твердость	δтв, %	–9,1	–10,58 –11,26 14,58 6,06 –9,09 –2,06	[12] [13] [24] [25] [26] [27]	12,9	14,01 –8,57 5,67 2,08 3,30	[12] [13] [28] [29] [27]	–19,6		–12,84 –7,94 –10,61 –29,23 18,92	[12] [13] [23] [30] [31]
Сопротивление выдергиванию шурупов	δвыд, %	–3,6	–	–	3,57	–	–	13,46		–1,35 6,92 14,29 22,86	[32] [33] [33] [34]

 

Такой подход позволяет в значительной мере нивелировать или, наоборот, акцентировать внимание на изменчивость свойств древесины и различия в методиках испытаний. Значения показателей свойств нативной древесины взяты из доступных отечественных и зарубежных литературных источников [12-34]. К сожалению, таких данных сравнительно немного, а информации о величине удельного сопротивления выдергиванию шурупов в радиальном и тангенциальном направлениях древесины березы и ясеня найти не удалось. Анализ полученных значений дает возможность оценить степень изменения соотношений анизотропии механических свойств древесины исследуемых лиственных пород, подвергнутой термическому модифицированию.

Как показали результаты испытаний ТМД на сжатие поперек волокон, значительная разница между показателями прочности в радиальном и тангенциальном направлениях δ_сж древесины березы [14, 15] после термической обработки снизилась практически вдвое, но осталась довольно существенной, поскольку условный предел прочности при сжатии в радиальном направлении оказался на 29,1 % больше, чем в тангенциальном. В отличие от древесины березы величина δ_сж для древесины ясеня имеет отрицательное значение, поскольку его прочность на сжатие в тангенциальном направлении выше, чем в радиальном [16–18]. В результате термического модифицирования величина δ_сж заметно изменилась, достигнув значения –25,8 %. Взятые из литературных источников значения δ_сж для нативной древесины дуба 17,8 % [19] и 41,18 % [20] существенно отличаются друг от друга. Величина δ_сж для ТМД дуба, равная 37,2 %, оказалась несколько выше, чем среднее значение для нативной древесины дуба, что не позволяет сделать однозначный вывод о влиянии термического модифицирования на соотношение показателей прочности при сжатии в радиальном и тангенциальном направлениях.

Относительная разность между показателями прочности при испытаниях на статический изгиб в радиальном и тангенциальном направлениях δ_изг нативной древесины березы [21, 22] и ясеня [21] невелика. Однако в результате термической обработки она заметно увеличилась: у древесины ясеня до –10,6 %, а у древесины березы до –26,4 %. В то же время величина δ_изг, равная всего лишь 0,98 % для древесины дуба [21, 23], в результате обработки изменилась только на 0,4 %, что свидетельствует об отсутствии значимого влияния термического модифицирования на этот показатель.

Результаты испытаний на статическую твердость показали, что относительная разность δ_тв между ее показателями при нагружении в радиальном и тангенциальном направлениях древесины березы [12, 13, 24–27], равная –2,06 %, в результате термического модифицирования немного изменилась, достигнув величины, равной –9,1 %. Это означает, что тангенциальная поверхность ТМД березы осталась более твердой, чем радиальная. Аналогичная направленность смещения показателей и у древесины дуба [12, 13, 23, 33, 31], у которой величина δ_тв изменилась с –8,36 до –19,6 %.

В отличие от березы и дуба у древесины ясеня [12, 13, 27–29] твердость радиальной поверхности оказалась выше, чем тангенциальной. После термической обработки наблюдается увеличение разницы между показателями твердости радиальной и тангенциальной поверхностей δ_тв от 3,30 до 12,9 %.

Относительная разность между показателями удельного сопротивления выдергиванию шурупов из древесины в радиальном и тангенциальном направлениях определили только для древесины дуба, так как данные по березе и ясеню как в отечественной, так и зарубежной литературе отсутствуют. Для древесины дуба величина δ_выд изменилась незначительно, поскольку ее значение [32–34], равное 10,68 %, после термического воздействия лишь незначительно повысилось.

Выводы

Экспериментальные исследования основных механических и эксплуатационных свойств ТМД березы, ясеня и дуба позволили определить следующие диапазоны обобщенных показателей: предел прочности при сжатии вдоль волокон — от 80 до 100 МПа; условный предел прочности при сжатии — 7 до 16 МПа; предел прочности при статическом изгибе — от 62 до 127 МПа; статическая твердость торцовой поверхности — от 42 до 75 МПа, радиальной и тангенциальной поверхности — от 20 до 46 МПа; удельное сопротивление выдергиванию шурупов — от 92 до 152 Н/мм; модуль упругости при статическом изгибе — от 11 до 16 ГПа. Указанные значения получены при испытаниях малых чистых образцов устойчивой влажности. Наилучшие сравнительные показатели по комплексу исследуемых свойств имеет древесина ясеня.

Установлено, что древесина березы, ясеня и дуба после термической модификации по классу Thermo D с определенными количественными изменениями сохранила характер анизотропии механических свойств, присущий нативной древесине [35, 36], обладает удовлетворительными механическими и деформационными характеристиками и может быть использована в деревянных конструкциях, эксплуатируемых при умеренных нагрузках, в соответствии с требованиями строительных норм и правил.

About the authors

Galina A. Gorbacheva

BMSTU (Mytishchi branch)

Author for correspondence.
Email: gorbacheva@bmstu.ru

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor

Russian Federation, 1, 1st Institutskaya st., 141005, Mytishchi, Moscow reg.

Nikolay V. Skuratov

BMSTU (Mytishchi branch)

Email: skuratov@bmstu.ru

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor

Russian Federation, 1, 1st Institutskaya st., 141005, Mytishchi, Moscow reg.

Andrey V. Sobolev

BMSTU (Mytishchi branch)

Email: avsobolev@bmstu.ru

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor

Russian Federation, 1, 1st Institutskaya st., 141005, Mytishchi, Moscow reg.

Dmitry V. Usov

BMSTU (Mytishchi branch)

Email: usik82.82@mail.ru

PhD student

Russian Federation, 1, 1st Institutskaya st., 141005, Mytishchi, Moscow reg.

References

Supplementary files