Влияние факторов на механические свойства древесины и пластмасс

Влияние влажности

Влажность весьма существенно влияет на механические свойства древесины, древесных пластиков и ряда пластмасс. Выше рассмотрена физическая природа изменения механических свойств материалов при увлажнении.

Механические свойства древесины при увлажнении ухудшаются, при высыхании — улучшаются. Показатели механических свойств должны приводиться к стандартной влажности по формуле (2), действительной в пределах влажности от 7 до 22%. Коэффициент а отражает влияние влажности на данное свойство и равняется при сжатии вдоль волокон для древесины: сосны, лиственницы, березы, бука — 0,05, для других пород — 0,04. Для всех пород при изгибе коэффициент а принимается равным 0,04 и при скалывании вдоль волокон — 0,03. Влияние влажности на прочность древесины при растяжении очень мало.

Механические свойства древесины при увлажнении ухудшаются, при высыхании — улучшаются. Показатели механических свойств должны приводиться к стандартной влажности по формуле (2), действительной в пределах влажности от 7 до 22%. Коэффициент а отражает влияние влажности на данное свойство и равняется при сжатии вдоль волокон для древесины: сосны, лиственницы, березы, бука — 0,05, для других пород — 0,04. Для всех пород при изгибе коэффициент а принимается равным 0,04 и при скалывании вдоль волокон — 0,03. Влияние влажности на прочность древесины при растяжении очень мало.

Влияние влажности сказывается в пределах от 0 до 30%, т. е. до точки насыщения волокон. Следовательно, на прочности древесины отражается только изменение гигроскопической влаги, но не свободной. При высыхании свежесрубленной древесины до воздушно-сухого состояния ее прочность на сжатие повышается до 2 раз, на изгиб до 1,5 раза с увеличением модуля упругости на 25...30%.

При увлажнении прочность стеклопластиков уменьшается. При кратковременном увлажнении в естественных условиях стеклопластики на основе полиэфирной смолы теряют прочность на 20...30%, а прочность фенолоформальдегидных стеклопластиков в этом случае уменьшается на 10...15%. Однако после высушивания прочность их восстанавливается. При длительном увлажнении прочность полиэфирных и фенолоформальдегидных стеклопластиков снижается на 30...50%. Наиболее стойкие к воздействию влаги и воды стеклопластики на эпоксидных смолах и их модификации.

Элементы из оргстекла во влажной среде теряют прочность при растяжении на 20, при изгибе — на 10, при сжатии и срезе — на 25%, Элементы из винипласта в тех же условиях при растяжении, сжатии, срезе — на 10, при изгибе — на 5%.

Понижение прочности древесины, древесных пластиков, стеклопластиков, термопластиков, полимербетонов в условиях повышенной влажности учитывается в расчетах строительных конструкций соответствующими коэффициентами условий работ, которые вводятся в расчетную характеристику материалов.

Коэффициенты условий работы m_в и m_н для деревянных конструкций приведены в табл. 1, а коэффициенты условий работы m_w для древесных пластиков и пластмасс — в табл. 2.

Влияние температуры

Прочность древесины при повышении температуры уменьшается, при понижении — увеличивается. Замораживание вызывает дальнейшее увеличение прочности древесины. Для влажной древесины влияние температуры сильнее, чем для сухой. Значительное повышение температуры при высокой влажности вызывает пластификацию древесины, что используется при гнутье деревянных элементов (не надо путать с изготовлением гнутоклееных дощатых элементов). При замораживании влажной древесины увеличивается хрупкость и опасность ее раскалывания (при забивке гвоздей, скоб и механической обработке), что следует иметь в виду при производстве работ в зимнее время. При повышении температуры модуль упругости древесины уменьшается и деформации элементов и конструкций увеличиваются.

Резко реагируют на повышенные температуры пластмассы, что объясняется деструктивными изменениями в их структуре. Эксплуатация конструкций из полиэфирных стеклопластиков допускается до +40° С. Более термостойки фенолоформальдегидные и эпоксидные стеклопластики, которые могут применяться в конструкциях до эксплуатационных температур 4-80° С.

Изменение механических характеристик материалов от температуры учитывается в расчетах соответствующим коэффициентом условий работ m₁, значения которого для различных материалов приведены в табл. 3.

Старение пластмасс

При эксплуатации строительные конструкции подвергаются воздействию не только влаги и температуры, но и света (солнечной радиации, теплового облучения), химической агрессии и т. д. Для капитального строительства имеет важное значение устойчивость материалов против длительного воздействия различных факторов. Способность материала сопротивляться разрушающему действию внешней среды характеризуется его физико-химической стойкостью. Большинство полимеров, как уже отмечалось, обладают достаточно высокой стойкостью к агрессивным химическим средам (кислотным, щелочным, соляным) Можно подобрать полимер, обладающий антикоррозийными качествами против воздействия конкретного химического агента. Полимеры, как правило, не гниют.

Вместе с тем при длительном воздействии различных атмосферных факторов полимеры постепенно разрушаются. Этот процесс называется старением и сопровождается нарушением структуры полимера, появлением трещин (поверхностных и в толще материала), помутнением поверхности и т. д. В стеклопластиках наблюдается оголение наполнителя, нарушение связи его со связующим, вымывание его.

Старение вызывает снижение механических характеристик материалов, что учитывается при расчете строительных конструкций соответствующими коэффициентами условий работ. Выше рассмотрено влияние температурно-влажностных факторов на различные материалы и соответствующие коэффициенты m₁, и m_w.

Для стеклопластиков, применяемых в несущих и ограждающих конструкциях, эксплуатируемых в условиях воздействия солнечной радиации и теплового облучения, старение учитывается коэффициентом m_f, значения которого приведены в табл. 4 для различных районов страны.

Следует отметить, что влияние атмосферных факторов на старение пластмасс изучено еще недостаточно. Фактические данные наблюдений за материалами в натурных условиях накапливаются, и это будет способствовать совершенствованию проектирования для обеспечения долговечности конструкций.