Tính chất cơ bản của vật liệu gỗ

(23-06-2017, 12:43:20)

Tính chất cơ bản của vật liệu gỗ

Gỗ có cấu tạo không đẳng hướng nên tính chất cơ học của nó không đều theo các phương khác nhau. Tính chất cơ học của gỗ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Độ ẩm, khối lượng thể tích, tỉ lệ phần trăm của lớp gỗ sớm và lớp gỗ muộn, tình trang khuyết tật, v v...

Độ ẩm và tính hút ẩm

Độ ẩm có ảnh hưởng lớn đến tính chất của gỗ. Nước nằm trong gỗ có 3 dạng: Nước mao quản (tự do), nước hấp phụ và nước liên kết hóa học. Nước tự do nằm trong một tế bào, khoảng trống giữa các tế bào và bên trong các ống dẫn. Nước hấp phụ nằm trong vỏ tế bào và khoảng trống giữa các tế bào. Nước liên kết hóa học nằm trong thành phần hóa học của các chất tạo gỗ. Trong cây gỗ đang phát triển chứa cả nước hấp phụ và nước tự do, hoặc chỉ có chứa nước hấp phụ. Trạng thái của gỗ chứa nước hấp phụ cực đại và không có nước tự do gọi là giới hạn bão hòa thớ (Wbht). Tùy từng loại gỗ giới hạn bão hòa thớ có thể dao động từ 23 đến 35%.
Khi sấy, nước từ từ tách ra khỏi mặt ngoài, nước từ lớp gỗ bên trong chuyển dần ra thay thế. Còn khi gỗ khô thì nó lại hút nước từ không khí.
Mức độ hút hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí. Vì độ ẩm của không khí không cố định nên độ ẩm của gỗ cũng luôn luôn thay đổi. Độ ẩm mà gỗ nhận được khi người ta giữ nó lâu dài trong không khí có độ ẩm tương đối và nhiệt độ không đổi gọi là độ ẩm cân bằng.
Độ ẩm cân bằng của gỗ khô trong phòng là 8 ÷ 12%, của gỗ khô trong không khí sau khi sấy lâu dài ở ngoài không khí là 15 ÷ 18%.
Vì các chỉ tiêu tính chất của gỗ (khối lượng thể tích, cường độ) thay đổi theo độ ẩm (trong giới hạn của lượng nước hấp phụ), cho nên để so sánh người ta thường chuyển về độ ẩm tiêu chuẩn (18%).
Khối lượng riêng đối với mọi loại gỗ thường như nhau và giá trị trung bình của nó là 1,54 g/cm3.
Khối lượng thể tích của gỗ phụ thuộc vào độ rỗng (độ rỗng của gỗ lá kim: 46 ÷81%, gỗ lá rộng: 32480%) và độ ẩm. Người ta chuyển khối lượng thể tích của gỗ ở độ ẩm bất kỳ (W) về khối lượng thể tích ở độ ẩm tiêu chuẩn (18%) theo công thức:
W0180γ=γ[ 1 + 0,01(1- K0) (18 - W)]
Trong đó:
- và - Khối lượng thể tích của gỗ có độ ẩm W và độ ẩm 18%. 180γW0γ
- K0 - Hệ số co thể tích.
Dựa vào khối lượng thể tích, gỗ được chia ra năm loại: Gỗ rất nhẹ (γ0<400kg/m3), gỗ nhẹ (γ0 = 40 ÷500 kg/m3), gỗ nhẹ vừa (γ0 = 500÷700 kg/m3), gỗ nặng (γ0 = 700 ÷ 900 kg/m3) và gỗ rất nặng (γ0 > 900 kg/m3 ).
Những loại gỗ rất nặng như gỗ nghiến (γ0 = 1100 kg/m3), gỗ sến (γ0=1080kg/m3). Những loại gỗ rất nhẹ như: Gỗ sung, gỗ muồng trắng.
Độ co ngót của gỗ là độ giảm chiều dài và thể tích khi sấy khô. Nước mao quản bay hơi không làm cho gỗ co. Co chỉ xảy ra khi gỗ mất nước hấp phụ. Khi đó chiều dày vỏ tế bào giảm đi các mixen xích lại gần nhau làm cho kích thước của gỗ giảm.
Trương nở: là khả năng của gỗ tăng kích thước và thể tích khi hút nước vào thành tế bào. Gỗ bị trương nở khi hút nước đến giới hạn bão hòa thớ. Trương nở cũng giống như co ngót không giống nhau theo các phương khác nhau (hình 8-3): Dọc thớ 0,1÷0.8%, pháp tuyến: 3÷5%, tiếp tuyến 6÷12%.

Anh huong cua do am den do truong no
 

 Hình 1: Ảnh hưởng của độ ẩm đến độ trương nở

1 - Dọc thớ ; 2 - Pháp tuyến
3 - Tiếp tuyến; 4 - Thể tích

Màu sắc và vân gỗ: Mỗi loại gỗ có màu sắc khác nhau. Căn cứ vào màu sắc có thể sơ bộ đánh giá phẩm chất và loại gỗ. Thí dụ: Gỗ gụ, gỗ mun có màu sẫm và đen; gỗ sến, táu có màu hồng sẫm; gỗ thông, bồ đề có màu trắng. Màu sắc của gỗ còn thayđổi theo tình trạng sâu nấm và mức độ ảnh hưởng của mưa gió. Vân gỗ cũng rất phong phú và đa dạng. Vân gỗ cây lá kim đơn giản, cây lá rộng phức tạp và đẹp (lát hoa có vân gợn mây, lát chun có vân như ánh vỏ trai). Gỗ có vân đẹp được dùng làm đồ mỹ nghệ.
Tính dẫn nhiệt: Khả năng dẫn nhiệt của gỗ không lớn và phụ thuộc vào độ rỗng, độ ẩm và phương của thớ, loại gỗ, cũng như nhiệt độ. Gỗ dẫn nhiệt theo phương dọc thớ lớn hơn theo phương ngang 1,8 lần. Trung bình hệ số dẫn nhiệt của gỗ là 0,14÷0,26 kCal/m0C.h. Khi khối lượng thể tích và độ ẩm của gỗ tăng, tính dẫn nhiệt cũng tăng.
Tính truyền âm: Gỗ là vật liệu truyền âm tốt. Gỗ truyền âm nhanh hơn không khí 2 -17 lần. Âm truyền dọc thớ nhanh nhất, theo phương tiếp tuyến chậm nhất.

Tính chất cơ học của Gỗ

Gỗ có cấu tạo không đẳng hướng nên tính chất cơ học của nó không đều theo các phương khác nhau. Tính chất cơ học của gỗ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Độ ẩm, khối lượng thể tích, tỷ lệ phần trăm của lớp gỗ sớm và lớp gỗ muộn, tình trạng khuyết tật, v v....
Vì tính chất cơ học của gỗ phụ thuộc vào độ ẩm, nên cường độ thử ở độ ẩm nào đó (σW) phải chuyển về cường độ ở độ ẩm tiêu chuẩn (σ18) theo công thức:
σ18 = σW[1 + α (W - 18)]
Trong đó: α - Hệ số điều chỉnh độ ẩm, biểu thị số phần trăm thay đổi cường độ của gỗ khi độ ẩm thay đổi 1%. Giá trị α thay đổi tùy theo loại cường độ và phương của thớ gỗ.
W- Độ ẩm của gỗ (%), W≤Wbht.
Cường độ chịu nén
Cường độ chịu nén gồm có: Nén dọc thớ, nén ngang thớ pháp tuyến (xuyên tâm) nén ngang thớ tiếp tuyến và nén xiên thớ (hình 2).
Trong thực tế rất hay gặp trường hợp nén dọc thớ (cột nhà, cột cầu, dàn giáo, v.v...). Mẫu thí nghiệm nén dọc thớ có tiết diện 2 x 2 cm và chiều cao 3cm.
Nén xiên thớ cũng là những trường hợp hay gặp (đầu vì kèo).

Cac dang chiu nen cua go

Hình 2: Các dạng chịu nén của gỗ
a- Dọc thớ; b- Ngang thớ tiếp tuyến
c- Ngang thớ xuyên tâm; d- Xiên thớ
Cường độ chịu kéo

Mẫu làm việc chịu kéo được chia ra: Kéo dọc, kéo ngang thớ tiếp tuyến và pháp tuyến (hình 8 - 5).

Mẫu làm việc chịu kéo được chia ra: Kéo dọc, kéo ngang thớ tiếp tuyến và pháp tuyến
 

Hình 3: Mẫu thí nghiệm kéo: a - dọc thớ ; b - Ngang thớ tiếp tuyến ; c - Ngang thớ xuyên tâm
Cường độ chịu kéo dọc thớ lớn hơn nén dọc, vì khi kéo các thớ đều làm việc đến khi đứt, còn khi nén dọc các thớ bị tách ra và gỗ bị phá hoại chủ yếu do uốn dọc cục bộ từng thớ.
Hình 4: Mẫu thí nghiệm kéo: a - dọc thớ ; b - Ngang thớ tiếp tuyến ; c - Ngang thớ xuyên tâm

Cường độ chịu uốn

Cường độ chịu kéo xuyên tâm rất thấp. Còn khi kéo tiếp tuyến thì chỉ liên kết giữa các thớ làm việc, nên cường độ của nó cũng nhở hơn so với kéo và nén dọc thớ
Cường độ chịu uốn
Cường độ chịu uốn của gỗ khá cao (nhỏ hơn cường độ kéo dọc và lớn hơn cường độ nén dọc). Các kết cấu làm việc chịu uốn hay gặp là dầm, xà, vì kèo... Mẫu thí nghiệm uốn được mô tả ở hình 8 - 6 .
Cường độ chịu uốn được tính theo mômen uốn M (kG.cm) và mômen chống uốn W(cm3).

So do mau thi nghiem uon

Hình 5: Sơ đồ mẫu thí nghiệm uốn.