Podłoga niewątpliwie musi być najtrwalszą częścią każdego pomieszczenia. Wytrzymuje codzienny ruch, obciążenie mebli, eksploatację: ścieranie, wgniatanie, zarysowania, zabrudzenia, czyszczenie, wilgoć, nasłonecznienie, a także inne czynniki naturalne. Wytrzymałość drewna ma związek głównie z jego twardością, której poświęcimy ten artykuł.
Kilka słów o drewnie
Drewno jest surowcem otrzymywanym ze ściętych drzew i formowanym przez obróbkę w różnego rodzaju produkty. Drewno to przestrzeń pomiędzy rdzeniem, a warstwą łyka i kory.
Współcześnie drewno znajduje zastosowanie jako materiał na podłogi, boazerie, więźby dachowe, ogrodzenia, pergole, meble, zabawki. Odpady powstałe przy produkcji różnych materiałów z drewna najczęściej wykorzystywane są do produkcji płyt pilśniowych i wiórowych.
Podstawowy skład drewna stanowią: węgiel (niemal 50%), tlen (ok. 43%), wodór (6%), azot (0,2%) i inne. Pierwiastki te tworzą postawowe związki organiczne: celulozę, hemicelulozę i ligninę. W drewnie występują też: cukier, białko, skrobia, garbniki, olejki eteryczne, guma oraz liczne substancje mineralne. Dokładny skład chemiczny zależny jest od rodzaju drzewa, klimatu, gleby itp.
Twardość drewna
Twardość drewna to jedna z jego podstawowych cech. Jej skala świadczy o przydatności drewna do produkcji. Im wyższa będzie twardość, tym drewno będzie bardziej odporne na ścieranie, a co za tym idzie bardziej wytrzymałe.
Twardość to inaczej odporność drewna na ucisk, czyli opór jaki stawia ciałom obcym wciskanym w jego powierzchnię. Na twardość drewna wpływają dwie jego cechy:
- Przekrój – przekrojem drewna nazywamy sposób w jaki zostało ono przecięte. Możemy wyróżnić przekrój poprzeczny (drewno cięte prostopadle do swojej osi) oraz przekrój podłużny (cięcie było wykonane wzdłuż osi). Twardsze są drewna z przekrojem poprzecznym.
- Gęstość – to stosunek masy do objętości wyrażany w kg/m2. Im większa gęstość tym drewno będzie twardsze i cięższe.
Twardość mierzona jest oporem stawianym przez drewno podczas wciskania metalowej kulki o określonej wielkości. Twardość zwykle podaje się w megapascalach (MPa).
Do twardych gatunków drewna należą między innymi: dąb, grab, jesion, jawor, wiąz oraz gatunki egzotyczne. Najbardziej miękkie są natomiast: lipa, olcha, osika, topola.
Metody pomiaru twardości drewna
Precyzyjne określenie współczynnika twardości drewna jest bardzo trudne, ponieważ poszczególne próbki zawsze będą się w jakimś stopniu różnić. Na tę różnicę ma wpływ zarówno wiek drewna, jak i jego przekrój. Upływ czasu wpływa na strukturę i wilgotność drewna – im jest ono starsze i mniej wilgotne, tym jest twardsze.
Do najpopularniejszych metod pomiaru twardości drewna należą test Janki i test Brinella. Oba te sposoby pokrótce opiszemy.
Metoda Janki w określaniu twardości drewna
Metoda Janki zastąpiła test Bugsena, który polegał na wbijaniu w drewno igły o określonej średnicy na stałą głębokość 2 mm. Ze względu na niejednorodność struktury drewna metoda ta dawała bardzo nierówne wyniki.
Metoda Janki polega mierzeniu siły, jaka jest potrzebna do osadzenia kulki w próbce do połowy jej średnicy. Do testu używa się stalowej kulki o określonej średnicy – 11,284 mm. Badanie to trwa dość krótko – około dwóch minut i jest wykonywane na specjalnej maszynie. Szybkość obciążania wynosi od 320 do 480 kG/min. Wynik zwykle wyrażony jest w kG/cm2 lub MPa.
Aby możliwie uśrednić rezultaty tego badania wykonuje się co najmniej cztery wciski w każdym przekroju.
Metoda Janki jest bardzo popularna, jednak niepozbawiona wad. Można do nich zaliczyć w szczególności dużą zależność od struktury i układu słojów w drewnie. Problem ten uwidacznia się zwłaszcza w przypadku drzew iglastych, które charakteryzują się największą różnorodnością budowy.
Metoda Brinella
Nowszą metodą pomiaru twardości drewna jest sposób zaproponowany przez Brinella. Tą metodą można badać duże powierzchnie i testować niemal każdy materiał, ponieważ siły nacisku i rozmiary kuli są zróżnicowane. Bardzo często testom metodą Brinella poddaje się metale.
W przypadku drewna stosuje się zwykle obciążenie od 200 do 400 kg – średnica kulki z karbidu (węglik wapnia) dostosowywana jest do rodzaju badanego materiału. Pomiar przebiega w kilku etapach – najpierw kulka jest wciskana za pomocą specjalnego urządzenia w próbkę metalu z ustaloną wcześniej siłą. Nacisk ten utrzymywany jest przez około 10-15 sekund. Po tym czasie kulę wyjmuje się, a powstałe po niej wgniecenie mierzy specjalnymi urządzeniami.
Siłę potrzebną do wciśnięcia kulki ustala się w zależności od gęstości drewna. Wgniecenie mierzone jest w radianach, a współczynnik Brinella określający twardość drewna wylicza się na podstawie wzoru.
Plusami metody Brinella jest szerokie zastosowanie oraz to, że podczas testu próbka nie ulega zniszczeniu. Wymienione metody stosuje się obecnie najczęściej. Można się także spotkać z mniej popularnym testem Krippela, który usiłował połączyć zalety prób Janki i Brinella. Metoda Krippela polega na wciskaniu kulki o średnicy 31,831 mm na głębokość 2 mm. Twardość drewna w tym przypadku oblicza się na postawie wzoru.
Klasy twardości drewna
Najczęściej stosowanym podziałem skali twardości drewna jest klasyfikacja zawierająca cztery klasy – od I do IV, gdzie I oznacza bardzo miękkie drewno, a IV bardzo twarde.
Zwykle wartości charakteryzujące stopień twardości drewna podawane są w przybliżeniu, ponieważ każdy gatunek drewna posiada różnice w tym zakresie zależne od warunków wzrostu. Wymienieni badacze, którzy opracowali sposób pomiaru twardości drewna, zaproponowali także własne skale ukazujące klasy tego parametru.
Klasy twardości drewna według Janki
Klasa | Zakres MPa | Przykładowe gatunki |
I | poniżej 34,3 | balsa, osika, topola, wierzba, świerk, jadla, limba |
II | 34,3 – 49 | lipa, sosna, modrzew, jałowiec |
III | 49 – 63,7 | dąb szypułkowy, sosna czarna, wiąz, orzech |
IV | 63,7 – 98,1 | jesion, jatoba, teak, merbau |
V | 98,1 – 147,1 | grab, grochodrzew (robinia), palisander, cis |
VI | powyżej 147,1 | quebracho, heban, kokos, gwajak |
I – drewno bardzo miękkie
II – drewno miękkie
III – drewno średnio twarde
IV – drewno twarde
V – drewno bardzo twarde
VI – drewno twarde jak kość
Klasy twardości drewna według Brinella
Klasa | Współczynnik Brinella | Przykładowe gatunki |
I | BNH < 2,0 | sosna |
II | BNH 2,1 – 3 | olcha, brzoza, klon europejski |
III | BNH 3,1 – 4 | czereśnia, mahoń, orzech amerykański, sapella, iroko, teak, wiśnia, dąb, dąb czerowny, buk, jesion |
IV | BNH > 4,1 | drzewo różane, doussie, palisander, eukaliptus, klon kanadyjski, merbau, badi, tali, jatoba |
I – drewno miękkie
II – drewno średniej twardości
III – drewno twarde
IV – bardzo twarde drewno
Przy wyborze gatunku drewna na podłogi warto przyjrzeć się tym skalom i pamiętać, że drewno o klasie I nie będzie nadawało się do tego zastosowania, natomiast miękkie drewna (klasa II) powinno się stosować na podłogę tylko do pomieszczeń o mniejszej intensywności ruchu.
Data dodania: 29.11.2010