Введение 14
1 Аналитический обзор литературы 19
1.1 Описание процесса вакуумной пропитки древесины 19
1.2 Основные направления исследований модифицируемой древесины.
Прогнозы и проблемы. Перспективы 22
1.3 Процесс горения древесины 27
2 Объект и методы исследования 31
2.1 Материалы, вещества, используемые в исследовании 31
2.1.1 Древесина березы 31
2.1.2 Поливиниловый спирт. Строение. Получение. Применение 32
2.1.3 Мочевина. Строение. Получение. Применение 34
2.1.4 Жидкое стекло. Строение. Получение. Применение 35
2.1.5 Сульфат аммония. Строение. Получение. Применение 36
2.2 Методика исследований и оборудование 37
2.2.1 Определение предела прочности при сжатии вдоль волокон 37
2.2.2 Метод определения предела прочности при статическом изгибе 40
2.2.3 Определение огнезащитных свойств 41
3 Результаты исследования 45
3.1 Результаты экспериментов на огнестойкость 45
3.1.1 Результаты экспериментов на огнестойкость древесины, пропитанной
жидким стеклом 47
3.1.2 Результаты экспериментов на огнестойкость древесины, пропитанной
мочевиной 48
3.1.3 Результаты экспериментов на огнестойкость древесины, пропитанной
сульфатом аммония 50
3.1.4 Результаты экспериментов на огнестойкость древесины, пропитанной
поливиниловым спиртом 51
3.2 Результаты экспериментов на механические свойства 52
3.2.1Результаты определения предела прочности при сжатии вдоль волокон образцов, пропитанных сульфатом аммония 52
3.2.2 Результаты определения предела прочности при сжатии вдоль волокон
образцов, пропитанных жидким стеклом 53
3.2.3 Результаты определения предела прочности при сжатии вдоль волокон
образцов, пропитанных мочевиной 54
3.2.4 Результаты определения предела прочности при сжатии вдоль волокон
образцов, пропитанных ПВС 55
3.3 Результаты определения предела прочности при статическом изгибе образцов 56
3.3.1 Результаты определения предела прочности при статическом изгибе
образцов, пропитанных сульфатом аммония 56
3.3.2 Результаты определения предела прочности при статическом изгибе
образцов, пропитанных жидким стеклом 57
3.3.3 Результаты определения предела прочности при статическом изгибе
образцов, пропитанных мочевиной 58
3.3.4 Результаты определения предела прочности при статическом изгибе
образцов, пропитанных ПВС 59
4 Финансовый менеджмент 62
4.1 Предпроектный анализ 62
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 62
4.1.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 64
4.2 SWOT-анализ 65
4.3 Инициация проекта 70
4.4 Ограничения и допущения проекта 73
4.5 Контрольные события проекта 74
4.6 План проекта 76
4.7 Бюджет научного исследования 76
4.9 Реестр рисков проекта 80
4.10 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 81
5 Социальная ответственность 85
5.1 Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной
среды 85
5.1.1 Метеоусловия. Микроклимат на рабочем месте 85
5.1.2 Вредные вещества 87
5.1.3 Производственный шум 88
5.1.4 Освещенность 91
5.2 Анализ выявленных опасных факторов проектируемой производственной
среды 95
5.3 Охрана окружающей среды 99
5.4 Защита в ЧС 100
5.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 101
Заключение 103
Список публикаций студента 104
Список использованных источников 105
Древесина характеризуется редким сочетанием положительных свойств. Это весьма легкий и в тоже время прочный материал, хорошо сопротивляющийся статическим и динамическим нагрузкам. Благодаря пористой структуре древесина плохо проводит тепло. Она поддается механической обработке, хорошо склеивается. К своеобразным качествам древесины относится ее способность удерживать металлические крепления - гвозди, шурупы, скобы.
Все перечисленные выше свойства создали древесине широкую популярность и большие возможности для применения в строительстве. В Сибири сосредоточены большие лесные богатства, которые являются местным строительным материалом.
В тоже время как строительный материал древесина имеет некоторые недостатки: неоднородность строения (анизотропность), гигроскопичность, подвержена поражению грибками, легкая воспламеняемость, большая изменчивость показателей прочности даже в пределах одной и той же породы в зависимости от условий роста и наличия тех или иных пороков. Кроме того, при использовании древесины следует учитывать большую роль лесов в формировании климатических, водных, ландшафтных и экологических характеристик местности и то, что площадь их в последнее время сокращается.
Качество древесины характеризуется строением (количеством годичных слоёв), наличием пороков, физико-механическими свойствами.
Для оценки качества древесины без учета влияния местных пороков (сучки, гниль) используют образцы, вырезанные из участков древесины, лишенных пороков. Размеры и количество образцов для различных испытаний древесины регламентированы стандартом (ГОСТ 16483.0-83).
Главнейшие испытания древесины: определение числа годичных слоев и процента поздней древесины (являются основными характеристиками микроструктуры), определение влажности и плотности, прочности при различных нагрузках. Для определения указанных свойств древесины испытывают не менее трех образцов, и результаты испытаний древесины рассчитывают как среднее арифметическое значение результатов испытаний отдельных образцов.
Так как свойства древесины зависят от влажности, для получения сравнимых данных о её физико-механических показателях результаты испытаний (численные значения свойств) приводят к стандартной влажности, значение которой установлено равным 12 % как в международных стандартах ISO, так и в ГОСТах РФ.
Далеко не все лиственные и хвойные древесные породы одинаково используются в строительстве. Преимущество хвойных пород - в большей их распространенности, прямизне стволов и лучшем качестве древесины. В настоящее время использование лиственных пород осины, березы, ольхи, липы и тополя увеличивается при постройке временных подсобных помещений, при изготовлении столярных изделий. Древесину названных лиственных пород разрешается применять для рубленых стен (за исключением нижних венцов), для опалубки (при бетонных работах) и подмостей. Широкие возможности использования древесины открываются при ее модификации полимерными составами, обработке антисептиками и антипиренами.
Самым эффективным способом, позволяющим сохранять любые деревянные конструкции, является обработка его специальной пропиткой. К главным функциям таких составов, относят огневую и биозащиту. Пропитка для древесины дает возможность насыщать ее веществами, предупреждающими разрушение огнем и всевозможными вредителями.
Пропитка дерева бывает глубокой и поверхностной. Покрытие материала огне- и биозащитными средствами обеспечивает поверхностную защиту. Применяют такие составы для внутренних работ, где важно обеспечить поверхностям эстетичный внешний вид и сохранить природную структуру материала.
Глубокая пропитка обладает большей эффективностью. Подобная пропитка для дерева обуславливает максимальное проникновение в массив дерева защитных составов и позволяет равномерно распределять состав по толще.
Глубокую пропитку дерева производят в промышленных условиях. Для этого требуются особые автоклавы и ванны, в которых растворы с биоцидами и антипиренами под высоким давлением внедряется в структуру древесины и полностью заполняют объем.
Одним из направлений в решении задачи рационального использования древесины малоценных пород является повышение ее качества огне- и биостойкости, улучшение свойств пропиткой соответствующими растворами. Качество объёмной пропитки древесины определяется равномерностью распределения пропитывающего состава по объёму заготовки.
Основные задачи исследований:
• Исследовать физико-механические свойства древесины березы подвергнутые вакуумной пропитке различными водными растворами антипиренов, антисептиков;
• Исследовать влияние состава пропитывающего раствора на огнестойкость древесины березы, безопасность использования ее при строительстве;
• Установить возможность применения древесины березы, подвергнутой вакуумной пропитке рядом растворов, для строительства, в качестве опорных конструкций в каркасном домостроении.
• Практическая ценность работы:
• Будут исследованы свойства древесины березы, подвергнутой глубокой пропитки различными составами, что позволит расширить применения березовых пиломатериалов, в строительстве;
Целью данной работы является исследование физико-механических свойств березы, пропитанной антисептиками и антипиренами, с целью выявить ее пригодность для использования в сфере домостроения, в том числе, в качестве несущих конструкций зданий и сооружений.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Подготовлены образцы.
2. Собран стенд экспериментальный «Керамическая труба»
3. Проведены все соответствующие эксперименты, по ГОСТ 16363-98.
4. Произведены экспериментальные исследования по определению
физико-механических характеристик древесины березы, по ГОСТ 16483.10-72 и ГОСТ 16483.3-84, ГОСТ 16483.9-72, такие как: 1) Определение предела прочности при статическом изгибе. 2) Определение модуля упругости при статическом изгибе. 3) Определение предела прочности при сжатии.
5. Произведен анализ полученных результатов для определения возможности использования древесины березы, как строительный материал, в том числе в опорных конструкциях, целесообразность ее использования, в замену древесине хвойных пород.
Объектом исследования в работе является древесина березы.
Предмет исследования: физико-механические свойства и огнестойкость древесины, пропитанной антисептиками, антипиренами и водорастворимыми полимерами.
Научная и практическая новизна работы заключается в:
Отсутствие, либо малое количество подобных научных работ, в частности, исследований, посвященным мягким породам древесины лиственных пород, по результатам работы можно будет продолжить исследования в этом направлении.
Наличие совершенно новых данных о древесине, обработанной посредством вакуумной пропитки;
Создание возможности использования альтернативного вида материала для строительства, что не только подразумевает под собой снижение стоимости строительных работ, но и «разгрузку» лесного сектора хвойных пород, за счет вырубки быстрорастущей березы;
Положения, выносимые на защиту:
Результаты опытов огнестойкости древесины, пропитанной различными составами, по ГОСТ 16363-98.
Результаты физико-механических испытаний древесины, пропитанной различными составами, по ГОСТ 16483. 10-73, ГОСТ 16483. 3-84.
Общие результаты, возможность использования древесины березы, импрегнированной различными по составу веществами, в качестве строительного материала.
В данной работе была изучена огнестойкость березы, пропитанная антисептиками и антипиренами, представленными в работе. По сравнению с образцами, не пропитанными огнезащитными составами, пропитанные образцы показали лучшие результаты. В целом, при концентрации 20 и 50 г/л (для ПВС 2 и 7 г/л, соответственно), образцы показывали допустимую, вторую группу огнезащиты. Образцы же, пропитанные с концентрацией 80 г/л (для ПВС 15 г/л), показывали, в целом, огнестойкость, близкую к максимальной, первой группе. Наиболее стойкими к возгоранию, имеющие надлежащую группу огнестойкости (1), являются образцы, пропитанные сульфатом аммония. Наименее стойкие к возгоранию образцы, пропитанные поливиниловым спиртом.
Также были получены данные по физико-механическим характеристикам древесины березы, пропитанной антисептиками и антипиренами, представленными в работе. Было выявлено повышение физикомеханических свойств у образцов, пропитанных сульфитом аммония, даже при пропитке с самой низкой концентрацией. Так, предел прочности на изгиб равен, в среднем, 120 Н/мм3, при нормальных показателях древесины березы 100 Н/мм3. В то же время, значительно понижаются свойства образцов, пропитанных ПВС и мочевиной (предел прочности на изгиб 70 и 65 Н/мм3 соответственно, в среднем, при максимальной концентрации). Наиболее стойкими к нагрузкам, оказались образцы, пропитанные сульфатом аммония. То же касается и предела прочности при сжатии.
В целом, древесина, модифицированная антипиренами, антисептиками и водорастворимыми полимерами, повышает свойства древесины березы, по сравнению с противопоставленной ей древесиной сосны, предел прочности на изгиб которой равен 85 Н/мм3, предел прочности на сжатие 45 Н/мм3., исключая единственный серьезный недостаток древесины березы, ее высокую подверженность к гниению.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
