گروه صنایع چوب و کاغذ ابوذر
مطالبی پیرامون صنایع چوب و کاغذ و زیر مجموعه های تبدیل مکانیکی و تبدیل شیمیایی چوب
صفحات وبلاگ
کلمات کلیدی مطالب

چکیده

هدف از این تحقیق رسیدن به تاثیر آزمون آتش بر روی خواص مکانیکی گلولم های ساخته شده از پنج گونه سوزنی برگ که بوسیله استاندارد آزمایش آتش (CNS 12514) تعیین شده بود. نتایج نشان داده است که

خواص خمش الاستیک گلولم ها با افزایش زمان درمعرض بودن آتش کاهش می یابد.

بعد از آزمایشات آتش روش های ماندگاری مدول الاستیسیته (MOE) و مدول گسیختگی (MOR) در همه گلولم های آزمایش شده بترتیب 92.7-61% و 75.9-42% بودند.سپس با نمونه های آزمایش که در معرض آزمایش نبودند آزمایش شدند،

مقاومت فشاری و مقاومت برشی گلولم های آزمایش شده بعد از اینکه در معرض آتش قرار بگیرند هیچ تفاوت معنی داری دیده نشد.

1.مقدمه

از جمله خواص گلولم بعنوان یک محصول مهندسی شده، مقاومت در برابرآتش بوده که برای ایمنی در برابر آتش مهم است. به طورکلی، فراورده های چوبی با مقطع عرضی پهن تر اسکلت بزرگتری دارند. اگرچه، آتش سطح مقطع عرضی را مانند خواص مکانیکی گلولم حرارت داده شده در نزدیکی آستانه آتشگیری کاهش می دهد. بقایای چوبهای سوخته شده قابلیت تامین بار را تامین می کنند. برای بکارگیری گلولم در طراحی ساختمان، مهم است تا خواص مکانیکی اعضای در معرض قرار گرفته شده با آتش را بدانیم.

تحقیقات بیشماری بر روی طراحی ساختاری آتش در چوب برای ساختمان گلولم و چوبهای سنگین انجام داده اند. روش های سوزاندن با فاکتور برتر برای اجرای ساختار الوارهای سنگین در معرض قرار گرفته شده با آتش در گذشت زمان کشف شده بودند. برای تعیین خواص ایمنی، تغییر پذیری در پایداری آتش باید از بین ملاحظات تغییر پذیری در خواص اعضا کشف صورت پذیرد.(روش نیم سوز کردن ، مقاومت و سفتی ) تغییر پذیری در بار اعمال شده،و تغییرپذیری در سختی. برای اعضای فشرده شده بوسیله خمش در طول آزمون آتش، هنگامی که ظرفیت خمش از حداکثر تجاوز کرد به علت کاهش مدول مقطع شکست رخ می دهد. و همچنین

وقتی که حرارت بالا رفت باعث می شود تا مقاومت اعضا دیرتر کاهش یابد.

 بعلاوه، برای تعیین پایداری آتش در طراحی اعضای گلولم، مهم است روشی را که مقاومت قید با افزایش حرارت از بین رفته و حرارتی را که شکست در همبستگی بین چسب وچوب رخ می دهد را بدانیم.

همچنین در تحقیقات نشان داده شده که مقاومت فشاری با افزایش حرارت کاهش می یابد. Kundson و schniewind مدل خطی ( %(T 0.29-106=P)، که در اینجا P نرخ ماندگاری مقاومت فشاری و T حرارت است) وقتیکه حرارت از 20 به C˚288 برسد را پیشنهاد کرده است. اگر چه، konig و walleij، دو معادله خطی پیشنهاد کرده اند که نرخ ماندگاری مقاومت خمشی را برای دو واریته حرارت پیش بینی می کند، برای مثال بترتیب %(T0.9375-118.8)=P برای درجه حرارت بین 20 تا C˚100 و %(T0.125-37.5)=P برای درجه حرارت بین 100 تا C˚300 پیش بینی شده است. بعلاوه، young و Clancy چهار معادله خطی را پیشنهاد کرده اند که نرخ ماندگاری مقاومت فشاری را برای چهار زمان بدست می آورد، برای مثال بترتیب ،   %(T0.75-115)=P برای درجه حرارت بین 20 تا C˚100 ، %(T8-760-)=P برای درجه حرارت بین 100 تا C˚110 ، %(T0.444-1168.9)=P برای درجه حرارت بین 110 تا C ˚ 200  ، و %(T  0.8-240)=P برای درجه حرارت بین 200 تا C˚250 را بدست آورده است.

برای پیش بینی بهتر نرخ ماندگاری zelland دو معادله خطی را قبل از تجدیدنظر که در تحقیقات بالا نشان داده شده است را پیشنهاد کرده است، برای مثال بترتیب، %(T0.75-115)=P برای دمای بین 20 تا C˚ 100 و %(T0.2-60)=P برای دمای بین 100 تا C˚ 300 بدست آورده است.

در تحقیق قبلی ، توزیع حرارت در گلولم، عمق سوزاندن ، و سرعت سوزاندن گلولم در طول تماس با آتش مورد بررسی قرار گرفت. هدف از تحقیق ارائه شده بدست آوردن اثرات آزمون آتش بر روی خواص مکانیکی گلولم های ساخته شده از پنج گونه سوزنی برگ که همچنین توسط استاندارد آزمایش آتش (CNS 12514) محاسبه می شود، است. مقاومت های خمشی، فشاری و برشی گلولم های آزمایش شده قبل از آزمون آتش استاندارد محاسبه شده بودند. این نتایج می توانند اطلاعاتی برای تعیین کاربرد گلولم ها در طراحی ساختمان باشند.

2. مواد و روش ها

2.1. گلولم های آزمایش شده

پنج سوزنی برگ ( مقدار رطوبت میانگین %12.1-11.9) نظر به اینکه درمواد ساختمانی در تایوان به طور مشترک استفاده شده است از این قرار می باشند: سرو ژاپنی(cryptomeria japonica)، سدر تایوانی(Taiwania cryptomeria)، صنوبر چینی(cunninghamia lanceolate)، دوگلاس فر(pseudofsuga menziesii) وکاج جنوبی(pinus spp) برای این تحقیق انتخاب شده بودند.

لایه هایی که آزمایش شده بودند دارای ابعاد زیر بودند: (پهنا)mm190×(ضخامت)mm38×(طول)mm1800 و

 (پهنا)mm140× (ضخامت)mm38×(طول)mm1800 بودند. هر گلولم از هفت لایه ساخته شده بود.(شکل 1).

 

 در طی عملیات ساخت، رزین رزورسینول(RF) به میزان kg/m2 250 و با فشار Mpa0.98 و با استفاده از روش فراکانس رادیویی اعمال شده بود. خواص آزمون آتش در گلولم ها ( گروه F8) با مقطع عرضی (ارتفاع)mm266×(پهنا)mm190 با آزمون آتش 30، 45 و 60 دقیقه تعیین شده بودند و گلولم های (گروهF6) با یک مقطع عرضی (ارتفاع)mm266×(پهنا)mm140 با آزمونهای آتش 30 و 45 دقیقه تعیین شده بودند.

نمونه های گلولم در یک محیط کنترل شده که حرارت c˚3±20 و رطوبت نسبی %5±65 داشتند برای مدت زمان 5هفته (بطوریکه نمونه ها دارای مقدار رطوبت نسبی در حدود %12 بودند) بیش از آنکه نمونه های برای آزمایش جابجا شده باشند، قرار گرفته بودند.

2.2. آزمایشات آزمون آتش

اعضای تیرگلولم در یک آزمایشگاه تناسب در کوره مطابق با استاندارد CNS12514 آزمایش شده بودند. کوره آزمایشگاه با مقیاس قابل تغییر یک در یک که با آزمایش عناصر ساختاری ساختمان با حداقل حجم نمونه mm900 طراحی شده بودند، بود. گلولم با یک گیره محکم نگاهداشته شده بود و در یک حالت عمودی قرار گرفته بود. گلولم بر روی 3 قسمت( پایین و دو قسمت افقی ) با آتش از گاز پروپان در معرض قرار گرفته بودند. حرارت گرمایی داخل کوره بوسیله تعدیل مقدار گاز و هوا کنترل می شود. مطابق با منحنی زمان حرارت همچنین توسط استاندارد مورد نیاز است.

پس از 5، 10، 30، 45 و 60 دقیقه گرما، حرارتهای گرمایی داخل کوره

 بترتیب 540، 705، 840، 895 و c˚925 بودند.

نمونه های گلولم بصورت طبیعی در داخل کوره ماندند تا سرد شدند. سپس نمونه ها به بیرون کوره انتقال داده شدند و لایه هایی که سوخته شده بودند سطح شان را ساییدند.

2.3. خواص مکانیکی گلولم های آزمایش شده با آزمون آتش

مطابق با ارزیابی تاثیر آزمون آتش برروی خواص مکانیکی گلولم ها در تحقیقمان، یک آزمایش خمش، تست فشار و آزمایش برشی انجام شده بودند. پس از ساییدن لایه های سوخته و اندازه گیری ضخامت و پهنای گلولم های آزمایش شده آزمایش خمش استاتیک که بار در مرکز متمرکز می شود، مطابق با استاندارد CNS11033 صورت می گیرد. در این تحقیقات، سرعت بار میانگین بیشتر از N/min1470 غیرمجاز بوده است . فاصله بین دو تکیه گاه mm1800 بود. مدول الاستیسیته(MOE) و مدول گسیختگی (MOR) باید بصورت ذیل بیان شده باشند:

 

در اینجا؛ (N)PΔ اختلاف حد فوقانی بار و حد پایینی بار در حد نسبی ناحیه است، (mm)Б انحراف نسبت به pΔ ، (mm)L اندازه ،(mm)b پهنای گلولم، (mm)h ارتفاع گلولم و (N)P ماکسیمم بار می باشد.

نرخ های ماندگاری MOE و MOR از فرمول های زیر محاسبه می شود.

 

در اینجا؛ MOR1، MOE1، MOR2 و MOE2 بترتیب مقادیر گلولم آزمایش شده MOE و MOR بدون آزمون آتش و پس از آزمون آتش را نشان می دهد.

برای آزمایش های فشار، مقطع مرکزی گلولم در ابتدا به پنج قسمت مطابق با ارتفاع گلولم تقسیم شده بود و سپس نمونه ها با ابعاد mm30(ضخامت)×mm30(پهنا)×mm60 (طول) بریده شدند(شکل b1).

هر نمونه شامل یک خط چسب بود و در گلولم هایی که ثبت شده بودند قرار گرفتند. آزمایشات فشار موازی با الیاف، مطابق با استاندارد cns453 توسط shimadzu (ژاپن) با دستگاه آزمایش همه کاره نوع UH-10A انجام داده شدند. در اینجا، نمونه در نزدیک انتها و سر پشتیبانی شده و باری در زمینه توسط حرکت دهانه دستگاه آزمایش مکانیکی اعمال می شود. میزان سرعت میانگین در دقیقه 9.80 N/mm2 است. تمام منحنی های شکست از آزمایش فشار بدست آمدند و سپس مقاومت های فشاری نهایی موازی با الیاف (cБ) توسط بار نهایی طبق فرمول زیر محاسبه شدند:

 

در اینجا، (N)P بار فشاری، (mm)b پهنای گلولم و (mm)h ارتفاع گلولم می باشد.

مقاومت برشی با استفاده از 8 نمونه که در دو انتهای گلولم آزمایش شده قرار گرفته بودند مطابق با استاندارد CNS11033 بدست آمدند. ابعاد نمونه ها برای آزمایش برشی در شکل c1 نشان داده شدند. تجهیزات آزمایش برشی با بار موازی محور در سطح برشی استفاده شدند. میانگین سرعت بار در حدود N/min9800 بود. فشاری که برای گسیختن نمونه ها لازم بود بین %85-15 ظرفیت ماشین آزمایش بود. مقاومت برشی توسط فرمول زیر محاسبه می شد:

 

در اینجا، (N)P بار گسیختگی و (mm2)A مساحت خمش لایه است.

3.نتایج و تحلیل

3.1. خواص خمشی گلولم پس از آزمون آتش

جدول 1 خواص خمشی 5 گلولم سوزنی برگ را بعد از آزمون آتش نشان می دهد

. مقادیر MOR و  MOE با افزایش زمان در معرض قرارگیری آتش کاهش یافته است.

بعد از آزمون های آتش، مقادیر MOR تمام گلولم های آزمایش شده از 62.7-48.2(گروه شاهد) به Mpa42.1-21.8(گروه آزمون آتش) رسیده بودند؛

 در حالیکه مقادیر MOE تمام گلولم های آزمایش شده از 7.7-4.1(گروه شاهد) به Gpa6.9-2.5  ( گروه آزمون آتش)رسیده بودند.

 نتایج نشان می دهد که نرخ ماندگاری MOR و MOE تمام گلولم های آزمایش شده در تحقیقمان به ترتیب %92.7-61 و %75.9-42 بودند.

 ازاینرو مقاومت بالای لایه ها برروی قسمت های بالایی ( قسمت فشاری ) و پایینی( قسمت کششی) به علت ساخت مناسب ساختار گلولم با خواص مقاومتی بالا در تحقیق قبلی مان قرار گرفته شد. این ترتیب لایه ها سبب نرخ ماندگاری پایین تر MOR  وMOE  شده بود، زیرا قسمت پایین( مهمترین بخش برای مقاومت) در ابتدای آتش و سپس دو قسمت افقی در طی آزمون آتش CNS 12514، درمعرض قرار گرفتند.

 

 

ارتباط بین نرخ ماندگاری (MOR)MOE و نرخ ماندگاری مساحت مقطع(قدر مطلق مقطع و زمان سکون) ( که از باقیمانده پهنا و ارتفاع گلولم بعد از آزمون آتش محاسبه می شود) توسط فرمول برگشت خطی نشان داده شده در شکل 2، تحلیل می شود.

 

شکل 2. ارتباط بین (a)نرخ ماندگاری MOE و نرخ ماندگاری سطح مقطع، (b) نرخ ماندگاری MOR و نرخ ماندگاری سطح مقطع، (c) نرخ ماندگاری MOE و نرخ ماندگاری ضریب مقطع، (d) نرخ ماندگاری MOR و نرخ ماندگاری ضریب مقطع، (e) نرخ ماندگاری MOE و مقدار نرخ ماندگاری گشتاور اینرسی و (f) نرخ ماندگاری MOR و مقدار نرخ ماندگاری ( گشتاور اینرسی) . نرخ ماندگاری MOE ، در فرمول 4 دیده می شود، نرخ ماندگاری MORدر فرمول 3 دیده می شود ؛ نرخ ماندگاری سطح مقطع ، باقیمانده سطح مقطع ( b×h ، b و h پهنا و ارتفاع را نشان می دهد) گلولم قبل از آزمون آتش سطح مقطع گلولم بعد از آزمون آتش ؛ نرخ ماندگاری ضریب مقطع ، باقیمانده ضریب مقطع (b×h2 /6) گلولم بعد از آزمون آتش / گشتاور اینرسی گلولم بعد از آزمون آتش / مقدار نرخ ماندگاری گشتاور اینرسی ، باقیمانده گشتاور اینرسی (b×h3 /6) گلولم بعد از آزمون آتش / گشتاور اینرسی گلولم قبل از آزمون آتش

 

 نرخ ماندگاری (MOR)MOE با افزایش نرخ مساحت مقطع (قدر مطلق مقطع و زمان سکون)  برای تمام گلولم های آزمایش شده افزایش یافت.

 رابطه شان می تواند توسط فرمول برگشت خطی ثبت شده که ضریب تعیین مقادیر (r2)، بترتیب بین 0.5017-0.4984 نرخ ماندگاری MOE و نرخ ماندگاری مساحت مقطع(قدر مطلق مقطع و زمان سکون) بین 0.7421-0.7177 نرخ ماندگاری MOR و نرخ ماندگاری مساحت مقطع(قدر مطلق مقطع و زمان سکون) بودند.

زمانیکه نرخ ماندگاری MOR و MOE گروه های F8( با سطح مقطع بزرگ) و گروه های F6( با سطح مقطع کوچک) مقایسه می شود، بدیهی است که نرخ ماندگاری MOR و MOE گروه های F8 بالاتر از آنها ییکه در گروه های F6 بودند است.

در تحقیق قبلی مان، درجه حرارت داخل گلولم ها با مقطع کوچک سریعا افزایش یافت زیرا سرعت تبدیل به زغال شدن بالایشان و زمان در معرض قرار گرفتن باآتش افزایش یافته بود. در مقاله AITC، مقاومت بالای نرخ ماندگاری تیرهای چوبی (%75) بعد از اینکه 30 دقیقه در مقایسه با تیرهای فولادی (%10) در معرض با آتش قرار گرفته بودند.

گزارش داده شدند.مشابه این نتایج همچنین در این تحقیق مشاهده شده بود. جدول 1 نشان می دهد که نرخ ماندگاری MOR صنوبر چینی، سدر ژاپنی و تایوانی نمونه های گلولم ( گروه های F8) بعد از اینکه 30 دقیقه در معرض آتش قرار گرفتند، بترتیب 75.9، 71.9 و %75.1 بودند.

 

 

3.2. مقاومت فشاری گلولم بعد از آزمون آتش

جدول2 مقاومت فشاری موازی با الیاف 5 گونه سوزنی برگ را بعد از آزمون های آتش نشان می دهد. مقاومت های فشاری گروه های شاهد در نمونه های گلولم صنوبر چینی، سدر ژاپنی و تایوانی، دوگلاس فر و کاج جنوبی شامل لایه های متفاوت که بترتیب 33.6-32.1 ، 38.8-33، 41-34.3، 42.7-38 و MP33.7-33 بودند.

 بعداز آزمون های آتش نرخ های ماندگاری در مقاومت خمشی تمام گلولم های آزمایش شده 1.-03.8-91.1% بودند. مدل خطی ( %(T0.29-106)=P ) که توسط Kundson  و schniewind پیشنهاد شده بود، بهترین مدلی بود که برای پیش بینی کردن نرخ ماندگاری در مقاومت فشاری در تحقیقمان اشاره شد، استفاده مقادیر درجه حرارت تعیین شده در تحقیق قبلی مان اندازه گیری شده بود.

به طور کلی، مقاومت فشاری با افزایش حرارت کاهش می یابد. اگرچه، تفاوت معناداری در مقاومت فشاری بین گروه های شاهد، گروه های F6 و گروه های F8 پیدا نشده بود. به علت آنکه نمونه های آزمایش شده از مقطع مرکزی گلولم بریده شده بودند و درجه حرارت در مقطع عرضی گلولم به کندی افزایش می یافت و به علت آرایش لایه های زغال شده در آزمون آتش بطور یکنواخت باقی مانده بودند.

 

3.3. مقاومت برشی گلولم بعد از آزمون آتش

جدول 3 مقاومت های برشی 5 گلولم سوزنی برگ بعد از آزمون های آتش را نشان می دهد. مقاومت خمشی نمونه هایی که در لایه میانی گلولم قرار داشتند، مقاومت کمتری از آنهایی که در لایه های پایینی و بالایی قرار داشتند دارا بودند. MOE لایه بالایی بر روی بالا و پایین برای ساخت گلولمی با خواص مکانیکی بهتر قرار داده بودند. مقاومت برشی گروه های شاهد نمونه های گلولم صنوبر چینی،‌سدر ‍اپنی و تایوانی شامل لایه های مختلف بترتیب 7.5-6.7 ، 8.6-8.2 و Mpa7.4-7.9 بودند، زمانیکه کلاس II (Mpa5.3≤ ) مطابق CNS 11031 بودند؛ درحالیکه، مقاومت برشی گروه های شاهد دوگلاس فر و کاج جنوبی که شامل لایه های مختلف بودند بترتیب 9.3-8.5 و Mpa8.3-7.7 بودند، در حالیکه کلاس I (Mpa7.1≤) مطابق استاندارد CNS 11031 بودند.

 بعد از آزمون های آتش، تفاوت معنی داری در مقاومت برشی بین گروه های شاهد ، گروه های F6 و گروه های F8 پیدا نشد. دلیل آن بود که نمونه های آزمایش شده از مقطع عرضی گلولم بریده شده بودند و حرارت درون مقطع مرکزی به کندی افزایش یافته و به علت آرایش لایه ها در طی آزمون های آتش بطور یکنواخت باقی مانده بود.

 Dorn ، egner و dreyer همچنین گزارش دادند که آزمون های آتشی که با تیرهای گلولم متصل شده با رزین های RF و PRF (رزین رزور سینول فرم آلدئید) انجام داده اند نتایجی که از کارخانه در مورد عیب چسب فرستاده شده اند، نشان داده نشده است. از سوی دیگر، دلایلی وجود دارد که رزین های بر پایه اپوکسی حساس به گرما هستند.

 

4. نتیجه گیری

اثرات آزمون آتش برروی خواص مکانیکی گلولم های آزمایش شده از 5 گونه سوزنی برگ همچنانکه به وسیله استاندارد (CNS 12514) تعیین شده بود در این تحقیق بررسی شده بود.

 نتایج نشان داد که

مقادیر MOR و MOE با افزایش زمان در معرض قرار گیری با آتش کاهش می یابند. بعد از آزمون های آتش،‌مقادیر MOR همه گلولم های آزمایش شده از 62.7-48.2( گروه های شاهد) به Mpa42.1-21.8 ( گروه های آزمون آتش) رسیدند(تقلیل یافتند)؛ درحالیکه مقادیر MOE همه گلولم های آزمایش شده از 7.7-4.1 (گروه های شاهد) به Gpa6.9-2.5 (گروه های آزمون آتش) رسیدند.

 نتایج تصریح کرد که نرخ های ماندگاری MOE (%92.8-61) تمام گلولم های آزمایش شده در تحقیق مان بالاتر از نرخ های ماندگاری MOR(%75.9-42) بودند.

مقاومت های فشاری گروه های شاهد نمونه های گلولم صنوبر چینی، سدر ‍اپنی و تایوانی، دوگلاس فر و گاج جنوبی که شامل لایه های مختلف بودند به ترتیب،‌33.6-32.1 ، 38.8-33 ،‌ 41-34.4 ، 32.7-38 و Mpa37.7-33 بودند. بعد از آزمون های آتش، نرخ های ماندگاری در مقاومت های فشاری در تمام گلولم ها % 103-91.1 بودند. تفاوت معنی داری در مقاومت فشاری بین گروه های شاهد، گروه های F6 و گروه های F8 پیدا نشد.

مقاومت برشی گروه های شاهد نمونه های گلولم صنوبر چینی، سدر ‍اپنی و تایوانی که شامل لایه های مختلف بودند بترتیب 7.5-6.7 ، 8.6-8.2 و Mpa7.9-7.4 بودند، که هر کدام در کلاس II(Mpa5.3≤) مطابق استاندارد CNS 11.31 قرار گرفته بودند؛‌در حالیکه،‌مقاومت برشی گروه های شاهد نمونه های دوگلاس فر و کاج جنوبی که دارای لایه های مختلف بودند بترتیب 9.3-8.5 و Mpa8.3-7.7 بودند، که هر کدام در کلاس I (Mpa7.1≤)  مطابق با استاندارد CNS 11031 قرار گرفته بودند.

 بعد از آزمون های آتش، تفاوت معنی داری در مقاومت برشی بین گروه های شاهد،‌گروه F6 و گروه F8 پیدا نشد.

مطالب اخیر:
دوستان من:
کدهای اضافی کاربر :