Lämpökäsitellyn kuusen taivutuslujuuden vertailu kahdella eri menetelmällä
Virkkunen, Tuulia (2010)
Virkkunen, Tuulia
Mikkelin ammattikorkeakoulu
2010
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2010052110144
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2010052110144
Tiivistelmä
Tehtävän toimeksiantaja oli Mikkelin ammattikorkeakoulu Oy /YTI – palvelut. Tutkimus liittyi myös Petteri Torniaisen tutkimuksiin SLU: ssa (Svenska Lantsbruk Universitet ja LTU:ssa (Luleå Tekniska Universitet). Tehtävänä työssä oli määrittää lämpökäsitellyn kuusen taivutuslujuutta. Yli 200 ºC:n käsittelylämpötiloissa saadaan puun sään – ja lahonkestoa parannettua olennaisesti.
Tehtävässä verrataan kahta eri lämpökäsittelymenetelmää. ThermoWood – lämpökäsittelyä käytetään tässä tehtävässä toisena käsittelynä ja WTT – lämpökäsittelyä toisena. Käsittelylämpötilat ovat ThermoWoodissa 212 ºC ja WTT:ssä 170 ºC. WTT – lämpökäsittely on varsin uusi keksintö. Sitä on kehitelty Tanskassa viime vuosina.
Tutkimuksessa käytettiin kahta eri kuusierää. Tammikuussa WTT – käsitelty kuusimateriaali noudettiin Ruotsista helmikuussa 2010. Erässä oli mukana myös vastaavat vertailukappaleet. WTT – käsittely ylipaineessa (alipaineistettu) teräksisessä paineastiassa oli suoritettu tammikuussa. ThermoWood – käsitelty sahatavara ostettiin Puukeskukselta. Myös tässä koe-erässä oli mukana vastaavat vertailukappaleet. ThermoWood – lämpökäsittely suoritettiin maaliskuussa Mikkelin Salonsaaressa (YTI). Lämpökäsittelyuunina oli Nardi ja uunin ohjaustekniikkana Tekma. Taivutuskappaleiden dimensiot olivat 20mm x 20mm x 400mm. Taivutustestaukset suoritettiin huhtikuussa Mikkelin ammattikorkea-koulussa. Taivutuslaitteena käytettiin Shimadzu – aineenkoestuskonetta. Testikappaleiden valmistuksessa käytettiin Mamk:n puuntyöstölaitteita. Värianalyysilaitteena oli Minolta Chroma meter CR-210. Punnituksessa käytettiin Sartorius BP 3100P(ISO 9001) – vaakaa. Dimensiokappaleiden määrittämisessä käytettiin Termaks – kuivausuunia. Kosteuksien ja tiheyksien määrityksessä käytettiin laskukaavoja.
Taivutustestauksessa ThermoWood – menetelmällä käsitellyt testikappaleet olivat selvästi parempia lujuudeltaan kuin WTT- käsitellyt (kimmomoduuli: 13124,6 N/mm² / 11454,6 N/mm² ja taivutuslujuus: 66,16 N/mm² / 45,64 N/mm² ). Mamk:n esitutkimusraportissa keväällä 2009 (ThermoWood – käsittely:160 ºC, 180 ºC ja 200 ºC) saatiin samankaltaisia tuloksia. Värianalyysissä tulokset olivat melko yhteneväiset, ainoastaan värin syvyys (c) oli WTT – käsitellyillä kappaleilla tummempi. Kosteudet määriteltiin kaikista tutkimuseristä. Dimensiokappaleet (20mm x 20mm x 50mm)olivat 18 tuntia kuivausuunissa. Kappaleet punnittiin ennen ja jälkeen kuivausuunikäsittelyä (103 ºC). WTT –vertailukappaleiden kosteus oli 7,38 % ja vastaavat ThermoWoodi –koekappaleiden kosteus oli 9,39 %. Kuivauskäsittelyn jälkeen WTT – käsiteltyjen koekappaleiden kosteus oli 6,33 %. Vastaavat ThermoWood – koe-kappaleiden kosteus oli 1,97 %. Muutos WTT – koekappale-erissä oli 1,05 %. Muutos ThermoWood – koekappale-erissä oli 7,42 %. Tiheydet (märkä – ja kuivatiheys) määritettiin kaikista tutkimuseristä. Tutkimustulokset olivat kaikissa erissä melko yhteneväiset. WTT – vertailukappaleiden tuoretiheys oli 0,42 g/cm³ ja kuivatiheys oli 0,39 g/cm³. WTT – käsiteltyjen koekappaleiden tuoretiheys oli 0,42 g/cm³ ja kuivatiheys oli 0,39 g/ cm³. ThermoWood – vertailukappaleiden tuoretiheys oli 0,46 g/cm³ ja kuivatiheys 0,42 g/cm³. ThermoWood – käsiteltyjen koekappaleiden tuoretiheys oli 0,42 g/cm³ ja kuivatiheys oli 0,41 g/cm. Suurin muutos tapahtui ThermoWood – vertailukoekappaleiden tiheyksissä. Sen sijaan ThermoWood – käsiteltyjen koekappaleiden tuore – ja kuivatiheyksien muutos oli pienin.
Koska kuusen lujuusominaisuudet heikkenevät olennaisesti lämpötilan ylittäessä 200 ºC oli oletuksena, että WTT – käsittely (170 ºC) antaisi paremmat tulokset verrattuna ThermoWood – käsittelyyn (212 ºC). Tutkimuksen perusteella kannattaa edelleen käyttää ThermoWood – käsiteltyä puuta, koska kantavissa rakenteissa keskitytään puutavarassa kimmomoduuli – lukuarvoihin. Kimmomoduulien lujuussuhde ThermoWoodin eduksi oli jopa 11,65.
Tehtävässä verrataan kahta eri lämpökäsittelymenetelmää. ThermoWood – lämpökäsittelyä käytetään tässä tehtävässä toisena käsittelynä ja WTT – lämpökäsittelyä toisena. Käsittelylämpötilat ovat ThermoWoodissa 212 ºC ja WTT:ssä 170 ºC. WTT – lämpökäsittely on varsin uusi keksintö. Sitä on kehitelty Tanskassa viime vuosina.
Tutkimuksessa käytettiin kahta eri kuusierää. Tammikuussa WTT – käsitelty kuusimateriaali noudettiin Ruotsista helmikuussa 2010. Erässä oli mukana myös vastaavat vertailukappaleet. WTT – käsittely ylipaineessa (alipaineistettu) teräksisessä paineastiassa oli suoritettu tammikuussa. ThermoWood – käsitelty sahatavara ostettiin Puukeskukselta. Myös tässä koe-erässä oli mukana vastaavat vertailukappaleet. ThermoWood – lämpökäsittely suoritettiin maaliskuussa Mikkelin Salonsaaressa (YTI). Lämpökäsittelyuunina oli Nardi ja uunin ohjaustekniikkana Tekma. Taivutuskappaleiden dimensiot olivat 20mm x 20mm x 400mm. Taivutustestaukset suoritettiin huhtikuussa Mikkelin ammattikorkea-koulussa. Taivutuslaitteena käytettiin Shimadzu – aineenkoestuskonetta. Testikappaleiden valmistuksessa käytettiin Mamk:n puuntyöstölaitteita. Värianalyysilaitteena oli Minolta Chroma meter CR-210. Punnituksessa käytettiin Sartorius BP 3100P(ISO 9001) – vaakaa. Dimensiokappaleiden määrittämisessä käytettiin Termaks – kuivausuunia. Kosteuksien ja tiheyksien määrityksessä käytettiin laskukaavoja.
Taivutustestauksessa ThermoWood – menetelmällä käsitellyt testikappaleet olivat selvästi parempia lujuudeltaan kuin WTT- käsitellyt (kimmomoduuli: 13124,6 N/mm² / 11454,6 N/mm² ja taivutuslujuus: 66,16 N/mm² / 45,64 N/mm² ). Mamk:n esitutkimusraportissa keväällä 2009 (ThermoWood – käsittely:160 ºC, 180 ºC ja 200 ºC) saatiin samankaltaisia tuloksia. Värianalyysissä tulokset olivat melko yhteneväiset, ainoastaan värin syvyys (c) oli WTT – käsitellyillä kappaleilla tummempi. Kosteudet määriteltiin kaikista tutkimuseristä. Dimensiokappaleet (20mm x 20mm x 50mm)olivat 18 tuntia kuivausuunissa. Kappaleet punnittiin ennen ja jälkeen kuivausuunikäsittelyä (103 ºC). WTT –vertailukappaleiden kosteus oli 7,38 % ja vastaavat ThermoWoodi –koekappaleiden kosteus oli 9,39 %. Kuivauskäsittelyn jälkeen WTT – käsiteltyjen koekappaleiden kosteus oli 6,33 %. Vastaavat ThermoWood – koe-kappaleiden kosteus oli 1,97 %. Muutos WTT – koekappale-erissä oli 1,05 %. Muutos ThermoWood – koekappale-erissä oli 7,42 %. Tiheydet (märkä – ja kuivatiheys) määritettiin kaikista tutkimuseristä. Tutkimustulokset olivat kaikissa erissä melko yhteneväiset. WTT – vertailukappaleiden tuoretiheys oli 0,42 g/cm³ ja kuivatiheys oli 0,39 g/cm³. WTT – käsiteltyjen koekappaleiden tuoretiheys oli 0,42 g/cm³ ja kuivatiheys oli 0,39 g/ cm³. ThermoWood – vertailukappaleiden tuoretiheys oli 0,46 g/cm³ ja kuivatiheys 0,42 g/cm³. ThermoWood – käsiteltyjen koekappaleiden tuoretiheys oli 0,42 g/cm³ ja kuivatiheys oli 0,41 g/cm. Suurin muutos tapahtui ThermoWood – vertailukoekappaleiden tiheyksissä. Sen sijaan ThermoWood – käsiteltyjen koekappaleiden tuore – ja kuivatiheyksien muutos oli pienin.
Koska kuusen lujuusominaisuudet heikkenevät olennaisesti lämpötilan ylittäessä 200 ºC oli oletuksena, että WTT – käsittely (170 ºC) antaisi paremmat tulokset verrattuna ThermoWood – käsittelyyn (212 ºC). Tutkimuksen perusteella kannattaa edelleen käyttää ThermoWood – käsiteltyä puuta, koska kantavissa rakenteissa keskitytään puutavarassa kimmomoduuli – lukuarvoihin. Kimmomoduulien lujuussuhde ThermoWoodin eduksi oli jopa 11,65.