UTICAJ RAZMAKA OSLONACA NA SAVOJNU ČVRSTOĆU I MODUL ELASTIČNOSTI QSB I OSB PLOČA NAMENJENIH ZA PRIMENU U GRAĐEVINARSTVU

Transcription

1 UTICAJ RAZMAKA OSLONACA NA SAVOJNU ČVRSTOĆU I MODUL ELASTIČNOSTI QSB I OSB PLOČA NAMENJENIH ZA PRIMENU U GRAĐEVINARSTVU Mlađan Popović, Šumarski fakultet Univerziteta u Beogradu Milanka Điporović-Momčilović, Šumarski fakultet Univerziteta u Beogradu Ivana Gavrilović-Grmuša, Šumarski fakultet Univerziteta u Beogradu Jasmina Popović, Šumarski fakultet Univerziteta u Beogradu Rezime: Na tržištu često nema dovoljno informacija o svojstavima materijala koje su od bitnog značaja za njihovu primenu. Takav je slučaj i sa drvnim pločama od orijentisanog dugačkog (strend) iverja (tipa OSB/3) i ploče iverice tipa P5 (tzv. QSB) koje su namenjene za upotrebu u građevinarstvu kao noseće krovne i podne podloge, kao i u strukturi pregradnih zidova. Podaci o kvalitetu ovih ploča koji se dobijaju ispitivanjem prema standardnim EN metodama često nisu dovoljni za adekvatan izbor ovih ploča za njihovu primenu u praksi. Savojna čvrstoća i modul elastičnosti su mehanička svojstva od najvećeg značaja za praktičnu primenu. U ovom radu su izneti rezultati ispitivanja na savijanje ovih ploča prema standardu EN 31, pri čemu su korišćen standardni (3 mm) i različiti vanstandardni razmaci oslonaca (45, 6, 75 i 9 mm), kako bi se detaljnije sagledala veličina ugiba pri opterećenju. Pri svim ispitivanim razmacima oslonaca, rezultati savojne čvrstoće OSB ploče paralelno sa orijentacijom strend iverja bili su za oko 9-6 % veći u odnosu na poprečni pravac, dok je orijentacija strend iverja imala još veći uticaj na modul elastičnosti jer su rezultati modula bili za oko 46,5-91,6 % veći u paralelnom nego u poprečnom pravcu. QSB ploča, usled nasumične orijentacije iverja u svojoj strukturi, nije pokazala statistički značajne razlike u vredostima savojne čvrstoće i modula elastičnosti u odnosu na osu ploče. Savojna čvrstoća QSB ploče bila je veća nego kod OSB ploče, dok vredosti modula elastičnosti QSB i OSB ploče po paralelnom pravcu nisu pokazali statistički značajnu razliku pri svim ispitivanim razmacima oslonaca. Na osnovu dobijenih podataka merenja ponuđeni su modeli za predviđanje ugiba u odnosu na primenjenu silu i razmak između oslonaca kod oba tipa ispitivanih ploča. Ključne reči: Ploča iverica, QSB, OSB, savojna čvrstoća, modul elastičnosti, ugib Key words: Particleboard, QSB, OSB, bending strength, modul of elasticity, deflection UVOD Savremene ploče na bazi drvnog iverja i drugih vidova drvnih čestica, karakteriše veoma raznovrsna primena, što ih čini nezaobilaznim elementima enterijera stambenih i poslovnih objekata, a takođe se kao građevinski i noseći elementi mogu naći i u velikim tržnim centrima, sportskim halama, muzejima i drugim javnim objektima. Kao inženjerski proizvodi od rekonstituisanog drveta, ploče iverice poseduju manji stepen variranja svojstava u poređenju sa drvnom građom ili furnirskim pločama. Veoma je važno i to što se ove varijacije svojstava mogu smanjiti i kontrolisati pažljivim podešavanjem proizvodnih parametara (Hunt 1976). Upotreba ploča iverica kao građevinskih elemenata (za podove, zidove, krovne konstrukcije i sl.) naglo je porasla sa pojavom ploča od orijentisanog strend iverja (OSB ploča), krajem prošlog veka. Postupak proizvodnje ovih proizvoda u osnovi se zasniva na tehnologiji konvencionalnih ploča iverica, osim što je u određenim segmentima proces prilagođen specifičnostima osnovnog gradivnog materijala, dugačkog iverja predodređenih dimenzija i oblika ("strend" iverje). Rast potražnje za OSB pločama na globalnom tržištu (ploča na bazi drveta) zaostaje jedino za rastom potražnje za MDF pločama (Irle i Barbu 1). 66

2 U novije vreme, sve veću upotrebu u građevinarstvu imaju takozvane QSB ploče iverice. To su u osnovi konvencionalne ploče iverice čija su mehanička svojstva i svojstva otpornosti na vlagu poboljšana upotrebom kvalitetnijeg adheziva, te u načelu pripadaju klasi P5 ploča iverica (SRPS EN 31:11). Skraćenica "QSB" odnosi se isključivo na jedan od njihovih trgovačkih naziva: "kvalitetne građevinske ploče" (quality structural board), što se može posmatrati i kao marketinški potez imajući u vidu da im je primena identična sa klasom OSB/3 ploča (SRPS EN 3:1). Oba ova tipa ploča u standardima su definisana kao "noseće ploče za primenu u vlažnim uslovima", te kao takve imaju značajan uticaj na tržište građevinskih proizvoda, kako u svetu, tako i u Republici Srbiji. Raznovrsnost u pogledu različitih tipova savremenih ploča iverica sa jedne strane predstavlja rezultat unapređenja i inovacija u procesu proizvodnje, sa namerom da se zadovolje specifični zahtevi krajnjih korisnika. Sa druge strane, tehnički zahtevi za kvalitetom ploča iverica postaju sve složeniji. Činjenica da QSB i OSB/3 ploče dele isto polje primene, ali da se po strukturi značajno razlikuju (u odnosu na veličinu i geometriju drvnog iverja), kao i da su im zahtevi za kvalitetom definisani posebnim standardima, često predstavlja problem za krajnje korisnike pri izboru odgovarajućeg proizvoda. Pošto se radi o građevinskim, nosećim pločama, od najvećeg značaja su njihove karakteristike pri opterećenju. Međutim, podaci o savojnoj čvrstoći i modulu elastičnosti dobijeni standardnim metodama često nisu dovoljni za adekvatan izbor ovih ploča za njihovu primenu u praksi. Shodno tome, kao predmet istraživanja u ovom radu izabrane su QSB i OSB/3 ploče prisutne na domaćem tržištu, a sa ciljem da se uporede njihova svojstva kao građevinskih ploča namenjih za upotrebu u vlažnim uslovima. Cilj rada je takođe usmeren i na ispitivanje uticaja razmaka između oslonaca na savojnu čvrstoću i modul elastičnosti pri savijanju kod oba tipa ploča, kao na i praćenju promene ugiba ispitnih epruveta pri različitim nivoima opterećenja. Poznavanje ovih korelacije može povećati sigurnost procene deformacije ploče prilikom upotrebe. Najvažnija mehanička svojstva za ocenu kvaliteta ploča iverica jesu zatezna čvrstoća upravno na ravan ploče (raslojavanje) i savojna čvrstoća (sa modulom elastičnosti pri savijanju). Raslojavanje je svojstvo ploče iverice koje pruža sliku o kvalitetu njenog srednjeg sloja, odnosno o zoni ploče sa najmanjom gustinom; što je na primer od važnosti prilikom montaže gotovih proizvoda uz korišćenje elemenata veze, poput vijaka (Miljković et al. 7). Sa druge strane, savojna čvrstoća je verovatno i najznačajnije mehaničko svojstvo ploče iverice s obzirom na njenu praktičnu primenu kao nosivog elementa, bilo da ona sama ima ulogu nosača ili da je u kombinaciji sa drugim nosivim elementima. Otpor koji epruveta ispitivane ploče iverice pruža dejstvu momenata koncentrisanih, ravnomerno raspoređenih ili kombinovanih sila, koje nastoje da je slome savijanjem, predstavlja napon na savijanje. Ovo je složeni napon koji dalje indukuje napone na pritisak, zatezanje i smicanje u napregnutoj epruveti. Prilikom ispitivanja na savijanje sa tri tačke (dva krajnja oslonca i centralna pritisna greda), deo epruvete bliži napadnoj tački izložen je naponu na pritisak, dok je deo epruvete sa suprotne strane izložen naponu na zatezanje. Između zona pritiska i zatezanja nalazi se neutralna osa. Usled toga, rezultati savojne čvrstoće pružaju sliku kvaliteta spoljnih slojeva ploče iverice. Smatra se da su naprezanja pri savijanju linearno i simetrično raspoređena po debljini ploče i oko neutralne linije. Ova aproksimacija važi samo za izotropne i homogene materijale pa se može primeniti samo na jednoslojnu ivericu (slika 1a). Kod troslojne iverice raspored naprezanja je nešto složeniji jer na prelazu spoljnjih i srednjeg sloja dolazi do oštrog skoka kao što se može videti na slici 1b (Kollmann 1975). Slika 1. Raspored naprezanja po poprečnom preseku pri savijanju: a) jednoslojna ploča, b) troslojna ploča 67

3 Na savojnu čvrstoću i modul elastičnosti ploča iverica utiču brojni parametri proizvodnje, ali se najčešće izdvajaju gustina ploče, geometrija i orijentisanost iverja i tip adheziva. Pri istoj vrsti drvnog materijala i debljini ploče, povećanje stepena sabijenosti, a time i gustine, dovodi do povećanja savojne čvrstoće i modula elastičnosti ploče (Kelly 1977, Carll i Wang 1983). Raspored gustine po debljini ploče (vertikalni profil gustine), takođe ima značajan uticaj na mehanička svojstva pri savijanju. Imajući u vidu da su naponi pri savijanju najviše izraženi u spoljnim slojevima ploče, samim tim će povećanje gustine spoljnih slojeva uticati na veće vrednosti savojne čvrstoće i modula elastičnosti (Kelly 1977, Xu 1999). Povećanje gustine kod OSB ploča, takođe dovodi do povećanja savojne čvrstoće i modula elastičnosti, što je u većoj meri izraženo u pravcu paralelnom sa orijentacijom strend-iverja (Chen at. al 1). Povećanje dužine i smanjenje debljine iverja imaju značajan efekat na povećanje savojne čvrstoće i modula elastičnosti ploče. Optimalni odnos dužine i debljine iverja (stepen vitkosti) iznosi oko 1, iznad koga dalje povećanje ovog odnosa nema značajniji efekat na povećanje savojne čvrstoće. Takođe, treba imati u vidu da duže iverje omogućuje zadovoljavajuće slepljivanje pri manjem dodatku adheziva (Gertjejansen 1973). Orijentisanost iverja u ploči iverici ili strend-iverja u OSB ploči, naročito u spoljnim slojevima, takođe ima značajan uticaj na mehanička svojstva pri savijanju. Vrednosti savojne čvrstoće i modula elastičnosti u pravcu paralelno sa orijentacijom iverja mogu biti i više nego dvostruko veće u odnosu na poprečni pravac (Geimer 1975, Sumardi et al. 8). Povećanje dodatka veziva u pločama na bazi drveta dovodi do poboljšanja savojne čvrstoće i modula elastičnosti. Kod OSB ploča ovo poboljšanje se odnosi na oba pravca u ploči iako je u nešto većoj meri izraženije u "slabijem" poprečnom pravcu u odnosu na orijentaciju strend-iverja (Generalla et al. 1989). MATERIJAL I METODE Za potrebe ovog istraživanja izabrana je inudstrijska troslojna OSB ploča formata 44 x 1 mm i QSB troslojna ploča formata 5 x 1 mm inostranih proizvođača, uzorkovane metodom slučajnog izbora sa stovarišta domaćih dobavljača. Obe neoplemenjene ploče imale su istu nominalnu debljine od 15 mm. Uzorkovane ploča prerezani su na polovinu svoje dužine, a od tih delova izrezivane su epruvete za određivanje svojstava navedenih u tabeli 1, a prema šemi izrezivanja prikazanoj na slici. Tabela 1. Izabrane metode za ispitivanje svojstava, format i broj epruveta Ispitivano svojstvo Standardna metoda Format epruveta [mm] Broj epruveta Sadržaj vlage SRPS EN 3 5 x 5 4 Gustina a SRPS EN 33 5 x 5 6 Debljinsko bubrenje nakon potapanja u vodu Zatezna čvrstoća upravno na ravan ploče (raslojavanje) SRPS EN x 5 8 SRPS EN x 5 8 Površinska čvrstoća SRPS EN x 5 8 Modul elastičnosti pri savijanju i savojna čvrstoća SRPS EN x 5 b 8 x 5 b 65 x 5 b 5 x 5 b 35 x 5 a Uzorci korišćeni za ispitivanje zatezne čvrstoće prethodno su iskorišćeni za ispitivanje zapreminske mase; b Nestandardne dužine epruveta

4 Slika. Šema izrezivanja epruveta iz ploča Epruvete su nakon izrezivanja kondicionisane do konstantne mase u atmosferi srednje relativne vlažnosti 65 ±5 % i temperaturi od ± C. ODREĐIVANJE SAVOJNE ČVRSTOĆE I MODULA ELASTIČNOSTI Savojna čvrstoća (σ s ) i modul elastičnosti pri savijanju (E s ) za svaku epruvetu računati su prema formulama 1 i, respektivno, datim u standardu EN 31: 3 F L bd max S [N/mm ], (1) E S 3 L F4% F1% 3 bd a4% a1% [N/mm ], () 4 gde je: F max - maksimalno opterećenje [N]; L - rastojanje između centara oslonaca [mm]; b - širina epruvete [mm]; d - debljina epruvete [mm]; (F 4% - F 1% ) - porast opterećenja u proporcijalnom delu Hukovog dijagrama [N] (F 1% treba približno da iznosi 1%, a F približno 4% od maksimalnog opterećenja - F max ); (a 4% - a 1% ) - povećanje ugiba na sredini epruvete (što odgovara razlici F 4% - F 1% ) [mm]. Rastojanje između oslonaca prema standardu EN 31 iznosilo je nominalnih debljina ploče (3 mm). Za vanstandardna ispitivanja, rastojanja između oslonaca iznosila su 3d (45 mm), 4d (6 mm), 5d (75 mm) i 6d (9 mm). Brzina delovanja sile podešavana je tako da se lom epruvete odigra u vremenu od 6 ± 3 s i kretala se između 1 i 3 mm/min. 69

5 MODEL ZA PREDVIĐANJE UGIBA U ODNOSU NA RAZMAK OSLONACA I PORAST SILE Pri kreiranju prihvatljivog modela za predviđanje ugiba epruvete pri opterećenju korišćena je višestruka regresiona analiza. Imajući u vidu da su debljina i širina epruvete bili parametri koji se nisu menjali tokom ispitivanja (d, b = const), ugib epruvete je posmatran u funkciji razmaka između oslonaca (L) i sile (F) kojom pritisna letva uređaja deluje na epruvetu (a = f(l,f)). Pod pretpostavkom da anizotropnost ispitivanog materijala može pokazati složenije međudejstvo posmatranih parametara, kao polazni model izabran je polinom trećeg reda. Shodno tome, funkcija za analizu ugiba data je formulom (3), u kojoj koeficijenti k do k 9 predstavljaju parametre regresione analize. a k (3) 3 3 k1 L k F k3 L k4 L F k5 F k6 L k7 L F k8 L F k9 F ANALIZA REZULTATA U tabeli prikazani su rezultati ispitivanja osnovnih fizičkih i mehaničkih svojstava QSB i OSB, kao i granične vrednosti propisane standardima, odnosno zahtevi za kvalitet za oba tipa ispitivanih ploča. Srednje vrednosti sadržaja vlage kod oba tipa ploča nalaze se u okviru opsega propisanog relevantnim standardima (OSB: EN 3 - OSB/3 i QSB: EN 31 - P5). Međutim, OSB ploča ima niži sadržaj vlage u odnosu na QSB ploču te se može očekivati i uticaj ovog parametra na mehanička svojstva ispitivanih ploča. Srednja vrednost debljinskog bubrenja OSB ploče nalazi se iznad maksimalno dozvoljene granice od 15%, propisane za klasu OSB/3 ploča, dok je kod QSB ploče značajno niža od makismalno dozvoljenih 1 % (tabela ). QSB ploča pokazala je dvostruko veću srednju vrednost zatezne čvrstoće poprečno na ravan ploče (raslojavanje), u odnosu na OSB ploču. Relativno sitnija frakcija iverja od koje je izrađena QSB ploča pruža veću aktivnu površinu lepljenja, što je zajedno sa većim dodatkom veziva uticalo na ostvarivanje jačih adhezivnih veza između iverja. Ipak, bez obzira na značajne razlike u zateznoj čvrstoći, obe ispitane ploče zadovoljile su zahteve odgovarajućih standarda po pitanju ovog svojstva (tabela ). Tabela. Rezultati osnovnih fizičkih i mehaničkih svojstava QSB i OSB ploče iverice OSB3 QSB (P5) R. br. Svojstvo Srednja vrednost ( ± st. dev.) EN 3:6 Srednja vrednost ( ± st. dev.) EN 31:1 1. Sadržaj vlage (%) 6,79 ±,89-1 7,7 ±, Gustina (kg/m 3 ) 567 ± 4,8 ± 15 % 755 ± 7,7 ± 1 % 3. Debljinsko bubrenje (%) 16,3 ± 1,57 max. 15 4,85 ±,87 max Čvrstoća na raslojavanje (N/mm ),45 ±,8 min.,3 1,3 ±,8 min.,45 5. Površinska čvrstoća (N/mm ),86 ±,14 / 1,7 ±,31 / 6. Savojna čvrstoća (N/mm ) 7. Modul elastičnosti (N/mm ) ǁ,71 ±,94 min. 11,96 ± 1,73 min. 1 ǁ 361 ± 75 min ± 1 min.14,73 ± 1,63 min ± 161 min. 4 7

6 Dobijene vredosti gustine OSB ploče nalaze se u opsegu od 5 do 6 kg/m 3 (tabela ) što je karakteristično za ovaj tip ploča s obzirom da se najčešće proizvode od drveta četinarskih vrsta (smrča, jela, bor), kao što je i u ovom slučaju. Gustina ispitivane QSB ploča je značajno veća u odnosu na OSB ploču iste debljine, usled ne samo veće polazne gustine drvnog iverja (uglavnom lišćarskog porekla), već i zbog većeg dodatka veziva (u proseku 18-1%). Variranje srednje gustine bilo je nešto veća kod OSB ploče, što je posledica otežanog pakovanja strend iverja, usled njegove veličine, tokom procesa formiranja tepiha. Uočene varijacije gustine u OSB ploči ipak su manje od ± 15%-tne tolerancije koju dozvoljava standard EN 3. S obzirom da gustina ima veliki uticaj na mehanička svojstva ploča iverica, na slici prikazane su srednje vrednosti gustina grupa epruveta za ispitivanje savojne čvrstoće pri različitim razmacima oslonaca OSB i QSB ploča, a u tabeli 3 rezultati statističke analize (ANOVA) ovih rezultata. Poređenjem vrednosti gustina različitih grupa epruveta ustanovljeno je da, u okviru istog pravca rezanja unutar ispitivanih ploča nema statistički značajnih razlika u vrednostima gustina između grupa epruveta za ispitivanje savojne čvrstoće pri različitim razmacima oslonaca (tabela 3). Stoga, može se smatrati da gustina pojedinačnih epruveta unutar istog pravca jedne ploče neće značajno uticati na rezultate merenja savojne čvrstoće i modula elastičnosti kod ovih ploča. Gustina ploče, kg/m OSB Paralelno Upravno Gustina ploče, kg/m QSB Razmak oslonaca, mm Razmak oslonaca, mm Slika. Prosečna gustina ispitanih epruveta OSB i QSB ploča iverica Međutim, grupe epruveta rezane u različitim pravcima OSB ploče pokazuju razlike u vrednostima gustine koje su statistički značajne (tabela 3), što može imati uticaja na vrednosti čvrstoće i modula elstičnosti pri savijanju. Tabela 3. Rezultati statistička analize gustine između testiranih grupa epruveta OSB i QSB ploča iverica (ANOVA) F P-value F crit OSB upr OSB par OSB upr/par E-6.98* QSB *postoji statistička razlika za nivo značajnosti =.5 Površinska čvrstoća predstavlja kvalitet vezivanja između čestica površinskog sloja ploče i sloja ispod površinskog. Skoro duplo veće vrednosti ovog svojstva zabeležene su kod QSB ploče (1,7 N/mm ), u odnosu na OSB ploču (,86 N/mm ). Ovo je posledica takođe većeg dodatka veziva u QSB ploči, ali i homogenije strukture njenih spoljnih slojeva formiranih usled boljeg pakovanja sitnijeg iverja u odnosu na strend iverje u OSB ploči (slika 3). 71

7 Iz ovih razloga, opravdano je očekivati da će veća površinska čvrstoća QSB ploče rezultirati većim vrednostima savojne čvrstoće i modula elastičnosti, imajući u vidu da spoljni slojevi trpe najveća naprezanja pri savijanju (Kelly 1977, Xu 1999). Ova pretpostavka potvrđena je većim vrednostima savojne čvrstoće QSB ploče u odnosu na OSB ploču u oba pravca ispitivanja. Vrednosti savojne čvrstoće QSB ploče u odnosu na njenu osu nisu pokazale statistički značajne razlike, iako postoji preferencijalna orijentacija iverja u pravcu formiranja ploče. Međutim orijentacija strend iverija u podužnom pravcu u spoljnim slojevima OSB ploče uslovila je približno dvostruko veće vrednosti savojne čvrstoće i modula elastičnosti u odnosu na poprečni pravac. Uočeno je da su obe ploče zadovoljile zahteve odgovarajućih standarda u pogledu savojne čvrstoće i modula elastičnosti (OSB: EN 3 - OSB/3 i QSB: EN 31 - P5). Slika 3. Uporedni prikaz izgleda površine kosog reza kod OSB i QSB ploče iverice UTICAJ RAZMAK OSLONACA NA SAVOJNU ČVRSTOĆU I MODUL ELASTIČNOSTI Na slici 4, prikazane su srednje vrednosti savojne čvrstoće obe ispitivane ploče (OSB i QSB) u zavisnosti od rastojanja oslonaca. Kod OSB ploče rezultati su posebno prikazani za epruvete u pravcu orijentacije strend iverja i epruvete koje su imale poprečan položaj na orijentaciju iverja (paralelno i poprečno na uzdužnu osu ploče), dok su rezultati QSB ploče prikazani kao ukupna srednja vrednost za oba položaja epruveta u uzorku, usled toga što nije uočena statistički značajna razlika u odnosu na položaj. Usled manje homogene strukture, kod OSB ploče uočava se nešto veća standardna devijacija rezultata savojne čvrstoće i to u oba pravca ispitivanja. Takođe, jasno se vidi da QSB ploča ima veće vredosti savojne čvrstoće pri svim razamacima oslonaca. 7

8 5 OSB... OSB... QSB Savojna čvrstoća (N/mm ) Razmak oslonaca (mm) Slika 4. Savojna čvrstoća u zavisnosti od raspona slonaca kod OSB i QSB ploče iverice Na slici 4 takođe se može uočiti da savojna čvrstoća QSB ploče ima trend opadanja sa povećanjem razmaka oslonaca, što je i očekivano imajući u vidu da je trend opadanja sile pri lomu epruveta izražen u mnogo većoj meri, naročito u opsegu razmaka oslonaca do 6 mm (slika 5). Sila loma (N) QSB Sila loma Savojna čvrstoća y =.1x.66x R² =.996 y = 5E 6x.11x R² = Razmak oslonaca (mm) Savojna čvrstoća (N/mm) Slika 5. Uticaj razmaka oslonaca na silu loma i savojnu čvrstoću kod QSB ploče Kod obe ispitivane ploče utvrđena je međusobna zavisnost između maksimalne sile pri lomu i rastojanja između oslonaca. Na slici 6 jasno se uočava da maksimalna sila pri savijanju opada sa porastom razmaka oslonaca kod oba tipa ploča. Trend opadanja maksimalne sile kod QSB ploče veoma je sličan sa trendom kod OSB ploče. Nagli pad sile loma odigrava se pri promeni rastojanja oslonaca sa 3 na 45 mm, dok dalje povećanje razmaka oslonaca takođe utiče na smanjenje maksimalne sile, ali u manjoj meri. 73

9 7 OSB... OSB... QSB 6 Sila loma (N) Razmak oslonaca (mm) Slika 6. Sila zabeležena pri lomu epruvete u zavisnosti od razmaka oslonaca kod OSB i QSB ploče iverice Modul elastičnosti kod ispitivanih ploča nije pokazao očekivani trend opadanja u zavisnosti od raspona oslonaca (slika 7). Međutim, kao i u slučaju savojne čvrstoće primećena je očekivana razlika u vrednostima modula elastičnosti kod OSB ploče u odnosu na pravac orijentacije strend iverja. Modul elastičnosti (N/mm ) Razmak oslonaca (mm) OSB... OSB... QSB Slika 7. Modul elastičnosti u zavisnosti od rastojanja između slonaca kod OSB i QSB ploče Za paralelni pravac OSB ploče, kao i u slučaju QSB ploče, uočava se optimalni opseg razmaka oslonaca od 45-6 mm, kada vrednosti modula elastičnosti imaju svoj maksimum (365 i 3698 N/mm za OSB, paralelno i 3515 i 3478 N/mm za QSB). Međutim, pri istom opsegu razmaka oslonaca uzorci OSB ploča u propračnom pravcu imali su minimalne vrednosti modula elastičnosti. Predpostavlja se da ovakav trend ponašanja ploča pri savijanju može biti posledica anizotropije materijala u strukturi ploče (drvo-adheziv), složene orijentacije dugačkog strend-iverja u OSB ploči, kao i promene odnosa napona na pritisak i istezanje u materijalu usled promene razmaka oslonaca. Dodatno objašnjenje leži i u brzini prirasta sile tokom ispitivanja, budući da se vodilo računa da se lom u svim slučajevima odigra u približno isto vreme. To znači da je sa porastom rastojanja između oslonaca istovremeno rastao prirast sile, odnosno povećavala se brzina kretanja traverze. Postoji velika verovatnoća da tokom sporijeg prirasta sile dolazi i do relaksacije zaostalih napona. 74

10 UTICAJ RASTOJANJA IZMEĐU OSLONACA I SILE LOMA NA VELIČINU UGIBA Podaci o vrednostima ugiba pri opterećenju na savijanje za ploče koje se koriste u građevinarstvu od bitnog su značaja za njihovu primenu. Na slici 8 dati su primeri zavisnosti ugiba od sile savijanja za oba tipa ispitivanih ploča pri rastojanjima oslonaca od d (3 mm), 3d (45 mm), 4d (6 mm), 5d (75 mm) i 6d (9 mm). Uzorci OSB ploča pokazali su veću otpornost na savijanje u pravcu paralelnom podužnoj osi nego u poprečnom, kod svih raspona oslonaca, a pri istom opterećenju. Ovo je verovatno posledica orijentacije strendova paralelno sa uzdužnom osom ploče. Činjenica da drvna vlakanca koja pružaju veći otpor pri upravnom dejstvu sile savijanja leže u pravcu dužine strendova je razlog ovakvog ponašanja ispitanih uzoraka. U skladu sa tim, najmanji ugib pri maksimalnom opterećenju zabeležen je kod OSB ploče u paralelnom pravcu. OSB ploča u poprečnom pravcu, iako ima za približno 3 do 6 % niže vrednosti sile loma, pokazala je značajno veći ugib pri istom razmaku oslonaca. Takođe je zanimljivo da su vrednosti ugiba OSB ploče u poprečnom (slabijem) pravcu bile veoma slične vrednostima ugiba QSB ploče pri istom razmaku oslonaca. OSB 6 5 d 3d 4d 5d 6d d ll 3d ll 4d ll 5d ll 6d ll QSB 6 5 d 3d 4d 5d 6d 4 4 Sla (N) 3 Sila (N) Ugib (mm) Ugib (mm) Slika 8. Zavisnost ugiba od sile pri različitim razmacima oslonaca tokom opterećenja na savijanje ispitane OSB i QSB ploče REZULTATI REGRESIONE ANALIZE ZA UGIB EPRUVETE Dijagram na slici 9 prikazuje promenu ugiba epruveta kod OSB ploče u odnosu na razamak oslonaca, kao i sile pri savijanju izražene u procentima od maksimalno postignute vrednosti. Isti odnosi za QSB ploču prikazani su na slici 1. 75

11 OSB, paralelno OSB, poprečno a (mm) F/Fmax (%) L (mm) a (mm) F/Fmax (%) L (mm) Slika 9. XYZ dijagram uticaja razmaka oslonaca i procenta maksimalne sile na ugib epruveta OSB ploče, u papalelnom (levo) i poprečnom pravcu (desno) QSB a (mm) F/Fmax (%) L (mm) Slika 1. XYZ dijagram uticaja razmaka oslonaca i procenta maksimalne sile na ugib epruveta QSB ploče Modeli za predviđanje ugiba u odnosu na razmak između oslonaca i primenjenu silu dati su formulama 4, 5 i 6, a grafički su prikazani na slikama 11, 1 i 13, za OSB ploču u paralelnom i poprečnom pravcu, kao i za QSB ploču, respektivno. a a a OSBPAR 6 7,936F 5,71 L,5LF 8,961 L F (4) (R =,997, p <,1) OSBPOP,641L,19L,5LF 1,41 L F 4,81 LF 1,71 L (5) (R =,995, p =,) 6 7 OSBPOP,16185L,99F,81LF 1,891 L F 6,8951 LF (6) (R =,997, p <,1) 76

12 Koeficijenti determinacije, odnosno vrednosti R, za sva tri navedena statistička modela za predviđanje ugiba epruvete, pokazuju veoma visoke vrednosti (,995 do,997). Takođe, sve promenljive u ovim modelima statistički su značajne na nivou od α =,5. Kako se u regresionoj analizi pošlo od polinoma trećeg reda (3), najmanji broj nezavisnih promenljivih zadovoljio je model za predviđanje ugiba kod OSB ploče u paralelnom pravcu. Činjenica da su u ovom slučaju zabeleženi najmanje vrednosti ugiba epruvete pri lomu, za sve korišćene razmake oslonaca, predstavlja jedno od objašenjenja. 6 5 OSB, paralelno L1 = 3 mm L1 eksp Ugib (mm) 4 3 L = 6 mm L eksp L3 = 9 mm L3 eksp Sila (N) Slika 11. Predviđeni ugib OSB ploče u paralelnom pravcu u zavisnosti od sile pri savijanju i za različite razmake oslonaca, a u odnosu na vrednosti dobijene eksperimentom Ugib (mm) OSB, poprečno L1 = 3 mm L1 eksp L = 6 mm L eksp L3 = 9 mm L3 eksp Sila (N) Slika 1. Predviđeni ugib OSB ploče u poprečnom pravcu u zavisnosti od sile pri savijanju i za različite razmake oslonaca, a u odnosu na vrednosti dobijene eksperimentom 77

13 Ugib (mm) QSB L1 = 3 mm L1 eksp L = 6 mm L eksp L3 = 9 mm L3 eksp Sila (N) Slika 13. Predviđeni ugib QSB ploče u zavisnosti od sile pri savijanju i za različite razmake oslonaca, a u odnosu na vrednosti dobijene eksperimentom ZAKLJUČAK Prema rezultatima dobijenim u ovom radu mogu se izvesti sledeći zaključci: Vrednosti savojne čvrstoće i modula elastičnosti QSB ploče ne pokazuju razlike u zavisnosti od paralelne ili poprečene orijentacije epruveta u ploči, dok kod OSB ploče položaj epruveta značajno utiče na na vrednosti ispitivanih svojstava. Ove razlike u svojstvima na savijanje OSB ploče posledica su orijentacija strend iverja. Pri istim razmacima oslonaca vrednosti savojne čvrstoće QSB ploče bile su veće u poređenju sa vrednostima kod OSB ploče, što je naročito izraženo kod poprečno orijentisanih epruveta. Vrednosti modula elastičnosti bile su najveće kod OSB ploče u pravcu paralelnom sa uzdužnom osom ploče, a nešto manje kod QSB ploče pri svim ispitivanim razmacima oslonaca. Najmanje vrednosti modula elastičnosti zabeležene su kod OSB ploče u poprečnom pravcu. Imajući u vidu veće i uniformnije vrednosti savojne čvrstoće, QSB ploče su pogodnije za primenu u konstrukcijama. Povećanje razmaka oslonaca od 3 do 9 mm, pri konstantnom poprečnom preseku uzorka, uticalo je na smanjene savojne čvrstoće ploče iverice od orijentisanog iverja (OSB) u pravcu paralelnom sa uzdužnom osom ploče, kao i u poprečnom pravcu osim pri razmaku od 75 mm. Takođe, savojna čvrstoća kvalitetne građevinske ploče iverice (QSB) opadala je pri istom povećanju razmaka oslonaca. U pogledu modula elastičnosti, optimalni opseg razmaka oslonaca, pri kome su vrednosti modula elastičnosti imale svoje maksimum, kod OSB ploče u paralelnom pravcu i kod QSB ploče iznosio je 45-6 mm. Pri istom opsegu razmaka oslonaca, modul elastičnosti OSB ploče u poprečnom pravcu imao je minimalne vrednosti. Kao što je očekivano, sila loma pri savijanju (F max ) opada sa povećanjem razmaka između oslonaca. Na osnovu podataka zabeleženih tokom ispitivanja na savijanje QSB ploče, kao i OSB ploče u paralelnom i poprečnom pravcu, razvijeni su modeli za predviđanje ugiba u zavisnosti od razmaka između oslonaca i primenjene sile. Ovi modeli se mogu pokazati korisnim u izboru ovih ploča za konkretnu primenu. 78

14 LITERATURA Charles G. Carll C.G., Wang P. (1983) Data for Prediction of Mechanical Properties of Aspen Flakeboards, Research Note FPL-46, U.S. Department Of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, Madison, Wisconsin, SAD Chen S., Du C., Wellwood R. (1) Efects of Panel Density on Major Propertis of Oriented Strandboard, Wood and Fiber Science, 4 () Geimer R. L., Montrey H. M., Lehmann W. F. (1975) Effects of Layer Characteristics on the Properties of Three-layer Particleboards, Forest Products Journal 5 (3) 19-9 Generalla N.C., Biblis E.J., Carino H.F. (1989) Effect of Two Resin Levels on the Properties of Commercial Southern OSB, Forest Products Journal, 39 (6) Gertjejansen, R., Hyvarinen. M., Haygreen. K., French D. (1973) Physical Properties of Phenolic Bonded Wafer-type Particleboard from Mixtures of Aspen, Paper Birch and Tamarack, Forest Products Journal, 3 (6) 4-8 Hunt, M.O. (1976) Commentary on Structural Particleboard And Structural Reliability, Forest Products Journal, 6 (1) Irle, M., Barbu, M.C. (1) Wood-Based Panel Technology. U izdanju: Thoemen, H., Irle, M., Sernek, M. Wood-BasedPanels - An Introduction for Specialists. London, England: Brunel University Press. Jin J., Dai C. (1) Characterizing Variability of Commercial Oriented Strandboard: Bending Propertis, Forest Products Journal, 6 (4) Kelly M.W. (1977) Critical Literature Review of Relationships Between Processing Parameters and Physical Properties of Particleboard. General Technical Report, FPL-1, U.S. Department Of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, Madison, Wisconsin, SAD Kollmann F. P., Kuenzi E.W., Stamm A.J. (1975) Principles of Wood Science and Technology. Vol. II Wood Based Materials, Springer-Verlag New York Heidelberg Berlin Miljković J., Popović M., Điporović M.M., Gavrilović I.G. (7) Edge Screw Withdrawal Resistance in Conventional Particleboard and OSB - Influence of the Particles Type, Glasnik Šumarskog Fakulteta, 95, Sumardi I., Kojima Y.; Suzuki S. (8) Effects of Strand Length and Layer Structure on Some Properties of Strandboard made From Bamboo, Journal of Wood Science, 54 () Xu W. (1999) Influence of Vertical Density Distribution on Bending Modulus of Elasticity of Wood Composite Panels: A Theoretical Consideration, Wood and Fiber Science 31 (3)