Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva Analýza vybraných mechanických vlastností konstrukčních materiálů pro dřevostavby Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Dr. Ing. Pavel Král Brno 2009 Vypracoval: Bc. Dalibor Supik
3. CÍL A ZAMĚŘENÍ PRÁCE Cílem této diplomové práce je vyhledat odborné literární zdroje a technické normy týkajících se popisu, fyzikálních a mechanických vlastností konstrukčních materiálů cementotřískových desek tloušťky 18 mm od společnosti CIDEM Hranice, a. s., OSB desek tloušťky 18 mm společnosti Kronospan Jihlava, dále sádrokartonových desek s tloušťkou 18 a 12,5 mm společnosti Rigips a sádrovláknitých desek tloušťky 12,5 mm od společnosti Fermacell Gmbh. Experimentálně provést analýzu hustoty, bobtnání, celkové absorpce vody, hustotního profilu, statické tvrdosti dle Janky, meze pevnosti a modulu pružnosti v ohybu, která bude provedena v souladu s technickými normami a zjištěné výsledky vzájemně statisticky a graficky porovnány mezi sebou, s odbornou literaturou a údaji od výrobců. Součástí práce bude také charakteristika vybraných konstrukčních materiálů s uvedením historického vývoje, způsobu výroby, hlavní požadavky z norem a možnosti využití v dřevostavbách. 12
7.8. Souhrn výsledků Z důvodu rychlejší orientace mezi hodnotami výsledků jednotlivých fyzikálních a mechanických vlastností vybraných konstrukčních materiálů, byla vytvořena souhrnná tabulka Tab. 19, v které je vždy u každé analyzované vlastnosti uvedena hodnota průměru a mediánu. Fyzikální a mechanické vlastnosti konstrukčních materiálů Hustota (kg.m -3 ) Bobtnání (%) Celková absorpce vody (%) Mez pevnosti v ohybu (MPa) Tvrdost (MPa) Modul pružnosti v ohybu (MPa) Souhrnná tabulka výsledků analýz vybraných vlastností Druh materiálu Statistická Tloušťka 18 mm analýza 2 hodiny 24 hodin 2 hodiny Podélný směr Příčný směr Podélný směr Tloušťka 12,5 mm CTD OSB SKD SKD SVD Průměr 1355,29 581,82 811,14 688,22 1155,63 Medián 1350,42 577,7 812,09 689,42 1159,84 Průměr 0,62 8,75 4,29 6,82 5,19 Medián 0,44 9,98 4,16 6,79 5,08 Průměr 0,67 19,45 Medián 0,55 20,89 Průměr 9,02 34,17 48,58 62,78 29,57 Medián 9,11 34,25 48,6 62,84 29,42 Průměr 57,53 33,09 15,97 10,81 31,52 Medián 55,93 32,04 15,94 10,81 31,51 Průměr 9,45 24 4,28 5,86 5,63 Medián 9,56 24,04 4,22 5,88 5,6 Průměr 16,42 2,06 2,2 Medián 16,14 2,01 2,25 Průměr 8086,66 4981,58 3124,28 2564,77 4117,55 Medián 8241,06 4880,77 3148,2 2578,42 4104,69 Průměr 2625,27 3001,28 2172,27 Příčný směr Medián 2620,42 3025,2 2188,37 Tab. 19: Souhrnná tabulka výsledků vybraných fyzikálních a mechanických vlastností konstrukčních materiálů 84
9. ZÁVĚR Hlavním cílem práce bylo analyzovat vybrané vlastnosti konstrukčních materiálů pro dřevostavby. V první části práce jsou uvedené dosavadní poznatky o vybraných materiálech z odborné literatury a podkladů největších výrobců. Jednotlivé zkoušky zkoumaných vlastností desek hustoty, hustotní profil, bobtnání a celková absorpce vody po 2 (24) hodinách máčení ve vodě, pevnost a modul pružnosti v ohybu a statická tvrdost byly provedeny na základě platných harmonizovaných norem. Nedílnou a důležitou částí práce, je také statistické vyhodnocení získaných dat, které je popsáno v metodice a výsledky uvedeny v experimentální části této práce. Při měření hustoty, byly naměřeny nejvyšší hodnoty u cementotřískových desek 1355,29 kg.m -3 (18 mm) a nejnižší hodnoty u OSB desek 581,82 kg.m -3 (18 mm). Analýzou hustotního profilu pomocí Roentgenova záření bylo zjištěno, že desky vykazují strmý i plochý hustotní profil, což vyhovuje jejich požadavkům na použití. Velikost tloušťkového bobtnání pro cementotřískové desky (18 mm) dosahovalo velmi příznivých hodnot 0,62 % (2 hodiny), 0,67 % (24 hodin) a vysokých hodnot 8,75 % (2 hod.), 19,45 % (24 hod.) u OSB desek tloušťky 18 mm. Nejvyšší hodnoty celkové absorpce vody byly analyzovány pro sádrokartonové desky tloušťky 18 mm 48,58 % a 12,5 mm 62,78 %. Naproti tomu, nejnižších hodnot dosahovaly cementotřískové desky (18 mm) ve výši 9,02 %. Statická tvrdost podle Janky s nejvyšší průměrnou hodnotou 57,53 MPa, byla naměřena pro cementotřískové desky (18 mm). Velice nízké hodnoty tvrdosti 10,81 MPa dosahovaly sádrokartonové desky (12,5 mm). Vysoká mez pevnosti v ohybu v podélném směru 24 MPa a příčném směru 16,42 MPa OSB desek (18mm), byla způsobena hustotním profilem (viz. Diskuse). Především díky rozložení hustoty v průřezu sádrokartonových desek tloušťky 18 mm, byly analyzovány velice nízké výsledky meze pevnosti, jak v podélném 4,28 MPa, tak příčném směru 2,06 MPa. Mezi vybrané vlastnosti byl zařazen i modul pružnosti v ohybu, který byl s nejvyšší průměrnou hodnotou 8086,66 MPa naměřen u cementotřískových desek (18 mm). Naproti tomu nízkých hodnot dosahovaly sádrokartonové desky tloušťky 12,5 mm, 2564,77 MPa (podélný směr) a 2172,27 MPa (příčný směr), tyto nízké hodnoty byly způsobeny nižší hustotou a plochým hustotním profilem (viz. Diskuse). Všechny zjištěné průměrné hodnoty fyzikálních i mechanických vlastností konstrukčních materiálů pro dřevostavby, byly v souladu s požadavky, které jsou předepsány v příslušných technických normách. 90
Zjištěné vlastnosti určují použití jednotlivých konstrukčních materiálů. Díky své dobré materiálové struktuře, která způsobuje nízké hodnoty tloušťkového bobtnání a celkové absorpce vody, předurčuje použití cementotřískových desek ve fasádních odvětrávaných systémech. Které chrání obvodové konstrukce před povětrnostními vlivy. Také díky dobrým dosaženým akustickým hodnotám a ochranou proti ohni, se cementotřískové desky s výhodou používají ve skladbě stropů, podlah a protipožární obklady konstrukčních materiálů s nízkou odolností vůči požáru. Pevnost v ohybu, vysoká tvrdost a hustota předurčuje použití cementotřískových desek ve stropních a podlahových konstrukcích. OSB desky dosahují vysokých hodnot meze pevnosti v ohybu jak v podélném směru, tak příčném směru, díky těmto příznivým vysokým hodnotám jsou OSB desky využívány pro vnější stěny, kde plní výztužnou funkci. Ovšem za předpokladu bez vystavení působení vlhkosti, kvůli vysokému tloušťkovému bobtnání a absorpci vody. Sádrovláknité desky mají proti sádrokartonovým deskám výhody především ve vysoké hustotě, lepších akustických parametrech, nižší hodnoty tloušťkového bobtnání a celkové absorpce vody a hlavně izotropním charakterem mechanických vlastností. Sádrovláknité desky se mohou používat jako pro nenosné, tak i nosné účely s vyšší odolností proti proražení. Také při použití v interiéru mají SVD vysokou únosnost zavěšených předmětů. Naproti tomu sádrokartonové desky příznivě ovlivňují mikroklima v interiéru (redukují vzdušnou vlhkost pomocí makropórů), dále mají nižší hmotnost a dají se ohýbat za mokra i studena. Tyto vlastnosti předurčují použití sádrokartonových desek do prostor interiérů bez nosné funkce. Pevnost v tahu kolmo na rovinu desky, odolnost vůči vytažení spojovacího prostředku, požární odolnost nebo akustické parametry, tvoří námět na navázání a pokračování v této práci. Z důvodu stále rostoucího zájmu o tyto konstrukční materiály, především pro použití v dřevostavbách, může být tato práce použita jako přehledná databáze hodnot analyzovaných vlastností, a také pro studijní účely. Především z důvodu, stále rostoucích požadavků na tepelně technické vlastnosti, co nejlepší akustické parametry, nízkoenergetickou a jednoduchou výrobu, snadnou a rychlou montáž a ochranu životního prostředí představuje výzkum a vývoj nových typů konstrukčních materiálů velmi perspektivní průmyslový obor. 91