Liimatut rakenteet pikkutukista

Transkriptio

1 Liimatut rakenteet pikkutukista PUU-ohjelman pienpuupäivä Mikkelissä Henrik Heräjärvi Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

2 Alkuperäiskuva: Panshin & de Zeeuw (1980) Miten pikkutukki poikkeaa järeästä tukista? Kirjallisuus- / teoriatarkastelu Keskimäärin alempi tiheys: lujuus (-), kyllästyvyys (+), sään- ja lahonkesto (-) Suuri osuus nuorpuuta: kutistuma/turpoama (-), muoto- ja mittapysyvyysongelmat (-), lujuusominaisuudet (-) Vähän tai ei ollenkaan sydänpuuta: sään- ja lahonkesto (-), kyllästyvyys (+) Tavallisesti suurempi vuosiluston leveys: ulkonäkö (-), alempi tiheys (-+) Vuosirenkaiden kaarevuussäde: tangentiaalikutistuma (-), ulkonäkö (-+) Vähäinen tai olematon oksattoman pintapuun osuus (-) Alempi sahatavaran saanto tukkikuutiometriä kohti (-) Harvennuspuu ja latvatukit: suuret, elävät oksat (+-)

3 Mitä pikkutukista tehdään? Tässä esityksessä pikkutukilla tarkoitetaan latvaläpimitaltaan alle 140 mm:n sahatukkia Suomessa pikkutukista valmistettavia liimattuja tuotteita: Liimalevyt (huonekalut, ovet, portaat, kiintokalusteet, vähittäismyynti) Koristepilarit (esim. verhoilutolpat) Rakenteelliset pilarit ja palkit Kuva: Kuva: Kuva: Pääosin mäntyä Kuusta ja mäntyä Kuusi/mänty 80/20 %

4 Muita pienpuutuotemahdollisuuksia Kuvat: 1: Tapio Ala-Soini 2-5: Henrik Heräjärvi

5 Pienten liimapalkkien rakenne vs. taivutusominaisuudet? Heikkilä & Heräjärvi (2008)* tutkivat kahdeksalla eri tavalla kuusesta valmistetun 2200 mm pitkän kakkosnelosen jäykkyyttä ja lujuutta (EN 408**) 95 mm A E 45 mm B F C G D H * Heikkilä, K. & Heräjärvi, H Stiffness and strength of 45x95 mm beams glued from Norway spruce using 8 different structural models. In: Gard, W.F. & van de Kuilen, J.W.G. (eds.). End user's needs for wood material and products. Proceedings of COST E53 conference, 29th-30th October 2008, Delft, The Netherlands. Delft University of Technology, p ** Suomen Standardoimisliitto SFS SFS-EN 408. Puurakenteet. Rakenteellinen sahatavara ja liimapuu. Aineellisten ja mekaanisten ominaisuuksien määrittäminen. 31 s

6 Tulokset, taivutuskoekappaletta per rakennemalli Rakennemalli Keskiarvo (keskihajonta) Min Max Keskiarvo (keskihajonta) Min Max MOE, GPa MOR, MPa A 13,19 (1,67) 10,51 16,19 55,7 (9,9) 32,6 70,4 B 13,25 (1,75) 9,78 16,01 54,3 (10,9) 37,1 78,3 C 12,58 (2,12) 8,06 17,36 49,1 (12,1) 27,1 72,1 D 13,25 (1,91) 9,58 17,47 52,0 (8,2) 32,6 64,6 E 13,01 (1,93) 8,75 16,98 51,8 (12,7) 22,4 76,2 F 12,93 (1,94) 9,18 16,13 51,2 (11,9) 29,9 70,6 G 13,32 (2,08) 8,89 17,98 54,5 (12,0) 32,9 75,2 H (massiivi) 15,24 (2,60) 10,42 20,41 65,3 (14,8) 36,2 104,6 Pienen 45x95 mm palkin valmistustapa/rakenne ei juurikaan vaikuta sen taivutusominaisuuksiin, mutta liimatuilla rakenteilla äärivaihtelut pienenevät => Pienpuusta saatava sahatavara on kilpailukykyistä raaka-ainetta pienten liimapalkkien valmistukseen (Huom. tulosten vaihteluväli)

7 Järeitä liimapalkkeja pienpuusta? Tuloksia taivutuskokeista Tutkimusyhteistyö Lameco LHT Oy:n kanssa Palkkimaisten tuotteiden vertailu, kun raaka-aineena on käytetty järeätä tukkia ja pikkutukkia Kimmokerroin, murtolujuus Tässä esityksessä tulokset raportoidaan suhteellisina eroina ja yleisen tason johtopäätöksinä Julkisia tutkimusraportteja aiheesta ei vielä saatavilla

8 Aineistot UUMAT (sisälamellit) Palkkien uumassa käytetty sahatavara peräisin kuudelta leimikolta, joista viisi oli varttuneita kasvatusmetsiköitä ja yksi uudistuskypsä metsikkö Aineisto kerättiin tammikuussa 2009 Tukkien latvaläpimitat pikkutukilla mm ja normaalilla sahatukilla mm Sahaus ja kuivaus 12 %:iin PINNAT Pintalamellien raaka-aine oli itäsuomalaisilta sahalaitoksilta ostettua, %:iin kuivattua sahatuottoista sydäntavaraa, jonka dimensiot olivat 50x100 mm

9 Palkkien valmistus Liimatut aihiot halkaistiin keskeltä palkeiksi siten, että 100 mm leveästä palkkiaihiosta saatiin kaksi nimellisleveydeltään 44 mm:n palkkia

10 Palkkien lukumäärät taivutuskokeissa Nimellisdimensio (mm) 44x200x x300x5700 Puulaji Pintalamellien tukkiluokka Palkkeja (kpl) Yht. Mänty Pikkutukki Järeä tukki Kuusi Pikkutukki Järeä tukki Yht

11 Taivutuskokeet ja tulosten laskenta Nelipistetaivutus (EN 408*) Savonia AMK:n laitteilla Kuopiossa Globaali kimmokerroin ja murtolujuus Laskennallinen kosteuskorjaus 12 % suhteelliseen kosteuteen (Boström 1994**) * Suomen Standardoimisliitto SFS SFS-EN 408. Puurakenteet. Rakenteellinen sahatavara ja liimapuu. Aineellisten ja mekaanisten ominaisuuksien määrittäminen. 31 s. ** Boström, L. (1994). Machine strength grading, comparison of four different systems. Swedish National Testing and Research Institute, Building Technology, SP Report 49.

12 Taivutusmurtolujuus, suhteelliset erot Järeästä tukista tehdyt palkit = 100 Mänty Kuusi x200x x300x x200x x300x5700 Pikkutukki Järeä tukki Pikkutukki Järeä tukki Männyllä vähäiset lujuuserot pikkutukista ja järeästä tukista tehtyjen palkkien välillä Kuusella pikkutukkiuumaisilla palkeilla 6 12 prosenttiyksikköä korkeampi lujuus

13 Globaali taivutuskimmokerroin, suhteelliset erot Järeästä tukista tehdyt palkit = 100 Mänty Kuusi x200x x300x x200x x300x5700 Pikkutukki Järeä tukki Pikkutukki Järeä tukki Pikkutukkiuumaisilla mäntypalkeilla 7 8 prosenttiyksikköä alhaisempi jäykkyys kuin järeästä tukeista tehdyillä palkeilla Pikkutukkiuumaiset kuusipalkit 3 10 prosenttiyksikköä jäykempiä kuin järeistä tukista tehdyt palkit

14 Johtopäätöksiä 1. Pienpuusta valmistetut liimapalkit on Metlan kokeellisissa tutkimuksissa havaittu mekaanisilta ominaisuuksiltaan paremmiksi kuin puuanatomisten teoriatietojen perusteella sopisi olettaa 2. Kuusella pikkutukista tehdyt liimapalkit ovat järeästä tukista tehtyjä palkkeja keskimäärin 5 10 prosenttiyksikköä lujempia ja jäykempiä 3. Männyllä tukkikoon aiheuttamat erot liimapalkkien lujuusarvoissa ovat vähäisiä, mutta järeästä tukista saadaan hieman jäykempiä palkkeja 4. Pienpuun mitta- ja muotopysyvyysongelmat vähenevät, mutta eivät häviä valmistettaessa liimattuja tuotteita 5. Pienpuun sään- ja lahonkesto on alemman tiheyden ja suuremman pintapuuosuuden vuoksi järeätä puuta heikompi riippumatta siitä, onko tuote lamelleista vai yhdestä kappaleesta valmistettu => Valmistettaessa liimapuutuotteita kontrolloiduissa kosteusolosuhteissa käytettäviin rakenteisiin, tarjoaa pienpuu lujuuden ja jäykkyyden puolesta kilpailukykyisen vaihtoehdon järeälle tukkiraaka-aineelle

15 Lisätiedot Henrik Heräjärvi Puh