Liimatut rakenteet pikkutukista PUU-ohjelman pienpuupäivä Mikkelissä 17.11.2010 Henrik Heräjärvi Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
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 (+-) 16.11.2010 2
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: www.kronenholz.fi Kuva: www.lamecolht.fi Kuva: www.karviapine.fi Pääosin mäntyä Kuusta ja mäntyä Kuusi/mänty 80/20 % 16.11.2010 3
Muita pienpuutuotemahdollisuuksia 1 4 2 Kuvat: 1: Tapio Ala-Soini 2-5: Henrik Heräjärvi 16.11.2010 4 3 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. 2008. 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. 271-280. ** Suomen Standardoimisliitto SFS. 2003. SFS-EN 408. Puurakenteet. Rakenteellinen sahatavara ja liimapuu. Aineellisten ja mekaanisten ominaisuuksien määrittäminen. 31 s. 16.11.2010 5
Tulokset, 31 35 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) 16.11.2010 6
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 16.11.2010 7
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 130 150 mm ja normaalilla sahatukilla 150 240 mm Sahaus ja kuivaus 12 %:iin PINNAT Pintalamellien raaka-aine oli itäsuomalaisilta sahalaitoksilta ostettua, 12 16 %:iin kuivattua sahatuottoista sydäntavaraa, jonka dimensiot olivat 50x100 mm 16.11.2010 8
Palkkien valmistus Liimatut aihiot halkaistiin keskeltä palkeiksi siten, että 100 mm leveästä palkkiaihiosta saatiin kaksi nimellisleveydeltään 44 mm:n palkkia. 16.11.2010 9
Palkkien lukumäärät taivutuskokeissa Nimellisdimensio (mm) 44x200x3800 44x300x5700 Puulaji Pintalamellien tukkiluokka Palkkeja (kpl) Yht. Mänty Pikkutukki 35 26 61 Järeä tukki 33 20 53 Kuusi Pikkutukki 40 16 56 Järeä tukki 36 12 48 Yht. 144 74 218 16.11.2010 10
Taivutuskokeet ja tulosten laskenta Nelipistetaivutus (EN 408*) Savonia AMK:n laitteilla Kuopiossa Globaali kimmokerroin ja murtolujuus Laskennallinen kosteuskorjaus 12 % suhteelliseen kosteuteen (Boström 1994**) 16.11.2010 11 * Suomen Standardoimisliitto SFS. 2003. 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.
Taivutusmurtolujuus, suhteelliset erot Järeästä tukista tehdyt palkit = 100 Mänty Kuusi 115 110 105 100 95 90 115 110 105 100 95 90 44x200x3800 44x300x5700 44x200x3800 44x300x5700 Pikkutukki Järeä tukki Pikkutukki Järeä tukki Männyllä vähäiset lujuuserot pikkutukista ja järeästä tukista tehtyjen palkkien välillä Kuusella pikkutukkiuumaisilla palkeilla 6 12 prosenttiyksikköä korkeampi lujuus 16.11.2010 12
Globaali taivutuskimmokerroin, suhteelliset erot Järeästä tukista tehdyt palkit = 100 Mänty Kuusi 115 110 105 100 95 90 115 110 105 100 95 90 44x200x3800 44x300x5700 44x200x3800 44x300x5700 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 16.11.2010 13
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 16.11.2010 14
Lisätiedot Henrik Heräjärvi Puh. 050-391 3037 Email: henrik.herajarvi@metla.fi www.metla.fi/ohjelma/puu 16.11.2010 15