Analýza mechanicko-termo-sorpční deformace při tečení termicky upraveného dřeva

Ing. Tomáš Holeček

Doctoral thesis

Analysis of mechanical and thermo-sorptive deformation on the creep of thermally modified wood

Abstract:

Dřevo je materiál, který podléhá různým vlivům prostředí. Proto je nutné tento materiálrůznými způsoby upravovat. Jedna z nejekologičtějších metod úpravy je termickámodifikace, která zvyšuje jeho odolnost a trvanlivost při venkovní expozici . Pochopenízměn v termo dřevě a vliv těchto změn na mechanické vlastnosti otevírá širší možnostipro jeho využití.Dřevo patří mezi viskoelastické materiály a při dlouhodobém zatížení teče. Ve dřevěběhem tohoto zatížení vznikají deformace elastické, elastické v čase a plastické.Tato práce se zabývá problematikou reologie termo dřeva při dlouhodobém zatížení večtyřbodovém ohybu. Práce porovnává jednotlivé poměry deformací v rámci jednotlivýchstupňů úpravy. Byly porovnány poměry deformací u teplotních úprav (150, 160, 170, 180,190°C) při konstantních vnějších podmínkách za sledované období 760 h při aplikovanémzatížení 25% z meze pevnosti. Při vyhodnocení rostoucích deformací byl použit Burgerůvmodel. Dále byly porovnávány poměry deformací u tepelných úprav (160, 180, 190,200°C) ve vnější expozici. Doba měření byla 31951 h při 25% zatížení z meze pevnosti.Pro vyhodnocení byl použit Burgerův model a upravený Burgerův model.Z výsledku vyplívá, že stupeň úpravy 160°C je nejvhodnější pro konstrukční užití a vporovnání s neupraveným dřevem teče víc. Při vyšších teplotách úpravy se již projevujesnížení mechanických vlastností. Dále se prokázal stejný trend změn podílu deformací uvzorků v konstantních vnitřních podmínkách, jako u vzorků vystavených vnějšímklimatickým podmínkám. Zásadním zjištěním je doba ustálení deformace způsobenámechanickým namáháním. Tato doba u neupraveného dřeva trvala téměř 417 dní oprotitomu termo dřevo v závislosti na stupni úpravy se ustálilo v rozmezí 40 až 58 dní.Z této práce vyplívají další možnosti využití termo dřeva v praxi, vzhledem k objasněníněkterých reologických parametrů a trendů, které toto dřevo vykazuje. Rychlost ustálenímechanické deformace svědčí o mnohem větší stabilitě daného materiálu, který je tedyvhodný ke kombinaci s materiály, které vykazují stejné vlastnosti.

Abstract:

Wood is a material that is subject to different environmental influences andtherefore it is necessary to treat it in various ways. Thermal modification is one of themost environmentally friendly methods of treatment, which increases its resistance andoutdoor exposure durability. Understanding the changes in thermo-wood andunderstanding the effect of those changes on mechanical properties opens widerpossibilities for its use.Wood is a viscoelastic material and it flows under long-term load. In the case ofapplying this load, the elastic, elastic over time and plastic deformations arise.This work deals with the issue of thermo-wood rheology under long-term loadingin four-point bending. The thesis, compares the individual deformation ratios within theindividual adjustment stages. The deformation ratios of temperature adjustments (150,160, 170, 180, 190 ° C) were compared under constant external conditions during themonitored period of 760 hours at an applied load of 25% of the strength limit. Burgermodel was used to evaluate increasing deformations. Furthermore, the deformation ratioof heat treatments (160, 180, 190, 200 ° C) in external exposure was compared. Themeasurement time was 31951 h at 25% of the breaking load. Burger model and modifiedBurger model were used for evaluation.As a result, the degree of treatment of 160 ° C is best suited for construction useand it flows more compared to untreated wood. At higher treatment temperatures, themechanical properties are already reduced. As well, the same trend of changes in thedeformation ratio of the sample under constant external conditions as with the sampleexposed to external climatic conditions was demonstrated. The principal finding is thetime of deformation stabilization caused by mechanical stress. This time for untreatedtimber lasted nearly 417 days compared to thermo timber stabilized between 40 and 58days, depending on the degree of treatment,Other possibilities of using thermo-wood in practice arise from this work withrespect to elucidation of some rheological parameters and trend that this wood shows.The rate of mechanical deformation stabilization indicates a much greater stability of thematerial and is therefore suitable for combination with materials that exhibit the sameproperties.

Keywords

viskoelasticita, deformace, termodřevo, dlouhodobé zatížení, Reologie, ohyb, modelování, creep

Keywords

rheology, viscoelasticide, deformation, thermo-wood, long-term load, modeling, creep, bending

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 2. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Vlastimil Borůvka, PhD.
• Reader: Richard Hrčka, externi, Rastislav Lagaňa, externi, Pavel Král, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Doctoral programme / field:
Forestry Engineering / Wood Processing and Forest Machinery