Szybkość i stopień zużywania się różnych materiałów podłogowych zależą nie tylko od intensywności użytkowania, lecz także od wytrzymałości. Drewno, jako materiał budowlano-wykończeniowy posiada cechy które stanowią o jego różnorodnym przeznaczeniu. Przy wyborze drewna na podłogę często uwzględniamy kilka istotnych aspektów. Zwracamy uwagę na kolor, rysunek usłojenia, a przede wszystkim na twardość drewna. Tę cechę drewna będziemy brali pod uwagę, gdy interesuje nas przede wszystkim trwałość podłogi. W tym artykule przyjrzyjmy się metodom pomiaru i kwalifikacji poszczególnych gatunków.
Drewno, w przeciwieństwie do wykładzin syntetycznych, zużywa się w małym stopniu, z wiekiem nabierając atrakcyjności. Jednak podłoga drewniana położona na trasach komunikacyjnych, w domu – przy wejściach, w holu zużywa się najszybciej, najwolniej zaś w sypialniach. Różne nasilenie ruchu, a tym samym stopień zużycia posadzek bywa różne. Pod stołem, gdzie podłoga narażona jest na częste przesuwanie krzeseł szybko zauważymy rysy i przetarcia wierzchniej powłoki podłogi. Dlatego wybierając materiał z przeznaczeniem na posadzkę powinniśmy zwrócić szczególną uwagę na trwałość. Do najbardziej pożądanych cech drewna pod względem fizycznym należy twardość.
W porównaniu z innymi materiałami określanie twardości drewna jest trudne. Przyczyną tego jest niejednorodna struktura drewna, zróżnicowanie drewna wczesnego i późnego, cechy związane z rodzajem przekroju oraz wpływ wilgotności. Porównywać można ze sobą tylko wyniki otrzymane przy stosowaniu tej samej metody pomiaru.
Twarde gatunki drewna są odporne na ścieranie oraz wgniecenia. Poszczególne drzewa różnią się gęstością właściwą i właśnie to decyduje o twardości drewna.
Najbardziej wytrzymałe są deski promieniowe. Dlatego cenione, ale też kosztowne są deski uzyskane w wyniku przetarcia pryzmy. Nieco mniejszą trwałość mają deski zawierające rdzeń oraz tarcica boczna.
Popularnie dzieli się gatunki drewna na miękkie i twarde. Drewno miękkie odznacza się mniejszą trwałością niż twarde gatunki, zazwyczaj też bywa tańsze. Do twardych gatunków drewna zalicza się drzewa liściaste i egzotyki. Te ostatnie są wielokrotnie droższym materiałem podłogowym, lecz cechuje je większa trwałość i bogactwo wybarwień. Spośród kilkuset rodzajów drzew w Europie najszersze zastosowanie ma drewno następujących gatunków: jesion, buk, brzoza, dąb, kasztanowiec, wiśnia.
Badania pomiaru twardości drewna
Pionierem w badaniu twardości drewna był Bugsen. W 1904 roku próbował określić twardość drewna wymyśloną przez siebie metodą. Metoda polegała na wbijaniu w drewno igły o określonej grubości, na stałą głębokość 2 mm. Wielkość ciężaru potrzebnego do wykonania zadania stanowiła liczbę twardości. Metoda dawała wyniki nierównomierne, gdyż igła wbijając się w próbki drewna trafiała raz na naczynia, co powodowało zmniejszenie oporu, drugi raz na elementy grubościenne. Ze względu na duży rozrzut otrzymywanych wartości metoda Bugsena ustąpiła metodzie pomiaru według Janki, w której wyniki dawały się porównać.
Próba Janki, została wprowadzona w życie w 1906. Badanie polega na wciskaniu w drewno stalowej kulki o średnicy 11,284 mm. Próbę twardości przeprowadza się na uniwersalnej maszynie do drewna, stosując naporę z kulką Janki. Czas wykonania jednego wcisku powinien wynosić 2 minuty. Siła odczytana na siłomierzu maszyny probierczej i wyrażona w kG/cm2 (pole rzutu) stanowi liczbę twardości. Badanie przeprowadza się na próbkach w postaci prostopadłościanów o wymiarach 5x5x7 cm. Na dokładnie wygładzonym przekroju poprzecznym próbki wykonuje się 4 wciski rozmieszczone w ten sposób, by ich brzegi były oddalone od siebie i od krawędzi próbki o 1 cm, w ten sposób unika się wzajemnego wpływu wcisków. Na każdym czole wykonuje się po dwa wciski. Szybkość obciążania powinna wynosić 320 – 480 kG/min, wyniki należy odczytywać z dokładnością do 5 kG.
Tab.1. Twardość Janki przy 15% wilgotności drewna
Tab.2. Klasyfikacja twardości drewna według Janki
Na podstawie wyników wykonanych badań Janka podzielił drewno na 6 klas twardości:
Systematyczne badania porównawcze przeprowadzone przez naukowców wykazały, że próba Janki daje dobre wyniki do drewna liściastego, a zwłaszcza jaworu i buka, budzi natomiast zastrzeżenia w przypadku gatunków iglastych. W drewnie iglastym wciskana kulka napotyka silnie zróżnicowane strefy drewna wczesnego i późnego.
Z pomocą przyszła metoda kolejnego naukowca – Bri-nella. Jego metoda polega na tym, że stalową kulkę o średnicy D =10 mm wciska się w drewno za pomocą z góry ustalonej siły P i po odciążeniu mierzy się średnicę otrzymanego wcisku. W badaniu twardości drewna stosuje się trzy stopnie obciążeń kulki:
1) dla gatunków miękkich, o niskiej gęstości właściwej – 10 kG,
2) dla gatunków o przeciętnej twardości – 50 kG,
3) dla gatunków bardzo twardych – 100 kG.
Najwyższe obciążenie należy osiągać stopniowo, w ciągu 15 sekund, badaną próbkę pozostawić pod obciążeniem przez 30 sek, po czym próbkę znowu odciążyć w ciągu 15 s; łączny okres obciążania i odciążania próbki obejmuje zatem 1 min. Następnie mierzy się średnice dokonanego wcisku podziałką klinową lub lupą pomiarową, które pozwalają określić średnice wcisku z dokładnością do 0,1 mm.
Dokładność odczytu odgrywa w badaniu twardości dużą rolę. Z tego względu często stosuje się mikroskop pomiarowy, pozwalający na odczytanie średnicy z dokładnością do 0,01 mm. W celu wyraźnego uwydatnienia obrzeża wcisku na powierzchni badanego drewna, kulkę pokrywa się warstwą sadzy. Im mniejsza jest średnica lub głębokość wcisku przy danym obciążeniu, tym większa jest twardość drewna. Za twardość Brinella przyjmuje się średnią arytmetyczną z czterech wcisków. Brinell określił swoją metodą twardość 25 gatunków drewna. Szerokie badania ulepszoną metodą przeprowadził jeszcze inny naukowiec – Mórath (1923), określając twardość 153 gatunków.
Próbę połączenia dodatnich cech próby Janki i Brinella stanowi metoda proponowana przez Krippela. Polega na wciskaniu kulki o średnicy 31,831 mm na głębokość 2 mm. Powierzchnia wyciśniętej w drewnie czaszy wynosi 2 cm2, a liczbę twardości można obliczyć zaproponowanym przez niego wzorem.
Twardość drewna pozostaje w wyraźnym związku z gęstością właściwą. W parze z jej wzrostem idzie wzrost twardości drewna oraz stopniowe zmniejszanie się różnicy między twardością wzdłuż i w poprzek włókien. Twardość przekroju poprzecznego w drewnie, iglastym jest średnio o 50%, w drewnie liściastym o 15% wyższa od twardości przekrojów wzdłużnych. Między twardością drewna, a wytrzymałością na ściskanie podłużne istnieje dość wyraźna zależność.
Pomiar twardości metodą Brinella
Lucjan Kępka