OSB desky (Oriented Strand Board) jsou v současné době nejprogresivnějším typem desek na trhu. Jsou vyvíjeny a vyráběny v souladu s požadavky na ekologické bydlení a s potřebou využívat přírodní organické materiály.
Stěnové panely z OSB desek
Stěnové panely jsou základním skladebným a nosným prvkem dřevěných staveb, zejména rodinných a bytových domů, ale i dalších typů pozemních staveb. Z hlediska výztužné funkce panelů v nosných systémech konstrukcí jde o zásadní způsob zatížení. Práce zaměřené k objektivnější teoretické analýze a k vyhodnocení skutečného působení panelů v reálných konstrukcích mají podstatný význam pro další vývoj dřevěných konstrukcí.
Numerická studie tuhosti výztužného panelu
Cílem numerické studie je zjištění vodorovné tuhosti výztužného panelu z OSB/3 desek tloušťky 12 mm, pro nosnou konstrukci tvořící difuzně otevřenou skladbu, výztužný panel je situován z interiéru. Studie je řešena jako numerická, tedy výsledkem jsou výstupy matematického modelování dané konstrukce. Tento výztužný panel byl počítán podle normy DIN 1052 a EC5. Numerický model detailu řešený v programu ANSYS je vytvořen plně 3D konečně-prvkový model s uvážením nelineárního chování materiálu, ortotropie dřeva a OSB/3 panelu. 3D model je počítán fyzikálně a geometricky nelineárně. U 3D modelu v ANSYS je zohledněna kontaktní povaha přípojů, to znamená, objeví se zde jednostranné třecí vazby. Model je zatěžován krátkodobým zatížením (vodorovnou silou). Je sledována deformace a napětí na detailu a ve spoji.
Ruční přepočet tuhostí a sil podle norem a podle teorie pružnosti slouží jako odborný odhad a zjednodušená kontrola výstupních hodnot z numerických modelů (ANSYS, SCIA). Tento postup je také vhodný pro většinu praktických výpočtů, kdy časové hledisko je nutným faktorem pro optimalizaci náročnosti výpočtu. Numerický model v programu SCIA slouží jako kontrola pro ruční výpočet. Byl vytvořen jako 2D skořepinový model s použitím prutových prvků. 2D model je materiálově isotropní, s přihlédnutím k jednostranným vazbám, prokluzům ve spojích (dle DIN 1052) a je počítán geometricky nelineárně.
Závěrem je potřebné podotknout, že každý numerický test by měl být doplněn fyzikálním testem.
Čtěte také: Výroba řezaných lamino desek
Tuhost spoje
Na grafu 1 je znázorněna tuhost pro hřebík S355 ø2.8mm délky 40mm, který spojuje OSB/3 12 mm a s trámky C24 60/140 mm. V numerickém testu (viz obrázek Obr. 1) je znázorněna geometrie testovaného vzorku, deformace spoje a pracovní diagram pro ocel S355. Na grafu Graf 1 je svislou čárkovanou úsečkou zobrazena pevnost hřebíku ø2.8mm podle DIN 1052 a čerchovanou úsečkou pevnost hřebíku ve smyku pro Fu,k=Fy,k =355MPa. V tomto stavu hřebík plně plastizuje.
Sice není dosaženo porušení hřebíku ø2.8 mm cca 1.262 kN, ale spoj je natolik duktilní, že již není schopen přenášet další zatížení. Na grafu je několik křivek, křivky s označením indexem "L" jsou tuhosti pro zatěžování rovnoběžně s vlákny a "R" je zatěžování kolmo na vlákna. Podle výpočtu tuhostí podle DIN 1052 a EC5 se pro kolíkové spoje tohoto průměru neuvažuje změna tuhosti s ohledem na orientaci síly ke vláknům. Podle numerického testu je tuhost závislá na orientaci síly ke vláknům. Každém testu uvedeném na grafu Graf 1 je ocel počítána jako fyzikálně nelineární (pružno-plastická) podle Obr. 1 vpravo dole.
Křivka s označením L_lin je tuhost rovnoběžně s vlákny pro ortotropní dřevo 24 a OSB/3. Je zde vidět, že hřebík začíná silně plastizovat. Další křivky s indexem "L" jsou pro různé varianty ortotropního dřeva C24 a OSB/3 s různými parametry fyzikální nelinearity. Můžeme zde pozorovat na různých křivkách L_N závislost tuhosti nejen na ocelovém hřebíku, ale také na plastizaci okolí dřevěného prvku a OSB. Tyto výpočty nevedou na silně duktilní chování spoje.
Křivka s označením R_lin je tuhost kolmo na vlákna pro ortotropní dřevo 24 a OSB/3. Je zde vidět, že hřebík začíná silně plastizovat. Další křivky s indexem "R" jsou pro různé varianty ortotropního dřeva C24 a OSB/3 s různou fyzikální nelinearitou. Můžeme zde pozorovat na různých křivkách R_N závislost tuhosti nejen na ocelovém hřebíku, ale také na plastizaci okolí dřevěného prvku a OSB/3. Tyto grafy opět nevedou na silně duktilní chování spoje, ale jsou blíže ke křivce L_lin, protože tuhost kolmo na vlákna je menší vlivem ortotropních vlastností dřeva. Dosahuje se zde menších lokálních napětí než pro zatěžování rovnoběžně s vlákny.
Z grafu 1 je vidět, že rozdíl mezi L_lin a R_lin, R_lin je cca 1.25 násobek L_lin. Normová charakteristická tuhost má hodnotu Kser =0.838MNm-1 viz 3.3). Tato hodnota je nejblíže ke křivce R_lin ≈ 1.70MNm-1. Pokud přihlédneme k cyklickému zatěžování a nepřesnostem při provádění atd. Tuhosti pro numerické modely vycházejí obecně vyšší, a to z důvodu, že se neuvažuje cyklické zatěžování (otlačování, plastické deformace spojů).
Čtěte také: Průvodce řezanými MDF deskami
Poměr krátkodobých tuhostí jednostřižného spoje v posunutí podle matematických modelů bez příhlédnutí k otlačování dřeva a OSB panelu Kser= (1.7+2.1)/2=1.9MNm-1 jsou tedy 2 až 2.5 násobkem charakteristické tuhosti v posunutí podle DIN 1052 KserDIN = (1.7+2.1)/2=0.838MNm-1.
Výpočet reakcí
Na obrázku Obr. 3 vidíme schéma geometrie výztužného panelu, které použijeme pro výpočet reakcí ručním výpočtem. Pro výpočet reakcí použijeme levou část obrázku, kde jsou všechny vazby dokonale tuhé. Úloha je jednou staticky z vnějšku neurčitá, a to vodorovnou vazbou v ose x. Z předpokladu stejného posunutí spodního prahu C24 60/140 se dá říci, že reakce vodorovné jsou stejné. Úloha představuje v principu konzolu, kde vetknutí nahrazuje dvojice sil. Výpočet reakcí podle Obr.
Hodnota únosnost hřebíku ø2.8mm je stanovena podle DIN 1052 na 0.538kN. Tato hodnota byla spočtena pro jeden vztah dle DIN 1052, obecně se musí vyřešit všechny vztahy a z nich vybrat minimální únosnost hřebíku. Výše uvedený vztah je vybrané minimum z těchto vztahů a jejich hodnot. Jde o charakteristickou hodnotu, nejsou použity součinitele materiálu ani třídy prostředí atd.
Hodnota únosnosti hřebíku ø4mm je stanovena podle DIN 1052 na 1.305kN. Tato hodnota byla spočtena pro jeden vztah dle DIN 1052, obecně se musí vyřešit všechny vztahy a z nich vybrat minimální únosnost hřebíku. Výše uvedený vztah je vybrané minimum z těchto vztahů a jejich hodnot. Jde o charakteristickou hodnotu, nejsou použity součinitele materiálu ani třídy prostředí atd. Hřebíky mají ještě cca 25% rezervu únosnosti do porušení, proto je použito pro sloupky a ocelové kotvy 16 hřebíků ø4mm. Důvodem je proveditelnost a skrytost ocelového spoje.
Deformace ve vodorovné ose x od síly v žebru viz Obr. 3. Na obrázku Obr. 4 vlevo je znázorněna deformace pro tuhé podepření v ose z, takto podepřená výztužná deska v reálné konstrukci není. U reálné konstrukce je uchycena pružně v místech napojení na tahové a tlakové kotvy v rozích. Vpravo Obr. 5 je výztužná deska uchycena v rozích. Numerické modely byly počítány jako ortotropní a geometricky nelineární (jako skořepina a objemový konečný prvek, na obrázcích je výsledek na skořepinovém konečném prvku). Když byla do úvahy vzata též geometrická nelinearita, nebylo zjištěno výrazné zvětšení deformací.
Čtěte také: Vodní paprsek a beton
Vzorec 2) popisuje výpočet deformace konzoly silovou metodou používanou pro pruty. Tato úloha svou geometrií se již nedá považovat za prutovou. Takto spočtená deformace je v dobré shodě s numerickou hodnotou viz Obr. OSB/3 panel má pro různý smysl zatěžování (kolmo na rovinu desky a v rovině desky) různé materiálové charakteristiky. Dále se musí uvážit orientace částic, štěpek v povrchové vrstvě a síla panelu. Tyto hodnoty Tab. 1 pro model v ANSYS byly převzaty z literatury Engineering Structure [4]. Pevnostní vlastnosti budou uvažovány pouze v charakteristických hodnotách podle DIN 1052. Tyto hodnoty jsou ale samozřejmě menší než fyzikální hodnoty porušení jednotlivých materiálů. Tato skutečnost nebude pro ruční výpočet brána do úvahy, pouze u matematického modelu s uvážením fyzikální nelinearity bude použita hodnota meze pevnosti vyšší, je to způsobeno vlivem plastizace (přerozdělení sil) nad mezí kluzu (neplatí pro křehké porušení - tah, tah kolmo na vlákna, částečně smyk). Charakteristická hodnota bude v matematických modelech brána jako mez kluzu.
Pro tah kolmo na vlákna, který se chová velmi křehce, je hodnota pevnosti cca 5 x vyšší než charakteristická. Je to především proto, že tato vlastnost je velmi složitě zachytitelná ve výpočtu a její hodnota nabývá různých velikostí, podle různých faktorů (dřevo je přírodní materiál se všemi výhodami, ale také pro technické využití s určitými nevýhodami - nehomogenní vlastnosti ať už v podobě mechanických vlastností, nebo vnitřní geometrie, suky atd.).
1) Deformace Δ1z představuje svislou deformaci ohybově deformovaného kotvení chemické kotvy pro plochou ocel. 3) Deformace Δ3z představuje svislou deformaci od prokluzu hřebíků ø4mm spojující OSB/3 panel se svislým žebrem 60/140 C24 a svislou deformaci od protažení ploché oceli. Kser - představuje tuhost proti posunutí na jeden střih pro nepředvrtaný hřebík ø4mm podle DIN 1052.
Deformace Δ4z představuje svislou deformaci od prokluzu hřebíků ø2.8mm spojující OSB/3 panel se svislým žebrem 60/140 C24. 6) Deformace Δ3x představuje vodorovnou deformaci od prokluzu hřebíků ø2.8mm spojujících horní a dolní okraj OSB/3 panelu s vodorovnými žebry 60/140 C24. 8) Deformace Δ5x představuje vodorovnou deformaci od prokluzu chemických kotev ø12mm.
Ve výše uvedeném vztahu 6) je vypočítána tuhost výztužného panelu OSB/3 o síle 12mm jednostranně připojeného pomocí hřebíků ø2.8mm k žebrům z hranolků C24 60/140. Numerický model ve SCIA je 2D prutový model spojený skořepinovými prvky. Jsou zde zohledněny pružné vazby, jednostranné vazby a geometrická nelinearita.
Panel OSB/3 musel být spočítán ve SCIA jako ortotropní. Tato volba musí být zatrhnuta ve volbě okna pro materiálové charakteristiky a geometrii. Obr. Na obrázcích 6 jsou napětí na OSB/3 výztužném panelu. První obrázek v levém horním rohu představuje normálové napětí Sx, které je rovnoběžné se spodní hranou panelu. Druhý obrázek v pravém horním rohu představuje normálové napětí Sy, které je rovnoběžné se svislou hranou panelu.
Spodní dva obrázky představují smykové napětí Sxy+ a Sxy-, hodnoty dosahují velikosti cca 1.50 MPa (charakteristická hodnota podle DIN 1052 je fv,k=6.8 MPa) mimo lokality způsobené hustotou sítě, geometrií a lokálním, uzlovým vnesením osamělé síly. Panel byl tedy navrhován na maximální využití spojů a výztužné desky v charakteristických hodnotách, je nutné dodat, že fyzikální únosnost celku je ještě cca 1.5-2x vyšší (zde, ale nejde už o pružnou oblast, panel a spoje jsou nevratně poškozeny).
Obr. Na obrázcích 7 jsou deformace na OSB/3 panelu. První obrázek v levém horním rohu představuje deformaci svislou Uz = (+3.0mm, -2.1mm), které je rovnoběžné se svislou hranou panelu. Druhý obrázek v pravém horním rohu představuje deformaci kolmou na rovinu panelu Uy = (+3.1mm, -2.1mm). Třetí obrázek představuje deformaci vodorovnou Ux = -27.3mm, -1.3mm), které je rovnoběžné se spodní hranou panelu.
Hodnoty podle vztahu 7) jsou pro numerický model a ruční výpočet shodné na cca 97.8 %. To znamená, že výztužnou tuhost panelu lze určit s dostatečnou přesností ručním výpočtem. Tyto tuhosti byly určeny za předpokladu normových prokluzů podle DIN 1052. Pokud bychom vzali do úvahy vyšší tuhosti spojovacích prostředků získaných podle ANSYS (Graf. 1) pro krátkodobé, necyklické zatížení, dostali bychom tuhost o něco vyšší cca 0.593MNm-1.
Byly také vyzkoušeny dvě různé hustoty prohřebíkování v krajních sloupech (50 a 100mm). Na modelu v programu SCIA bylo zjištěno lineární chování tuhosti na hustotě prohřebíkování. Je třeba dodat, že hustota hřebíků průměru 2.8mm po 50mm je již téměř limitní jak z pohledu provádění tak i pevnostního. Vyšším počtem spojovacích prostředků tohoto typu nedocílíme vyšší tuhosti proti posunutí. Citlivým místem se naopak stane kotvení velkých sil do spodní konstrukce.
Numerický model nám dává poměrně výstižný způsob popisu chování konstrukce pro silové, nebo deformační zatížení. A díky získaným datům (síly a deformace), můžeme získat tuhostní charakteristiky také pro jinou sestavu výztužných panelů.
Aglomerované materiály
Aglomerované materiály jsou deskové materiály, vyrobené z dřevních částic (třísky, vlákno, piliny, dřevní moučka) a jiných lignoceluosových materiálů (pazdeří, bagasa, sláma atd.), které jsou mezi sebou pojeny buď vlastní lepivostí, nebo organickým pojivem - lepidlem, popř. pojivem minerálním, za pomoci tepla a tlaku, vlhkosti, popř.
Třískové desky
Třískové desky definujeme jako materiály, které jsou vyrobené slisováním a následným ohřevem částic (třísek, hoblin, pilin apod.) nebo jiných lignocelulosových materiálů ve formě částic (např. lakované (tekutými prostředky, např.
Výroba třískových desek
Základním materiálem pro výrobu třískových desek je dřevní hmota, která je roztřískávána na malé částice - třísky různých rozměrů. Pro výrobu třískových desek mají zásadní význam následující parametry: hustota dřeva, velikost třísek, podíl běle a jádrového dřeva, pH použi-té dřeviny. Ve stávající komplikované surovinové situaci a vzhledem k cenovým úrovním musí průmysl aglomerovaných materiálů přistupovat i ke zpracování tvrdých listnatých dřevin, jako například buku, dubu, habru, jasanu i akátu. Platí pak však zásada, že směšovací poměry dřevin je nutno přesně dodržovat.
Reakce dřeva je totiž velmi významná. Při zpracování některých dřevin s extrémním pH (např. dub) je nutno upravovat množství přídavných chemikálií, zejména tvrdidla k lepící směsi. vlákninové dříví 5. třídy jakosti (rovnané dříví průmyslové) ve formě kuláčů a štěpin.
Jiné lignocelulosové suroviny
Kromě dřeva se dají k výrobě aglomerovaných materiálů použít i některé nedřevné suroviny, např. ve střední Evropě pazdeří (lněné, konopné), sláma, řepka, v tropických zemích bagasa, rýžová sláma, bambus, papyrus, juta, rákos, stonky bavlníku apod.
- Pazdeří - je odpadním produktem zpracovatelských závodů lnu a konopí. Je vhodné pro vý-robu pazdeřových respektive pilinopazdeřových desek.
- Bagasa - pro výrobu třískových desek má velký význam bagasa. Bagasa je zbytek po vylisování a extrakci cukru z cukrové třtiny.
- Bambus a Papyrus - různé druhy bambusu představují v rozvojových zemích pozoruhodnou surovinovou bázi pro výrobu aglomerovaných materiálů.
- Sláma - má význam pro výrobu VD izolačních. V rozvojových zemích se jedná hlavně o rýžovou slámu.
Používaná lepidla
Druhou nejdůležitější surovinou ve výrobě třískových desek jsou syntetická lepidla (pryskyřice) termoreaktivního typu, a to lepidla močovinoformaldehydová (UF), fenolformaldehydová (PF), melaminformaldehydová (MEF), močovinomelaminformaldehydová (MUF), isokyanátová a minerální pojiva (cementy, sádra).
- Močovinoformaldehydová lepidla - jsou preferována pro výrobu TD a VD polotvrdých vyráběných suchým způsobem.
- Melaminformaldehydová lepidla - jsou svou chemickou strukturou podobná UF lepidlům.
- Fenolformaldehydová lepidla - jsou polykondenzační produkty vzniklé reakcí fenolu nebo jeho homologů (resolů a xylenolů) s formaldehydem v alkalickém prostředí.
- Lepidla isokyanátová - byla zavedena již v 50. letech v Německu.
- Minerální pojiva - nejznámější je hydraulický cement.
Hydrofobizační prostředky
Třískové desky vykazují v důsledku působení vody a vysoké relativní vlhkosti vzduchu značné tloušťkové bobtnání. Pro zvýšení objemové stálosti desek při krátkodobém styku s vodou se přidávají hydrofobizační prostředky. Nejčastěji se přidává parafín, a to v množství 0,5-1,5 % na a.s. třísky.
Biocidní prostředky a retardéry hoření
Pro použití TD v prostředí zvýšené relativní vlhkosti (ve stavebnictví), při výrobě TD pro speciální použití, např. pro export do tropických zemí, je třeba přidávat speciální látky proti biologickým činitelům (plísně, dřevokazné houby, dřevokazný hmyz). Desky takto chráněné se označují V 100 G.Použití třískových ve stavebnictví, strojírenství a v dopravě si vyžaduje v některých případech zvýšení jejich ohnivzdornosti.
Hořlavost stavebních hmot
Podle dosavadní koncepce požární bezpečnosti staveb v ČR jsou z hlediska hořlavosti hodno-ceny stavební hmoty v klasifikaci pěti stupňů hořlavosti (A, B, C1, C2, C3) bez ohledu na to, zda stavební hmoty tvoří výrobek nebo jsou jen součástí výrobku. Třída A1: Výrobky třídy A1 nebudou přispívat k požáru v žádném jeho stádiu, včetně plně rozvinutého požáru.
Třískové desky vyrábí v ČR firmy KRONOSPAN CR s.r.o, Jihlava (www.kronospan.cz) a DDL Lukavec u Pacova (www.ddl.cz). Všechny dřevotřískové desky odpovídají hodnotám podle EN 312 a emisní třídě E 1. Dohled nad výrobou dřevotřískových desek zajišťuje Výzkumný a vývojový ústav dřevařský Praha.
Požadavky na třískové desky
Požadavky na třískové desky stanovuje ČSN EN 312:2004, která je českou verzí normy EN 312:2003. EN 312:2003 má status české technické normy.
Tato norma specifikuje požadavky pro neopláštěné třískové desky pojené syntetickými pojivy. Hodnoty uváděné v této normě jsou vlastnostmi výrobku, ale nejsou charakteristickými hodnotami pro výpočty při navrhování. Třískové desky shodné s touto normou mohou být uváděny jako desky P 1 až P 7. Desky typu P 4 až P 7 jsou určeny pro použití při navrhování a v konstrukcích jako nosné nebo výztužné stavební prvky, například stěn, stropů, podlah a I-nosníků (viz ENV 1995-1-1 a/nebo normy funkčních požadavků.
Požadavky na nenosné desky pro použití ve vlhkém prostředí (typ P 3). Požadavky na nosné desky pro použití ve vlhkém prostředí (typ P 5). Požadavky na zvlášť zatížitelné nosné desky pro použití ve vlhkém prostředí (typ P 7).
Výtlačně lisované třískové desky
Výtlačně lisované třískové desky (zkratka DTDvl) se vyrábí kontinuálním způsobem - tzv. pěchováním. Pomocí pístového zařízení se třísky nanesené lepicí směsí vytlačují taktově do svislé formy vyhřívané cca na 180 °C. Vyrobené surové desky se plášťují dýhováním, případně nalepováním tenké vláknité des-ky. Použití výtlačně lisovaných desek je omezené, především v dřevostavbách.
Desky OSB (Oriented Strand Board)
Jsou vyráběny z krátkých a jemných vláken měkkého dřeva za působení páry a vysoké teploty. Dalšími surovinami jsou pojiva na bázi přírodních pryskyřic a případě také vodoodpudivé látky z přírodních produktů, zajišťující dokonalou hydrofobizaci desek ve hmotě (parafíny). Na materiál jsou kladeny ekologicé nároky.
Lze je dodat jak s rovným, tak i profilovaným okrajem pro spoj pero a drážka. pojených syntetickým lepidlem, za použití teploty a tlaku. Jsou určeny pro použití pro nenosné účely v nábytkářství, truhlářství, frézařských dílnách a další použití v interiéru. Struktura desek umožňuje kvalitní zpracování povrchu frézováním a lakováním.
Tabulka: Emisní třídy OSB desek
| Emisní třída | Popis |
|---|---|
| E1 | Desky s nízkým obsahem formaldehydu |
tags: #řezané #osb #desky #vlastnosti #použití