Mechanical properties of chemical modified wood of load-bearing constructions

Sammanfattning: Det går inte att bortse från den stora efterfråga som idag råder gällande ny utveckling av metoder för att ersätta icke förnybara material (så som stål och betong exempelvis) med förnybara material (såsom trä) i lastbärande konstruktioner. Trä som material har en del nackdelar och det är just dessa man skulle vilja eliminera eller begränsa för att nå fram till ett material med minimal påverkan för miljön både under produktion, användandet och i slutet av sin livstid. Syftet med denna rapport är att studera och bestämma de mekaniska egenskaperna för acetylerat Svensk furu, Pinus Sylvestris. Vidare, är målet även för att få en bättre förståelse för hur acetylering fungerar och hur det påverkar materialet. Metoden för detta arbete är delvis experimentellt men består även av en litteraturstudie. Testerna ämnade att bestämma densitet, fuktkvot, elasticitetsmodul, hålkantshållfasthet (både parallellt och vinkelrätt fiberriktningen) och skjuvkapacitet i förband. Dymlingsstorlekar med diameter 12, 16 och 20 mm användes. Olika sätt för att modifiera trä är beskrivna i sin korthet såsom furfurylering och termisk modifiering, dess för- och nackdelar för respektive metod är även utredda. Den tredje metoden som studerats mer noggrant är acetylering. Globalt sett ses acetylering som den mest lovande metoden för att förbättra de mekaniska egenskaperna för trä. Acetylering är en kemisk reaktion som sker i cellväggen av träet. Denna reaktion innebär att ättiksyraanhydrid reagerar med hydroxylgrupper och bidrar till en viss svällning av träet. Biprodukten av acetylering är ättiksyra, där ljust trä blir något mörkare utav acetylering och mörkare trä bleks något. Att acetylera trä har fler fördelar såsom att stabiliteten ökar med 70-80%, jämviktsfuktkvoten minskar och träet blir mer motståndskraftigt mot svamp- och rötangrepp. Testerna visade, som väntat, att fuktkvoten av den acetylerade Svenska furan var lägre i relation till obehandlat trä vilket ger dess förbättrade motstånd mot biologiska angrepp. Resultaten visade även att dess medeldensitet var 618 kg/m3 och dess karakteristiska densitet var omkring 530 kg/m3. Jämfört med icke modifierat trä (C24) nåddes en densitetökning på 52%. Vidare ger en högre densitet en högre hålkantshållfasthet. Den provade karakteristiska hålkantshållfastheten (parallell fibrerna) var genomgående högre än den beräknade karakteristiska hållkantshållfastheten. Tvärtom var det för testen utförda vinkelrätt fibrerna. Medelvärdet av elasticitetsmodulen resulterade i 14,9 GPa för acetylerad svensk furu medan den karakteristiska elasticitetsmodulen var 9,2-9,8 GPa (för normal- och logaritmisk normal fördelning). Detta kan sättas i relation till konstruktionsvirke (C24) som har en karakteristisk elasticitetsmodul på 7,4 GPa. Ytterligare var en högre skjuvkapacitet i förband (i relation till icke modifierat trä) förväntad och även nådd, då hålkantshållfastheten var högre. Brottmoderna och deformationskurvorna från testerna tyder på att ingen plasticering av träet uppstått innan brott. Detta pekar åt att standarderna som idag finns inte är helt och hållet applicerbara för acetylerad Svensk furu. Ett större avstånd till ände eller möjligtvis armering/förstärkning av träet på något sätt kan vara ett måste för att få en mer duktil brottmod då materialet upplevs som sprödare.