Investigation of Mechanical Behavior of Pre-Heat Treated Wooden Beams in Different Climate Conditions

Abstract

In this study, the behavior of tannin-modified and pre-heat treated wooden beams in different climatic conditions were determined. For this purpose; Samples prepared according to TS EN 386 standards from Scots pine (Pinus sylvestris L.), oak (Quercus petraea L.) and chestnut (Castanea sativa Mill.) woods were impregnated with acorn tannin and pre-heated for 2 hours at 150°C and 160°C. After the samples were conditioned at 20°C temperature and 65% RH, 40°C temperature and 35% RH, 10°C temperature and 50% RH, bending strength tests according to TS 2474 and modulus of elasticity in bending according to TS 2478 were applied. As a result; At the level of wood species-process type interaction, the highest increase in bending strength was determined as 7.6% in tannin modified scotch pine samples at 150ºC compared to the control samples. Accordingly, it can be suggested to use Scotch pine wood in the manufacture of lightly loaded wooden house columns and beams and other building elements.

Keywords

• Pre-heat treatment
• wood modification
• oak tannin
• modulus of elasticity
• bending strength

Ön Isıl İşlem Uygulanmış Ahşap Kirişlerin Farklı İklim Şartlarındaki Mekanik Davranışlarının İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada, tanen ile modifiye edilip ön ısıl işlem uygulanmış ahşap taşıyıcı kirişlerin farklı iklim koşullarındaki davranışları belirlenmiştir. Bu maksatla; Sarıçam (Pinus sylvestris L.), meşe (Quercus petraea L.) ve kestane (Castanea sativa Mill.) odunlarından TS EN 386 standartlarına göre hazırlanan örnekler meşe palamudu taneni ile emprenye edilmiş, 150ºC ve 160ºC’de 2 saat süre ile ön ısıl işlem uygulanmıştır. Örnekler sırasıyla 20ºC sıcaklık ve %65 bağıl nem, 40ºC sıcaklık ve %35 bağıl nem, 10ºC sıcaklık ve %50 bağıl nemde kondüsyonlandıktan sonra TS 2474’e göre eğilme direnci, TS 2478’e göre eğilmede elastikiyet modülü testleri uygulanmıştır. Sonuç olarak; ağaç türü-işlem çeşidi etkileşimi düzeyinde kontrol örneklerine göre en yüksek eğilme direnci artışı 150ºC’de tanen ile modifiye edilmiş sarıçam örneklerinde %7.6 tespit edilmiştir. Buna göre, hafif yüklü ahşap ev kolon ve kirişleri ile diğer yapı elemanlarının imalatında sarıçam odunun kullanılması önerilebilir.

Anahtar Kelimeler

• Ön ısıl işlem
• ağaç modifikasyonu
• meşe taneni
• elastikiyet modülü
• eğilme direnci

Kaynakça

1. Kurtoğlu A., Ağaç Malzeme Yüzey İşlemleri ve Genel Bilgiler, İstanbul Orman Fakültesi Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü, (2000) 31-32.
2. Beceren R., Mimaride Ahşap, Bursa Güney Marmara Mimarlık Dergisi, 35 (2000) 12-14.
3. Ayar S. (2008). Basınç ve Bekletme Süresinin Emprenye Maddelerinin Ağaç Malzemeye Nüfuzuna Etkisinin Belirlenmesi, Bilim Uzmanlığı Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
4. Bourgois J., Bartholin M., Guyonnet R., Thermal treatment of wood: analysis of the obtained product, Wood Science and Technology, 23 (1989) 303-310.
5. Mayes D., Oksanen O., Thermowood Handbook, Finnforest, (2002) 5-15.
6. Viitaniemi P., New properties for thermally-treated wood, Indust Horizons, (2000) 9-13.
7. Özçifçi A., Altun S., Yapıcı F., Isıl İşlem Uygulamasının Ağaç Malzemenin Teknolojik Özelliklerine Etkisi, Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, (2009) 13-15.
8. Hillis W.E., High temperature and chemical effects on wood stability, Wood Science and Technology, 8 No. 4 (1984) 281-293.

9. Aydemir D., Gündüz G., Ahşabın Fiziksel, Kimyasal, Mekaniksel ve Biyolojik Özellikleri Üzerine Isıyla Muamelenin Etkisi, Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 11 No. 15 (2009) 61-70.
10. Jones D., Suttie E., Ala-Viikari J., Bergstrom N., Mayes D., The commercialisation of ThermoWood products, International Research Group on Wood Preservation, Doc. No. IRG/WP 06-40339, (2006).
11. Doruk Ş., Perçin O., Isıl Işlemin Bazı Ağaç Malzemelerin Eğilme ve Basınç Direncine Etkileri, Politeknik Dergisi, 13 No. 2 (2010) 143-150.
12. Patcharawijit A., Choodum N., Yamsaengsung R., Effects of superheated steam treatment on moisture adsorption and mechanical properties of pre-dried rubberwood, Drying Technology, 37 No. 13 (2018) 1647-1655.
13. Kaymakci A., Bayram B.Ç., Evaluation of Heat Treatment Parameters' Effect on Some Physical and Mechanical Properties of Poplar Wood with Multi-criteria Decision Making Techniques, BioResources, 16 No. 3 (2021) 4693-4703.
14. Perçin O., Altunok M., Doruk Ş., Saçlı C., Emprenye ve Isıl İşlemin Kayın Ağacının Bazı Mekanik Özelliklerine Etkisi, İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi, 6 No. 3 (2017) 494-502.
15. Lopes D.J., Barnes H.M., Bobadilha G., Influence of Heat Treatment and Tannin Impregnation on Boron Depletion and Wood Durability, Forests, 11 No. 2 (2020) 201-213.
16. Voss K. Heat treatment of hardboards, Holz Roh-u, Werkstoff, (1952).
17. Xu J., Zhang Y., Shen Y., Li C., Wang Y., Ma Z., Sun W., New perspective on wood thermal modification: Relevance between the evolution of chemical structure and physical-mechanical properties, and online analysis of release of VOCs, Polymers, 11 No. 7 (2019) 1145-1164.
18. Gündüz G., Aydemir D., Onat S.M., Akgün K., The effects of tannin and thermal treatment on physical and mechanical properties of laminated chestnut wood composites. BioResources, 6 No. 2 (2011) 1543-1555.
19. TS 2470 (1976). Odunda Fiziksel Ve Mekaniksel Deneyler Için Numune Alma Metotları ve Genel Özellikler, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye.
20. TS 53 (1981). Odunun Fiziksel Özeliklerini Tayin Için Numune Alma, Muayene ve Deney Metotları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye .
21. TS EN 386 (2006). Tutkallanmış Lâmine Kereste- Performans Özellikleri ve Asgarî İmalât Şartları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye.
22. TS 2474 (1976). Odunun Statik Eğilme Dayanımının Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye.
23. TS 2478 (1976). Odunun Statik Eğilmede Elastikiyet Modülünün Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye.
24. Keskin H., Dağlıoğlu N., Bazı odun türlerinde tanalit-e emprenye maddesinin eğilme direnci ve eğilmede elastiklik modülüne etkileri, Artvin Çoruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 17 No. 1 (2016) 62-69.
25. Aydemir D., Bürüç G., Bakır K., Doğu Kayını ve Saplı Meşe Odunlarının Bazı Özellikleri Üzerine Isıl İşlemin Etkisi, Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 21 No. 3 (2019) 713-721.
26. Bozkurt A.Y., Erdin N., (2011). Ağaç Teknolojisi, İstanbul Üniversitesi Basım ve Yayımevi, İstanbul, Türkiye.
27. Palka L., Predicting the effect of specific gravity, moisture content, temperature and strain rate on the elastic properties of softwoods, Wood Science and Technology, 7 No. 2 (1973) 127-141.
28. Hernández R.E., Passarini L., Koubaa A., Effects of temperature and moisture content on selected wood mechanical properties involved in the chipping process, Wood Science and Technology, 48 No. 6 (2014) 1281-1301.
29. Glass S., Zelinka S., Moisture relations and physical properties of wood, General Technical Report FPL–GTR–282, Chapter 4 (2021) 1-19.
30. Gerhards C.C., Effect of moisture content and temperature on the mechanical properties of wood: an analysis of immediate effects. Wood and Fiber Science, 14 No. 1 (1982) 4-36.