Zagrożenia drewna polichromowanego przez fluktuacje wilgotności względnej Michał Łukomski Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN w Krakowie
Powstawanie i rozwój defektów warstw dekoracyjnych mechanizm zniszczenia Różna odpowiedź metryczna materiałów na bodźce środowiskowe (T, RH)
Mechanika polichromowanego drewna - pytania 1. Ile wynosi krytyczna wartość odkształcenia drewnianego podłoża dla którego następuje uszkodzenie warstwy dekoracyjnej 2. Jak krytyczna wartość odkształcenia zależy od liczby powtarzających się cykli krzywa zmęczeniowa
Metoda eksperymentalna Rozciąganie lub zgniatanie drewnianego podłoża w w celu imitacji wielokrotnie powtarzających się, wywołanych warunkami mikroklimatycznymi zmian metrycznych Monitorowanie rozwoju mikro - uszkodzeń warstwy dekoracyjnej
Próbka imitująca obraz na desce drewno lipowe warstwa kleju zwierzęcego grunt malarski (białe pole) farba alkidowa (czerwone pole) kierunek włókien drewna ekstensometr
Bezpośrednie monitorowanie rozwoju mikro-uszkodzeń powierzchni przy życiu Interferometrii Plamkowej: Pomiar jest: - szybki - dokładny - możliwy do przeprowadzenia w obiekcie zabytkowym
Rozciąganie próbki w maszynie testującej (0.4%) - imitacja wywołanych warunkami mikroklimatycznymi zmian metrycznych
Rozwój uszkodzeń warstwy malarskiej podczas cyklicznego rozciągania drewna (amplituda 0.25%)
Sumaryczna długość pęknięć w funkcji liczby cykli (50% RH) amplituda rozcigania 350 0.5% 0.35% Sumaryczna dugość pęknięć [mm] 300 250 200 150 100 50 0 0.4% 0.25% 0.15% -50 1 10 100 1000 10000 Liczba cykli
Krzywa zmęczeniowa: wartość krytycznej zmiany wymiarowej dla cyklicznie powtarzanego bodźca 0,55 0,50 0,45 Amplituda rozciągania (%) 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 Liczba cykli
Wyznaczona eksperymentalnie krytyczna wartość odkształcenia około 0.2% - potwierdzone eksperymentalnie kryterium zniszczenia gruntu malarskiego (punkt plastyczności ~ 0.25%) To kryterium jest bardzo konserwatywne: poniżej 0.2% odkształcenia nie zaobserwowano żadnych mikrouszkodzeń w 36 000 cyklach (co odpowiada 100 latom dziennych wahań wilgotności)
Zniszczenie jest skorelowane ze strukturą drewna ESPI Termografia
Problem eksperymentalny Jaka jest wartość lokalnego odkształcenia drewna pod wpływem: 5 cm -przyłożonej siły -adsorpcji pary wodnej
Projekt Climate and dimensional changes in painted wood NIKU and Norwegian Building Research Institute, 1999-2001 Optyczne skanowanie powierzchni polichromowanego drewna - szybka odpowiedź powierzchni na zmiany wilgotności - duży rozrzut wartości odkształceń powierzchni pomiędzy znacznikami
Eksperyment Interferomeria plamkowa zastosowana do pomiaru lokalnego pola odkształceń obiektu Henk Schellen Eric Wijen Department of Architecture, Building and Planning
Test rozciągania (drewno lipowe) 0,4 0,3 Siła [kn] 0,2 0,1 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Odkształcenie [%]
Deformacja Lokalne odkształcenie
Pole lokalnych odkształceń w teście na rozciąganie 0,2 0,3 0,4 Odkształcenie strain [%]
Test rozciągania - wyniki Suma lokalnych odkształceń jest równa całkowitej deformacji próbki makrofotografia 1 x 1 cm Pole lokalnych odkształceń odpowiada strukturze przyrostów rocznych drewna deformacja pole lokalnych odkształceń Zdjęcie rentgenowskie
Test wilgotnościowy (drewno lipowe) Przygotowanie próbki: 80% RH, T=20 0 C (24h) Warunki pomiarowe: T = 20 0 C, RH = 20% Przez 15 godzin monitorowano wywołany schnięciem skurcz próbki
Deformacja Lokalne odkształcenie
Pole lokalnych odkształceń w teście wilgotnościowym -0,25-0,20-0,15 Odkształcenie strain [%]
Pole lokalnych odkształceń podczas dochodzenia próbki do równowagi z otoczeniem Odksztacenie [%] 0,4 0,3 0,2 0,1 Zmiana wymiarowa 0 2 4 6 8 Y [mm] czas
Znormalizowane odkształcenia wzdłuż przekroju drewna podczas całego testu 0,45 Odkształcenie [%] 0,40 0,35 0,30 0,25 0 2 4 6 8 Y[mm]
Maksymalne lokalne odkształcenie podłoża stanowi kryterium uszkodzenia warstwy malarskiej odkształcenie [%] 0,3 0,2 0,1 0.26% 0.24% test wilgotnościowy test rozciągania 2 4 6 8 Y[mm]
Pomiar lokalnego pola odkształceń - wnioski Minimalna i maksymalna wartość lokalnego odkształcenia drewna jest taka sama w teście mechanicznym i wilgotnościowym Możliwe jest więc mechaniczne symulowanie wywołanych bodźcami klimatycznymi procesów zmęczeniowych Konieczne jest potwierdzenie powyższych obserwacji dla innych niż lipa gatunków drewna (topola, dąb)
Kolejny krok dozwolone wahania wilgotności względnej Globalna, uśredniona po wielu przyrostach rocznych, deformacja podłoża mniejsza od 0.2% nie powoduje powstawania mikrouszkodzeń warstwy dekoracyjnej w 36.000 cykli Jakiej wartości fluktuacji wilgotności względnej odpowiada taka deformacja?