Kyllästetty puupylväs sähkö- ja telejohdon osana

TEKNILLINEN KORKEAKOULU Sähköteknillinen osasto

DIPLOM IT YÖ

Lahti , Jarmo Aarne

Kyllästetty puupylväs sähkö- Ja telejohdon osana.

Annettu 13.9.1977 '

Jätettävä tarkastettavaksi viimeistään 28.2.1978.

Diplomityön suoritusohjeet annettu.

Seminaariesitelmä pidetty

Jätetty tarkastettavaksi Tarkastettu ^ Arvosana ¿¿¿l.

Teknillisen korkeakoulun

Sähkötä, usastön

käsikirj asto

11700

i

ALKULAUSE

Aiheen tähän työhön olen saanut professori Jorma Mörskyltä, joka toimi myös työn johtajana. Työn ohjaajana toimi DI Mart­

ti Aro. Esitän tässä heille parhaat kiitokseni kaikesta saa­

mastani arvokkaasta avusta.

Tahdon kiittää myös Osuuspuu Oy:tä ja sen johtoa, joka tuki työtä taloudellisesti ja mistä mm. koekappaleet olivat pe­

räisin.

Lopuksi lausun kiitokset sähkölaitoslaboratorion koko henki­

lökunnalle, erityisesti teknikoille Väinö Mäkinen ja -Eino Helin, joiden apu oli arvokasta mittauksia tehtäessä.

Helsingissä, 27.2.1978

Jarmo Lahti

Viljelijäntie 4-6 В 36 00390 Helsinki 39

I

I II

SISÄLLYSLUETTELO,

ALKULAUSE I

SISÄLLYSLUETTELO 1 II

MATEM AA1TTISET MERKIT VI

t. JOHDANTO 1

1.1. Yleistä i 1

1 .2. Työn määrittely ja rajaus 1

2. PUUN OMINAISUUKSISTA 3

cv

Rakenne ja kemiallinen koostumus 3

2.1.1. Solurakenne 3

2.1.2. Tiheys 4

2.1.3• Kosteus 5

2.1.4. Puun kemiallinen koostumus 6

2.2. Mekaaniset ominaisuudet 7

2.2.1. Yleistä 7

2.2.2, Vetolujuus 9

2.2.3. Puristuslujuus 10

2.2.4. Taivutuslujuus 10

2.2.5. Kosteuden ja lämpötilan vaikutus puun

mekaanisiin ominaisuuksiin 12

2.3. Sähköiset ominaisuudet 15

2.3.1. Tasasähkdominaisuudet 15 2.3.2. Vaihtosähköominaisuudet 20

a) Resistanssi 20

b) Kapasitanssi 20

c) Tehokerroin 24

2.3.3. Pietsosähköiset ominaisuudet 25

3. PUUN KYLLÄSTÄMINEN 27

3.1. Yleistä 27

3.2. Kyllästeet 27

3.2.1. Kreosootti 27

3.2.2. Suolaky1lästeet 28

a) Kupari-kromi-arseeni -yhdisteet 28 ' b) Arseonittomat kyllästeet 28 c) Kiinnittyvät fluoriseokset 28

I , 3.2.3. Höyrystyvät kemikaalit 29

3.3. Kyllästysmenetelmät 29

3.3.1 « fainekyllästys 29

a) Täyssolu- eli Bethell-menetelmä 29

b) Tyhjösolumenetelmät 30

c) Tyhjökyllästys 30

III

d) puserrus- eli E ouch erie-mene t e1 mä 3.3.5. Ylipaineettomat kyllästysmenetelmät 3.3.3. Jälkikyllästys

a) Käärenenet elmä

b) Injektio- eli Cobra-meneteinä c) Ky11ä s t e p at ruunat

d) Höyrystyvät' kemikaalit 3.4. Kyllästyksen vaikutukset

3.4.1. Lahoamisen estyminen

3.4.2. Vaikutukset hyönteisten ja matojen I esiintymiseen

3.4.3. Vaikutukset mekaanisiin ominaisuuksiin 3.4.4. Vaikutukset sähköisiin ominaisuuksiin 3.4.5. Vaikutukset palamisalttiuteen

3.4.6. Ympäristövaikutukset

3.4.7. J ä1kiky11ä st уk s en vaikutukset 4. FДUPYLVÄÄN MEKAANISET OMINAISUUDET

4.1. Pylväsrakenteeseen kohdistuvat rasitukset 4.2. Pylväsrakenteelle ja siinä käytetylle suulle

asetetut vaatimukset

4.3. Erilaisia puupylväsrakenteitä,

4.4., Puupylväiden käyttökelpoisuus:mekaaniset nä­

kökohdat huomioon ottaen

5. PUUPYLVÄSJOHDON SÄHKÖTEKNISIÄ OMINAISUUKSIA 5.1. Avojohtojen janniterasitukset

5.1.1. Yleistä

5.1.2. Salamaniskun aiheuttamat ylijännitteet 5.2. Pylväspalot

5.2.1. Yleistä

5.2.2. Pylväspuun resistanssi

5.2.3- Vuotovirran aiheuttama puun syttyminen 5.2.4. Jakelujohtojen pylväspalot ja niiden

ehkäisy

5.2.5. Voimansiirtoj ohtoj en pylväspalot ja niiden ehkäisy

5.3. Pylväspuun jannit; elujuus ja valokaariominai- suudet,

5.3.1. Vaihtojannitelujuus 5.3.2. Kytkentäjannitelujuus 5.3.3. Syöksyjannitelujuus

5.3.4. Puun vaiokanren sammutuskyky

5.4. Puun eristys- ja vaiokaariominaisuuksien hy­

väksikäyttö ,

30 30 31 31 31 31 32 32 3.2 34 35 36 36 32 38 39 39 40 41 46 47 47 47 47 50 50 51 52 53 55 57 57 57 58

66

69

I IV

!

6 •

7.

5.4.1. Primääri- ja puueristyksen yhdistelmät 5./l.2. Erilaisia nylväskonstruktioita

5.4.3. Kokemuksia ruupylväsjohdoista

5.5. Vtara- ja häiriövaikutukset puupylväsjehdolla 5.5.1. Vaaratekijät pylväässä

5.5.2. Vaikutusten leviäminen 5.5.3. Yhteisnylväsjohdot

5.6. Puupylväsjohtojen suojaukseen vaikuttavia seikkoja

TYÖN YHTEYDESSÄ SUORITETTUJA MITTAUKSIA 6.1. Yleistä

6.1.1. Koekappaleet 6.1.2. Mittauslaitteet 6.1.3. Kosteusmit"tauksista

6.2. Resistanssi- ja kanasitanssimittaukset 6.2.1. Yleistä

6.2.2. Resistanssimittausten tuloksia 6.2.3. Kapasitanssimittausten tuloksia 6.3. Pylväspai okoke e t

6.3.1. Yleistä , 6.3.2. Tuloksia 6.4. J ä n n i t e 1 u j u v. s k o k e e t

6.4.1."Yleistä

69 78 80 81 81 83 91 92 94 94 94 94 95 98 98 99 100 101 101 101 103 103 6.4.2. rylväspuun yli1yentijannitelujuus

syöksyjännitteellä 104

6.4.3. Kytkentäjannitelujuus 107 6.4.4. Eristimen ja puun yhdistelmät 108

a) Kapasitanssi- ja puissigeneraatto­

rd mittauksia 108

b) Koestuksia standardimuotoisella

syöksyjännitteellä 1,2/50 s 109 c) Syöksyjäänitteen rinnan jyrkkyyden

vaikutus 111

6.5. Vertailua kirjallisuustutkimuksen tuloksiin 113 PUUFYLVÄSRAKENTEEN VERTAILU BETONI- JA TERÄS-

PYLVÄISIIN цб

7.1. Mekaaniset ominaisuudet 116

7.2. Sähkötekniset ominaisuudet II7

7.3. Taloudellisuusnäkökohdat 118

7.3.1. Tele- ja pienjannitejohdot 118 7.3.2. Keskijännitejohdot II9

i 7.3.3. Voimansiirtojohdot 121

7.3.4. Huoltotyöt

V

8. YHTEENVETO

LÄHDELUETTELO 126

1 27

I

!

!

f

VI

MATEMAATTISET MERKIT

A poikkileikkauksen pinta-ala

salamaniskun vaikutusala (johdon jänteellä) b alaindeksi: betoni, taivutus, lujuus 1

C kapasitanssi

O A c valon nopeus (3*10■ ms" )

alaindeksi: puristus

Cg eristimen hajakapasitanssi maahan eristimen kapasitanssi

Cg puuosán haj akapasitanssi maahan Cw puuosan sisäinen kapasitanssi

metalliorren kapasitanssi maahan D pylvään alapään,halkaisija

d pylvään yläpään halkaisija

de pylvään ekvivalenttihalkaisij a E sähkökentän voimakkuus

j ännite

kimmokerroin E voima

yhdistelmän jähnitelujuuden suhde komponenttien jänni- telujuuksien summaan

f taajuus

h pylvään maan yläpuolisen osan korkeus johtimen korkeus

Hs ukkosköyden keskimääräinen korkeus jänteessä pylvään kokonaiskorkeus

I virta

purkausvirran amplitudi i alaindeksi: eristin

Iq kapasitiivinen vuotovirta

ic kapasitiivinen varausvirta johtimen ja pylvään välillä ipm s aiamapurkauqvirran yhden pylvään kautta kulkevan kom­

ponentin amplitudi Ijj résistiivinen vuotovirta

ig johdolla tapahtuneen ëaiamapurkauksen sähköasemalla ha­

vaittava komponentti

^tm 5amapurkauksen kokonaispurkausvirran amplitudi K puun kosteus

K1 ., „К4 kreosootti.kyllästettyjä pylväitä

Kq oletettu vakiojannitegradientti maadoituselektrodin lä­

hellä

I

VII j II

L puun pituusakseli ¡ ¡ johdon jänteen oituus

, * i

induktanssi

j oh tiihen it sei sinduk tanssi valokaaren pituus

M t aivutusmoment ti m massa ,

m alaindeksi: ihmisen keho (uuni)kuivan puun massa m kostean puun massa

m

P patoteho puristus

p todennäköisyys

alaindeksi: pylvään maadoitus R resistanssi

r puun säteen suuntainen akseli alaindeksi : suhteellinen

kuormituksen resistanssi Rp pylvään maadoitusrpnistanssi Ru ukkosköyden resistanssi

Rv vikaresist anssi Rw puuosan resistanssi

S syöksyäsi1on rinnan jyrkkyys s keskihajonnan estimaatti

S1,S2 suolakyllästettyjä pylväitä T lämpötila

aikavakio

alaindeksi: kokonais- t aika

aiaindeksi: veto U jännite

jännitelujuus u jännite

U. erist imen jännite(lujuus)

UT eristeyhdistelmän. jännite(lujuus) U ouuosan jonnite(luj uus)

U^q 50 % ylilyöntijännite

Uq maadoituksessa .'tapahtuva jännitehäviö v nopeus

aiaindeksi: vika- W taivutusvastus w alaindeksi: puuosa X reaktanssi

- VIII

x puun vuosirenkaan tangentin suunta y puun pituusakselin suunta

salamaniskun kohtisuora etäisyys johdosta Z impedanssi

johdon aaltoimpedanssi z puun säteen suunta Zj johdon impedanssi Z ukkosköyden impedanssi

Zq pystysuoran salamapurkauksen aaltoimpedanssi

*

6

£

Iх

№

У

?o Г

У CO

kimmovakio liukuma

I 1

j ohtavuus

häviö kulma (90° -J>)

venymä |

(suhteellinen) permittiviteetti suhteellinen pérmittiviteetti

tyhjön permittiviteetti ( = 8,85•10”^ F/m) pylväspuun hoikkuus

permeabiliteetti

tyhjön permeabiliteetti (= 4Tl 10*"^ H/m) tiheys

resistiivisyys

uunikuivan puun tiheys

jännitys i i

leikkausjännitys

vaihtovirran ja -jännitteen välinen vaiheensiirtokulma kulma'taajuus ( =21Îf)

nurjahduskerroin

1-

1. JOHDANTO 1.1. Yleistä

Sähkövoiman siirron ja jakelun historian alusta lähtien puu on ollut tärkeä pylväsmateriaali. Vasta myöhemmin, yhä suu­

renevien jännitteiden vaatiessa suurempia johdinten etäi- syyksiä maasta, ovat mukaan tulleet teräksiset ja betoniset pylväsrakenteet.

Sähkö- ja telejohtojen pylväiden pääasiallinen tehtävä on johtimien kannatus niin, että johdinten keskinäiset ja joh­

dinten ja maan väliset etäisyydet pysyvät luotettavasti va­

kioina. Jännitteisten johtimien eristämisestä pitävät huolen varsinaiset, yleensä posliiniset,eristimet tai ilmakaapeleil la muovinen vaippa.

Mutta pylväsmateriaali vaikuttaa myös johdon sähköteknilli­

siin ominaisuuksiin. Kuiva puu on hyvä eriste, sensijaan te­

räs- ja teräsbetonipylväät eivät lisää johtimen ja maan vä­

listä jännitelujuutta varsinaisen eristyksen määräämältä ta­

solta. Puussa kulkevan valokaaren jännite on suurempi kuin ilmassa, joten puussa se sammuu helpommin. Puun suurimpana haittapuolena sähköteknilliseltä kannalta on sen syttymis- mahdollisuus esimerkiksi vuotovirtojen vaikutuksesta.

Nykyaikaisilla painekyllästysmenetelmillä käsitelty puu säi­

lyttää mekaanisen lujuutensa huomattavasti kauemmin kuin kä­

sittelemätön puu, joten pylväsmateriaalin valinnassa on tär­

keä merkitys taloudellisuusnäkökohtien lisäksi pylväsmateri­

aalin sähköteknillisillä ominaisuuksilla. Kun eri materiaa­

lien mekaaniset ja sähkötekniset ominaisuudet tiedetään, on mahdollista löytää kokonaisvaltainen optimiratkaisu johdon rakentamiseksi.

1.2. Työn määrittely ja rajaus

Tämän työn tarkoitus on esitellä kyllästetyn puun ominaisuuk siä lähinnä ajatellen puuta sähkö- ja telejohtojen pylväs- materiaalina. Pääasiallinen huomio kiinnitetään puun ja puu-

pylvään sähköteknisiin ominaisuuksiin sekä siihen, miten ne vaikuttavat koko johdon ja sen ympäristön ominaisuuksiin.

2

Pyiväspuun resistanssia ja sen vaikutusta mm. vuotovirtoihin ja niiden aiheuttamiin pylväspaloihin käsitellään lähemmin.

Myös puun hyödyllisimpiä ominaisuuksia, jännitelujuutta ja valokaaren sammutuskykyä, ja niiden hyväksikäyttötnahdolli- suuksia tutkitaan.

Työssä esitellään lyhyesti myös kyllästys ja sen vaikutukset muihinkin kuin sähköteknisiin ominaisuuksiin, kuten myös hy- väksihavaittuja puupylväsrakenteita ja niistä saatuja koke­

muksia.

Lopuksi vertaillaan lyhyesti puu-, betoni- ja teräspylväs- rakennetta mekaanisten, sähköteknisten ja taloudellisten omi­

naisuuksien suhteen.

Työn aiheesta johtuen se on jouduttu suorittamaan pääasiassa kirjallisuustutkimuksena. Työn yhteydessä suoritettiin kui­

tenkin myös mittauksia kotimaisilla painekyllästetyillä suo­

la- ja kreosoottipylväillä. Mittauksien tulokset ja niiden vertailu kirjallisuustutkimuksen tuloksiin muodostavat osan työstä.

- 3 -

2. PUUN OMINAISUUKSISTA

2.1. Rakenne ja kemiallinen koostumus 2.1.1. Solurakenne

Havupuun ja lehtipuun kemiallinen koostumus ja solurakenne ovat erilaisia. Tästä syystä eri puulajien kosteuden ja kyl­

lästeiden imeytymis- ja sitoutumisominaisuudet ja tätä kaut­

ta myös sähköiset ominaisuudet ovat erilaiset.

Pint apuun (kuva 1) kosteus on yleensä suurempi kuin sydän- puun, joka puolestaan kuivuu hitaammin. Kylläste imeytyy pääasiallisesti pintapuuhun.

Tyypillinen havupuun solurakenne näkyy kuvassa 2. Pituus­

suuntaan kulkevien kuitumaisten solujen eli trakeidien pi­

tuus on luokkaa 2,5...6,4 mm ja halkaisija noin sadasosa pi­

tuudesta. Kuvassa 3 näkyy lehtipuun solurakenne, joka on e- dellistä monimutkaisempi. Huomattavin ero on pituussuuntaan kulkevat suonet, joiden halkaisija saattaa olla jopa 0,25 mm,

---Kambium kerros

Kuva 1. Puun rungon poikkileikkaus /1/

- 4 -

Kuva 2. Mikroskooppikuva havupuusta /1 /

2.1.2. Tiheys

Erot solurakenteessa sekä tästä johtuva erilainen kosteus aiheuttavat laajaa vaihtelua puun tiheydessä (taulukko 1).

Havupuut ovat keskimäärin kevyempiä kuin lehtipuut. Kesäpuu

- 5 -

on kevätpuuta painavampaa j a havupuilla tämä suhde on suu­

rempi .

Taulukko 1. Muutamien puulajien kevät- ja kesäpuun tiheyk- sien keskiarvoja /2/___________________

Puulaji Tiheys 5>, Kevätpuu

O g/ cnr

Kesäpuu

Kuusi 0,31 0,60

0,35 0,87

kevyt puu 0,29 0,82

raskas puu 0,38 0,91

puristettu puu 0,41 0,67 Mänty

0,36

pintapuu 0,90

sydänpuu 0,34 0,81

0,34 0,83

Tammi 0,31 0,89

0,45 0,93

Pyökki 0,50 0,75

0,54 0,88

2.1.3. Kosteus

Puun kosteus K määritellään yleisesti:

K

ram - m.

m.k

100

%, (

)

missä mm on kostean puun massa ja m^ on uunikuivan puun massa.

Puun kosteus riippuu paitsi kastelusta (sade) myös ympäröi­

vän ilman suhteellisesta kosteudesta (kuva 4).

Kuva 4. Käsittelemättö­

män ja kuumakäsitellyn puun kosteus jatkuvuus- tilassa ilman suhteelli­

sen kosteuden funktiona +20 °G lämpötilassa /2/

Kosteus ilmenee puussa kolmessa muodossa: vapaana vetenä

soluonkaloissa, vesihöyrynä soluonkaloiden nesteiltä vapais­

sa osissa ja hygroskooppisena eli sitoutuneena vetenä pääasi assa selluloosaan ja hemiselluloosaan absorboituneena. Kui- tuk.yllästymispisteeksi sanotaan kosteutta, jossa solun sei­

nämät ovat kyllästyneet sitoutuneesta vedestä mutta soluonka loissa ei ole vapaata vettä. 1'ämä vaihtelee suuresti, mutta on tavallisesti luokkaa 2J...34 %.

Soluseinämissä olevien mikroskooppisten huokosten ja soluon­

kaloiden kokoerosta johtuu, että moni puun ominaisuus muut­

tuu epäjatkuvasti kosteuden ohittaessa kuitukyllästymispis- teen.

Kosteuden vaihtelu puun pituusakselin suuntaan on melko pien tä. Säteissuuntaan on eroja riippuen puulaadusta ja mahdol­

lisesta puun käsittelystä, esimerkiksi kyllästyksestä. Suu­

rimmat muutokset tapahtuvat uloimmassa 2...3 cm kerrokses­

sa /4/.

2.1.4# Puun kemiallinen koostumus

Puuaines sisältää noin 50 % hiiltä, 43...44 % happea ja 5...6 % vetyä, muita alkuaineita puussa on alle 5 %. Eri puulajien alkuainekoostumus on hyvin samanlainen.

Alkuaineet ovat liittyneet eri tavoin monimutkaisiksi yhdis­

teiksi (taulukko 2), joiden kaikkien rakennetta ei ole vielä edes täysin selvitetty.

Taulukko 2. Suomalaisten puiden keskimääräiset kemialliset koostumukset /3/.

- 6 -

Mänty, % Kuusi, % Koivu, %

Selluloosaa 44 43 40

Hemiselluloosaa 26 27 39

Ligniiniä 27,8 28,6 19,5

Uuteaineita 5,3 _{1 ,8} 3,1

Tuhkaa 0,4 0,4 0,3

Suurimmat erot havupuiden ja lehtipuiden välillä on hemisel- luloosan ja ligniinin määrissä.

JsnnHys

- 7 -

2.2. Mekaaniset ominaisuudet 2.2.1 . Yleistä

Puulle on voimassa Hooken laki

£ =<c<f = -f- , (2)

missä 6 on pituuden suhteellinen muutos eli venymä, veny­

män suuntainen jännitys, oc kimmovakio ja E = 1Лс kimmoker­

roin.

Puun kimmokertoimet vedossa, puristuksessa ja taivutuksessa ovat likipitäen samat, mutta kimmoisuusraja on huomattavas­

ti pienempi puristuksessa kuin vedossa (kuva 5).

075 % WO

Kuva 5. Jännitys venymän funktiona puulla /2/

Hieman idealisoituna puun runkoa voidaan pitää lieriösym- metrisenä (kuva 6a).

Kuva 6. Puun pääakselit ja -tasot

8

Lieriösymmetrisyys käy ilmi monista puun ominaisuuksista, kuten lämmön ja sähkön johtavuudesta, elastisuudesta ja lu­

juudesta.

Jos kuvan 6a tapauksessa erotetaan rungosta jonkin matkan päässä akselista L pieni kuutio (kuva 6b), saadaan lähes suorakulmaiseen koordinaatistoon sopiva tapaus ja. matemaat­

tinen käsittely muuttuu yksinkertaisemmaksi.

Suorakulmaisessa tapauksessa materiaalilla on 9 riippumaton ta kimmovakiota, jolloin Hooken laki (2) saadaan muotoon:

£x - S11 «"x +

£y S21 ^x +

£z = S31 ^x +

^yz °44 ^yz

^zx " s55 ^zx

*xy s66 ^xy

S12 ^y + 813*z s22 ^ y + s23 * z З32б> y + B33a'z

(3)

missa s^ = s Kuusi jännityskomponenttia e*

Tzx'

X* ^y* ^z* vyz ja ovat lineaarikombinaatioita kuudesta venymä-

T,, ХУ

komponentista £

X’ "y* zx! 'yz ja V

Taulukko 3» Eri puulajien kimmovakioita /2 ym./

Puulaji Tiheys Kosteus

s'11s22

S33

s44 s55s66

Ex ~ 1/s11 Ey - /s22 bz ™ ,/s33 g/cm^

% 2

mm /kN 1 kN/mm2

Kuusi 0,43 12 2,0795

0,0741 1 ,1213

1,3863 31 ,2946 1,9980

0,481 13,495

0,892 Mänty

(ulkom.

tutk.)

0,54 9,7 1,7533 0,0614 0,9072

0,5739 15,0866 1,4883

0,570 16,287 1,102 Koivu 0,62 8,8 1,6208

0,0612 0,9052

0,8522 5,3721 1,1009

0,617 16,350 1 ,105 Saarni 0,80 14 1,0296

0,0667 0,6096

1 ,1621 3,9959 1,6412

0,971 15,000

1 ,641 Mänty

(suom.

tutk.)

0,50 6... 8 0,787

13,126 1,353 Taulukosta 3 nähdään, että syitä vastaan (suunnassa z

tai x) kimmokertoiraet ovat pienemmät kuin syiden suuntaan, E^» Ez > E^. Suhde E^/E^ vaihtelee havupuilla välillä 41 ...182 ja lehtipuilla välillä 12...62. Suuret erot ilmai­

sevat selvästi puun anisotrooppisen luonteen. Epäorgaanisil la suorakulmaisilla kiteillä suurimman kimmovakion suhde pienimpään ei milloinkaan ole suurempi kuin 2.

2.2.2. Vetolujuus

Puun vetolujuus syiden suuntaa on suuri, ilmakuivatussa ti­

lassa (kosteus noin 12 %) jopa 0,294 kN/mm2. Erotettujen O puukuitujen vetolujuus on vielä suurempi (0,2...1,3 kN/mm ) Taulukossa 4 on esitetty eräiden puulajien kuitujen kimmo­

kerroin ja vetolujuus.

- 9 -

Taulukko 4. Eräiden puulajien kuitujen kimmokertoimia ja vetolujuuksia /2/

Puulaji Kimmokerroin

kN/mm2

Vetolujuus kN/mm2 Amerikkalainen mänty

Pinus monticola

Kevätpuu, keskiarvo vaihtelu Kesäpuu, keskiarvo

' vaihtelu

18,25

13,73...30,12 16,38

7,06...28,55

0,414

0,289...0,503 0,455

0,345...0,524 Sitka-kuusi

Picea sitchensis

Kevätpuu, keskiarvo vaihtelu Kesäpuu, keskiarvo

vaihtelu

29,33

22.56.. .42.48 35,41

23.54.. .51.40

0,807

0,531...1,207 0,890

0,572. ..1,138 Do iglas-kuusi

Pseudotsuga

Kevätpuu, keskiarvo vaihtelu Kesäpuu, keskiarvo

vaihtelu

18,25

11,58...32,86 43,75

28,45.•.66,02

0,352

0,289...0,400 0,979

0,786...1,276 Puulajien väliset erot ovat suuret. Myös saman puulajin kevät- ja kesäpuun .kuitujen välillä on suuria eroja.

Vertailun vuoksi voidaan todeta, että rakennateräksen ve- tolujuus on 0,51...0,61 klVmm ja murtumispituus 6,7...8 km Murtumispit aus on se,pituus, jolla materiaali katkeaa omas­

ta painostaan. Havupuilla se on 11 ...30 km ja lehtipuilla 7... 30 km.

Puu on siis vetolujuudeltaan suhteellisen vahva materiaali

10

Tätä ei voida kuitenkaan täysin käyttää hyödyksi rakentami­

sessa lähinnä puun epähomogeenisuuden takia.

2.2.3. Puristuslujuus

Yleensä puulla syiden suuntainen puristuslujuus on likimain puolet syiden suuntaisesta vetolujuudesta (kuva 7).

:m--

= soo

"о гсо

100 m 300 tío 500 000 kp/cm1⁸⁰⁰

Puño tus lujuus

Kuva 7. Lehti- ja havupuiden kes­

kimääräisten vetolujuuksien ja pu- ristuslujuuksien nuhteita /2/

Kuvasta 8 ilmenee kosteuden vaikutus veto- ja puristuslujuuk­

sien suhteeseen.

Kuusi ,

;s л го гг гл геТгв

Kuva 8. Vetolujuuden suhde puristuslujuuteen kosteuden funktiona kuusella ja pyö­

killä /2/

2.2.4. Taivutuslujuus

Ero puun vetolujuuden ja puristuslujuuden välillä määrää puun käyttäytymisen taivutuksessa. Kuvassa 9 on esitetty taivutuslujuuden suhde puristuslujuuteen. Keskimäärin tämä suhde on 1,75.

TaivutuslujuusTaivutuslujuusTaivutuslujuusJbb

11

Kuva 9. Ilmakuivatun eurooppalaisen männyn taivutus- ja puristus- lujuuksien suhde /2/

Kuvasta 10 käy ilmi kosteuden vaikutus taivutuslujuuteen.

Kuva 10. Taivutuslujuus kosteu­

den funktiona /2/

a) mänty ja saarni

h) pyökki 9 9

(1000 кр/спГ = 0,098 kN/mnr)

12

2.2.5. Kosteuden ja lämpötilan vaikutus puun mekaanisiin ominaisuuksiin

Puun mekaanisiin ominaisuuksiin vaikuttavia tekijöitä ovat mm. tarkastelusuunta syiden suuntaan nähden, pu an tiheys, kosteus, lämpötila sekä oksankohdat ja uurteet, joista kos­

teuden ja lämpötilan vaikutusta tarkastellaan seuraavassa lyhyesti.

a) Kimmokertoimet

Kosteuden vaikutus kimmo-ominaisuuksiin kuitukyllästymis- pisteen yläpuolella on varsin vähäinen, sensijaan alapuo­

lella kutistuminen ja turpoaminen vaikuttavat kasvattaen ja vähentäen jäykkyyttä (kuva 11).

MO oso oso Kostens

Tiheys

ea,

EI no m

Kuva 11♦ Kuusipuun syi­

den suuntainen kimmoker­

roin kosteuden funktio­

na /2Л 9

100*1 (К кр/спГ = 9,81 kN/nmi

Puulla, kuten kaikilla kiinteillä aineilla, lujuus ja jäyk­

kyys vähenevät lämpötilan noustessa (kuva 12).

Kuva 12. Taivutuskokeissa saatu männyn syiden suuntai­

nen kimmokerroin lämpöti­

lan funktiona /2/

Kuvassa 13 on esitetty lämpötilan ja kosteuden yhteinen vai­

kutus kimmokertoimeen.

Käytännön olosuhteissa korkeat lämpötilat kuivattavat puuta ja kuivumisen aiheuttama kimmok ert oimen suurentuminen kompen­

soi lämpötilan suurenemisen aiheuttamaa kimmokertoimen pie­

nentymistä.

- 13 -

50 “C 50

Kuva 13. Puun kimmokertoimen suhteellinen arvo lämpötilan funktiona, parametrina kos­

teus /2/

b) Vetolujuus

Kosteuden kasvaessa arvosta noin 10% kuitukyllästyrnispis- teeseen vetolujuus pienenee lähes lineaarisesti (kuva 14).

Ka hus

m

Kuva 14. Männyn syiden suun­

tainen vetolujuus kosteuden funktiona /2/

Lämpötilan vaikutus vetolujuuteen on paljon pienempi (kuva 15).

Kuva 15. Männyn syiden suun täinen vetolujuus lämpöti­

lan funktiona /2/

c) Puristuslujuus

Puristuslujuus kasvaa puun kuivuessa kuitukyllästymispis-

- H -

teen alapuolella, yläpuolella kosteuden vaikutus on lähes olematon (kuva 16).

SO % 100

Kuva 16. Eräiden puula­

jien puristuslujuus kos­

teuden funktiona /2/

1000 kp/cm2 = 0,098 кТТ/mm2

Lämpötilan vaikutus puristuslujuuteen laajassa lämpötila- alueessa käy ilmi kuvasta 17.

Lämpötila

Kuva 17« Eräiden puulajien puris­

tusluj uus uunikuivana lämpötilan funktiona. Pyökillä esitetty myös ilmakuivatun puun puristuslujuus /2/

Jäätyneen puun puristuslujuus kosteuden funktiona käyttäy­

tyy eri tavalla kuin veden pysyessä sulana (kuva 18). Erot johtuvat siitä, että jään lujuusominaisuudet poikkeavat puú- kuitujen lujuusominaisuuksista.

Kosteus

Kuva 18. Pyökkipuun puris- tuslujuus jäätyneenä (-42°C) ja sulana (+20°C) kosteuden funktiona /2/

c) Taivutuslujuus

Kosteuden ja lämpötilan vaikutus puun taivutuslujuuteen käy

- 15

ilmi kuvasta 19.

mo'-

5 38000

a moo геооо

w ^T со

20 % 22-20

Kuva 19. Puun taivutuslujuus kosteuden ja läm­

pötilan funkti­

ona /2/

a) Sitka-kuusi b) vuorisaarni

10 000 Ib/sq.in.

= 0,069 kN/mm2

2.3. Sähköiset ominaisuudet 2.3.1. Tasasähköoninaisuudet

Kuiva puu on erinomainen eriste. Kosteuden lisääntyessä resistiivisyys kuitenkin pienenee nopeasti, erityisesti kuitukyllästymispisteen alapuolella.

Sähkön johtumisen soluseinien läpi mahdollistaa ionien ole­

massaolo. Kosteusalueella 0...20 % johtavuuden määrää lä­

hinnä varauksenkulj ettajien lukumäärä puussa, suuremmilla kosteuksilla päätekijäksi muodostuu absorboituneiden ioni­

en erkaantumisaste, joka on niin korkea, että irtaantunei­

den ionien liikkuvuus mahdollistaa suuremman johtavuuden.

Näin ollen mikä tahansa muutos ionikonsentraatiossa, -jakaan­

tumisessa tai molemmissa aiheuttaa sähkönjohtavuuden muu­

toksen.

Kuvassa 20 on esitetty sähkönjohtavuuden logaritmi kosteu­

den funktiona. Kuitukyllästymispisteen alapuolella, kosteus- arvoon noin 30 % asti, näiden kahden suureen välillä on

selvästi lineaarinen riippuvuus :

log)?4 = log1/g> = aK - c (5)

1од(?/Лст)

- 16 -

tai

log ÿ = -aK + c,

( 6 )

missä f' on sähkönjohtavuus, f resistiivisyys, K kosteus ja a sekä c vakioita.

Kuva 20. Mäntypuun sähkönjohtavuuden lo­

garitmi kosteuden funktiona /2/

Kuvassa 21 on esitetty resistiivisyyden logaritmi kosteuden 'funktiona useampien tutkijoiden mittauksien perusteella.

Useimmat kuvaajat ovat hieman käyriä, mutta keskimääräisille hygroskooppisille kosteuksille (8... 18 %) voidaan approksi­

moida kaavan (6) mukainen lineaarinen riippuvuus.

Kuva 21. Puun re­

si st iivi syyden lo­

garitmi kosteuden funktiona /2/

10 rs

Kosteus

Experimento! results by a E ttusser b tbyer-Hets c M Hosselblo/t i,ej A J Stamm

g Tog-Heppenstall Hiruma . Q<0ß

» q -0* O.S

• p - o.e

Laajemmassa kosteusalueessa, aina noin 28 % asti, kaksin­

!og(/i/МЛ)

- 17 -

kertainen logaritminen riippuvuus on parempi approksimaa­

tio :

log( log£ ) = cK.

( 7 )

Kuvasta 22 käy ilmi, kuinka onnistuneesti eräiden tutkijoiden kokeiden tulokset toteuttavat kaavan (7) mukaisen riippu­

vuuden.

Pseudotsuga hxifoiia Britt (Accor­

ding h CS Smts a F. thinlap) Fananum cuphyHum Kun (Accor­

ding to D Norayona murti ¡

-I—r

Kuva 22. Resistiivisyyden ja kosteuden keskinäinen riippuvuus Douglas-kuusella ja eräällä intialaisella puulla /2/

log Cm//o)

Kuitukyllästymispisteen yläpuolella resistiivisyyden loga­

ritmin ja kosteuden keskinäinen riippuvuus on epälineaari­

nen ja kosteuden kasvaessa sen vaikutus vähenee yhä enem­

män. Kosteuden muuttuessa arvosta 0 arvoon 30 % kasvaa joh­

tavuus luokkaa miljoonakertaiseksi, mutta tästä täydelli­

seen vesikyllästykseen noustaessa vain luokkaa viisikymmen- täkertaiseksi.

Oletettaessa johtavuuden aiheutuvan pikemminkin ioneista kuin elektroneista saadaan resistiivisyyden logaritmin, ja kosteuden keskinäiselle riippuvuudelle huoneenlämmössä yh­

tälö

logÇ = G + L/ £w 4 (8)

missä G ja L ovat vakioita ja 3)93-100,0242K/%

( 9 )

puun suhteellinen permittiviteetti. Kuvasta 23 käy ilmi,

18

että yhtälö (8) toteutuu melko hyvin kosteuksilla 0...20 %.

log g - оз;

log g - 7 jf t

П —V — leg ç -25Sу

joskus

Kuva 23» Resistiivisyyden ja kosteuden keskinäinen riippuvuus eräillä puula­

jeilla /2/

Ioneista aiheutuvaan johtavuuteen perustuvia tutkimuksia on tehty kosteusalueella 15...200 % käyttäen hyväksi meri- ja makeaa vettä sekä lyhyt- ja pitkäaikaisia upotuksia ve­

teen. Kokeissa ilmeni, että johtavuuden nousu on karkeasti ottaen verrannollinen veden suolapitoisuuden neliöön. Make­

alla vedellä suoritettu jälkiliotus kasvatti puun resistans­

sin jälleen ainakin kaksinkertaiseksi. Pidemmällä aikavälil­

lä resistanssin kasvu osoittautui olevan riippuvainen puus­

sa olevien vesiliukoisten uutesineiden määristä ja tyypeis­

tä.

Tarkasteltaessa puuta syiden suuntaan on resistiivisyys kar­

keasti ottaen puolet syiden suuntaa vastaan kohtisuorasta resistiivisyydestä (taulukko 5).

Taulukko 5. Syysuunnan vaikutus puun resistiivisyyteen /2/

Puulaji Kosteus Resistanssi, Mil

Syiden Syitä vastaan kohtis.

% suunta sät.s. tang.s.

Setri 14,0 9 22 24

Sitka-kuusi 15,7 10 18 20

Douglas-kuusi 15,3 11 21 23

Taulukon 5 tulokset on saatu mittaamalla pieniä puukappalei­

ta (dimensiot luokkaa 50 mm), jolloin mittauselektrodin vai­

kutus on huomattava. Pitkillä puilla suoritetuissa mittauk­

sissa on todettu syiden suuntaisen resistiivisyyden olevan

- 19

vain noin 5 % syiden suuntaa vastaan kohtisuoraan mitatus­

ta resistiivisyydestä /5/.

Myös lämpötila vaikuttaa jonkin verran tasavirtaresistans- siin. Lämpötilan noustessa resistiivisyys pienenee. Uuni- kuivalle koivupuulle on esitetty resistiivisyyden ja läm­

pötilan välille riippuvuus:

= 10(0»8 + 5000/T)0,01 Am, (10)

missä £ on resistiivisyys ja T lämpötila (K).

Lämpötilan ja kosteuden yhteinen vaikutus resistiivisyyden logaritmiin ilmenee kuvasta 24.

Kuva 24« Resistiivisyyden loga­

ritmi kosteuden ja lämpötilan funktiona Sngelmann-kuusella /2/

Suuremmilla kosteuksilla on selvästi havaittavissa epäjat- kuvuuskohta välillä 0...-10 °C, mikä saattaa johtua veden jäätymisestä ulos soluseinistä jääkiteiksi soluonkaloihin.

Jos puu sisältää vesiliukoisia elektrolyyttejä, kasvaa sen sähkönjohtokyky merkittävästi. Käsittelemättömässä puussa on tavallisesti vain 0,2...0,6 % mineraaleja ja suurin osa niistäkin saattaa olla veteen liukenemattomassa muodossa.

Puun käsittely esimerkiksi vesiliukoisilla lahonestoaineil­

la vaikuttaa merkittävästi sähkönjohtavuuteen. Alhaisen sähkönjohtavuuden omaavat epähygroskooppiset aineet, esimer­

kiksi fenolipohjaiset kyllästeet, pienentävät puun sähkön­

johtavuutta. Erityisen selvä tämä ilmiö on korkeilla ilman­

kos teusarvoilla.

20

2.3.2. Vaihtosähköominaisuudet a) Resistanssi

Puun resistiivisyys suuritaajuisella vaihtovirralla on huo­

mattavan alhainen verrattuna tasavirtaresistiivisyyteen.

Taajuudella 2 MHz suhde on jopa 10"*^ /2/,

Kuvasta 25 ilmenee kosteuden, taajuuden ja syysuunnan vai­

kutus resistiivisyyteen. Kosteuden vaikutus suurtaajuusre- sistiivisyyteen on pieni verrattuna vaikutukseen tasavirta­

resistiivisyyteen siksi, että sekä puu että vesi ovat polaa­

risia yhdisteitä. Pienillä taajuuksilla permittiviteetti on suurin, koska polarisoitumiseen on aikaa, suurilla taajuuk­

silla rajapintapolarisaatio on vähäisempää.

Kuve- 25. Puun resistiivi­

syys suurilla taajuuksil­

la /2/

о г t c s ¡o n n % « Kosteus

Eräässä perusteellisessa tutkimuksessa /5/ on kuitenkin tor dettu pylväspuun kosteusmittarilla saatu tasavirtaresistans- si, meggerillä mitattu resistanssi ja impulssiresistanssi varsin samansuuruisiksi (kuva 26).

b) Kapasitanssi

Puukappale ei ainakaan tavallisilla kosteuksilla ole täysin selvästi resistiivinen eikä kapasitiivinen, vaan se voidaan kuvata sijaiskytkennällä, jossa on resistanssi ja kapasitans­

si rinnan kytkettynä (kuva 27).

Vaihtovirran vaikutuksesta puun molekyylit, joutuvat sykli- ■ seen liikkeeseen, mikä aiheuttaa kitkaa molekyylien sisällä ja niiden välillä. Kitka aiheuttaa lämpenemistä, siis teho- häviön P, joka saadaan:

г x

21

P = E-IR = E-I-cosJ? = E2/R

(11

)

missä E on puuosuuden yli vaikuttava jännite, IR sijaiskyt- kennän resistanssin kautta kulkeva virta, I koko virta, <p näiden kahden virran välinen vaihekulma ja R sijaiskytken- nän resistanssi.

-—♦— impulssin s- —

: » megger

'■ koshusmiji- !

. :

--V-4

Kuva 26. Megger-resistanssi, kosteusmittariresistanssi ja impulssiresistanssi eukalyptuspuulla /5/

lC 'V

cz:

R

a.

AY" ~ 2 J-

LC n Kuva 27. Puukappaleen sijais- / ! kytkentä

<5/ ;

!x? ¡

b.

Sijaiskytkennän kapasitanssi voidaan laskea:

missä E. on puun permittiviteetti, A puukappaleen poikki­

leikkauksen pinta-ala ja 1 puukappaleen pituus.

Kun kapasitanssin C aiheuttama reaktanssi on X^, saadaan

R = tan ¿ = tan(90° - ÿ ) (13)

22

Pienillä kulman <S arvoilla voidaan tehdä approksimointi tan(90° - f) = sin(90° - f) = cos f . ( 14) Kaavoilla (11)...(13) saadaan puussa lämmöksi muuttuvalle teholle P, kun puukappaleen ylitse vaikuttava jannitegra- dientti on E (V/cm):

P = 0,556- E2« f £_r tan<5• 10-1 2 W/cnP (15) missä f on vaihtovirran taajuus (Hz) ja £p puun suhteelli­

nen permittiviteetti.

Kaupallisessa käytössä olevien rakennepuiden suhteellinen permittiviteetti vaihtelee keskimääräisillä tiheyksillä uu- nikuivatussa tilassa välillä 1,8...3,0 kentän ollessa vuosi­

renkaiden säteen suuntainen. Kun kenttä on syiden suuntai­

nen, ovat £r-arvot 30...60 % suurempia.

Taulukossa 6 on esitetty johtavuuden ja suhteellisen permit- tiviteetin arvoja suurilla taajuuksilla.

Taulukko 6. Eräiden kyllästämättornien puiden johtavuus ja suhteellinen permittiviteetti /2/

Puu Kosteus

%

Johtavuus >?

io

8

V1

Suhteellinen permittivi­

teetti £r

Taajuus f, 1Ш Taajuus f MHz

î

1

W

Koivu 0 1 2 3 2,2 2,2 2,2 2,1

5,2 1 ,2 5 8 2,5 2,4 2,3 2,3

7,5 1,5 6 12 2,7 2,6 2,5 2,5

10,7 1 ,7 9 19 4,2 4,1 3,8 3,8

Pyökki 15 0,4 3,6 27 10,2 9,8 9,5 23 2,4 11 ,0 58 16,6 13,9 13,3

60 29 85 220 57 30 26

Mänty 15 0,17 2,8 19 8,1 8,1 7,3

22 1,1 5 30 11 ,3 10,3 9,9

45 7 20 58 20 15

14

Kuvassa 28 on esitetty tiheyden vaikutus suhteelliseen per­

mit tivit ее tt iin eri kosteusarvoilla, kuvasta 29 ilmenee kos­

teuden vaikutus laajemmassa kosteusalueessa. Hygroskooppi­

sessa alueessa kasvaa eksponentiaalisesti kosteuden funk­

tiona, kuitukyllästyrnispisteen yläpuolella riippuvuus on lineaarinen. Sama käy ilmi kuvasta 30.

23

Kuva 28. Tiheyden vaikutus puun suh­

teelliseen permit- tiviteettiin eri kosteuksilla /2/

ta so su Kosteus

Kuva 29. Kosteuden vaikutus puun suhteelliseen permittiviteettiin /2/

Kuva 30 » Australialaisten euka­

lyptuspuiden kapasitanssin loga­

ritmi kosteuden funktiona /5/

- 24 -

c) Tehokerroin

Kaavassa (11) esiintyvä tehokerroin cosf on lämpöä aiheut­

tavan virran ja kokonaisvirran suhde

cos^ -R

+ IC)0,5

(

)

Useimmilla puilla kosteuden ollessa alle 12 % vuotovirta

Ir on hyvin pieni, jolloin sen neliö voidaan jättää huomiotta.

Tällöin

cos J = ja edelleen

cos J> = eli siis

cos J> = ^J____ 2 7C f RG

(17)

(18)

(19) Näin saadaan tehokertoimelle

cos f = tanc$ = — ^ ^—

missä f on puun resistiivisyys suhteellinen permittiviteetti.

(ßm),

(

)

f taajuus (Hz) ja £r

Puun tehokertoimen ja tiheyden välillä on vain heikko posi­

tiivinen korrelaatio riippumatta puulaadusta tai sen kemi­

allisesta luonteesta. Tehokerroin tietyllä taajuudella suu­

renee kosteuden suuretessa. Yleensä tehokerroin suurenee taajuutta suurennettaessa, kun kosteus on alle 16 %. Tämän arvon yläpuolella tilanne on päinvastainen.

Kuvasta 31 käy ilmi tehokertoimen ja taajuuden riippuvuus.

Yleensä puun tehokertoimella on havaittu olevan suhteelli­

nen maksimi taajuuksien 4 ja 5 MHz välillä. Kuva sta 31 voi­

daan päätellä, että selluloosa määrää tehokertoimen muutok­

set taajuuden muuttuessa. Tämä käy vielä selvemmin ilmi ku­

vasta 32.

- 25

Kuva 31. Tehokerroin taajuu­

den. funktiona poppelipuulla ja siitä valmistetulla pape­

rilla /2/

I

Taajuus f

Kuva 32. Kuusipuun, sel­

luloosan, ligniinin ja pihkan suhteellinen per­

mití iviteetti ja tehoker roin taajuuden funktio­

na /2/

Selluloosan ketjumolekyyli on hyvin monimutkainen polaari­

nen rakenne. Muutamin yksinkertaistavin oletuksin sille voidaan kuitenkin estimoida permittiviteetin £- arvoa. Puh­

taalle vedettömälle selluloosalle on saatu arvo e = 7,7, r

kun mitattu arvo uunikuivatulle standardiselluloosalle on 6,4.

2,3.3. Pietsosähköiset ominaisuudet

Pietsosähköien ilmiö esiintyy joko mekaanisen jännityksen aikaansaamana sähköisenä polarisaationa tai päinvastoin sähkökentän aikaansaamana mekaanisena jännityksenä. Pietso- sähköisyyttä esiintyy kiteisten aineiden lisäksi ns. piet- sosähkcisissä kudoksissa.

Alkuaan puun pietsosähköisyys ymmärrettiin selluloosan kitei­

syyden aiheuttamaksi. Puu ja tyypilliset kiteiset aineet ovat kuitenkin niin erilaisia, että tätä tulkintaa ei kauan pidetty oikeana. Puu on tyypillisesti anisotrooppinen ai­

ne kuten kiteiset materiaalitkin, joskin anisotrooppisuuden syyt ovat toiset.

- 26 -

Pietsosähköisyyden avulla olisi mahdollista tutkia puu­

rakenteiden paikallisia jännityksiä tai puun sisäisten ominaisuuksien, kuten oksankohtien tai tiheyden vaikutus­

ta dynaamisiin järjestelmiin hajottamatta koekappaleita.

/

- 27

3. PUUN KYLLÄSTÄMINEN 3.1. Yleistä

Käsittelemätön puu lahoaa nopeasti joutuessaan alttiiksi sään, maaperän, hyönteisten ja lahottajasienten vaikutuk­

sille. Näin syntyy huomattavia taloudellisia menetyksiä. Li­

säksi puun mekaanisen lujuuden heikentyminen mahdollistaa vaaratilanteiden syntymisen /6,7,8/.

Kyllästäminen pidentää puun käyttöikää, sillä kyllästeissä olevat myrkyt karkoittavat hyönteisiä ja sieniä. Lisäksi kreosoottikyllästetyn puun kosteus ja samalla kosteudesta riippuvat ominaisuudet pysyvät lähes vakioina.

3.2. Kyllästeet /3,9/

Tärkeimmät kyllästeet ovat

- suolakyllästeet, jotka ovat vesiliukoisia, ja - öljymäiset kyllästeet (kreosootti).

Lisäksi mm. Yhdysvalloissa on käytetty kyllästeinä helposti höyrystyviä kemikaaleja /9/.

3.2.1. Kreosootti

Kreosoottiöljy on vanhin nykyisin käytössä olevista kylläs­

teistä. Sitä on käytetty yli sadan vuoden ajan. Kokemukset ovat lähes yksinomaan myönteisiä.

Kreosoottiöljy on kivihiili!ervan tislaustuote. Sen sisältä­

mät aineet ovat tervahappoja (pääasiallisesti fenoleja, kreo- soleja ja niiden johdannaisia), tervaemäksiä ja neutraaleja aineita. Kaikkiaan kreosootti sisältää noin 300 eri ainetta.

Muut öljymäiset kyllästeet ovat etupäässä kreosootin tislei­

tä.

Cljymäisiin kyllästeisiin luetaan myös sellaiset, joissa mi- neraaliöljyihin on lisätty klooripitoisia aromaattisia hii­

livetyjä.

28

3.2.2. Suolakyllästeet

a) Kupari - kromi - arseeni -kyllästeet

1Lahontuho K 33’ on Suomessa ylivoimaisesti eniten käytetty suolakylläste. Se sisältää em. kolmea ainetta, joista kupa­

ri ja arseeni ovat tehoaineita ja kromi kiinnittäjä (tauluk­

ko 7). Sitä ennen käytettiin 'Boliden Bis* -suolaa, jossa kuparin asemesta oli sinkkiä.

Taulukko 7. 'Lahontuho K 33*:n koostumus /3/

Aine Osuus, %

Arseenipentoksidi As^O^

Kromitrioksidi CrO^

Kuparioksidi CuO

Vesi H20

34,0 +- 2,0 26,6 +- 1,5 14,8 +- 1,0 24,6 + - 4,0

Samoja perusaineita kuin 'Lahontuho', vain eri muodossa, si­

sältävät englantilaiset painekyllästevalmisteet 'Tancas C (’Tanalith C) ja 'Celcure A' sekä amerikkalainen 'Ascu'.

b) Arseenittomat kyllästeet

Tärkeimmät arseenittomat kyllästeet lienevät eräs 'Celcure'- tyyppinen kylläste sekä 'Wollmanit CB '. 'Celcure' sisältää tehoaineena vain kuparia, kiinnittäjänä toimii natriumdi- kromaatti. 'Wollmanit CB' sisältää kuparia 8,6 %, kromia 13,7 % ja booria 4,5 %.

Muista arseenittomista kyllästeistä voidaan mainita 'KP'- kylläste, joka sisältää kuparia ja natriumpentaklorfenolaat- tia.

c) Kiinnittyvät fluoriseokset

Epäorgaanisten suolojen haittapuolena on se, että ne huuhtou­

tuvat pois sadeveden tai maenkosteuden vaikutuksesta. Alka- likromaatti kuitenkin estää natriumfluoridin huuhtoutumista, sillä puussa muodostuu vaikeasti liukenevia kromin ja fluo­

rin kompleksisuoloja. Tätä ilmiötä käytetään hyväksi kylläs­

teissä, jotka tunnetaan nimillä 'Wollmansuolot' ja 'Tancas U' -suolot.

~ 29

3.2.3. Höyrystyvät kemikaalit

Höyrystyviä kemikaaleja, kuten paradiklorobenzeeniä on käy­

tetty hyönteismyrkkynä jo 1930-luvulla, lahonestossa niiden käytössä on saatu hyviä kokemuksia sähköpylväillä vasta täl­

lä vuosikymmenellä /9/.

Käytettyjä kemikaaleja ovat mm. metyylibromidi, 'chloropic- rin' (trikloronitrometaani) ja 'Vapain' (sodium-N-metyyli- ditiokarbamaatti).

3.3. Kyllästysmenetelmät /3,10/

3.3.1. Painekyllästys

Pylväspuut kyllästetään nykyään suurissa kyllästyslaitoksis- sa ja painekyllästys on lähes ainoa käytetty menetelmä. Pai­

nekyllästys voidaan luokitella täyssolumenetelmään, tyhjö- solumenetelmään ja tyhjökyllästylcseen.

a) Täyssolu- eli Bethell-menetelmä

Menetelmä soveltuu lähinnä vesiliukoisille kyllästysaineil- le. Kyllästettävän puun annetaan ensin olla noin 40 minuuttia vähintään 75 % tyhjössä, jonka jälkeen kyllästyssylinteri täytetään suolakyllasteella. Tämän jälkeen tyhjö vapautetaan

O

ja tilalle ajetaan 7...8 kp/cm paine noin 90 minuutin ajak­

si. Lopuksi vedetään vielä noin 10 mintiutin jälkityhjö puun pinnan kuivattamiseksi.

b) Tyhjösolumenetelmät

Ns. Rüping-menetelmässä, jota käytetään etupäässä kreosootti- kyllästyksessä, kyllästyssylinteriin painetaan aluksi 2...4 kp/cm ylipaine, jolloin puussa oleva ilma puristuu kokoon.

Tämän jälkeen pumpataan noin 90...110 °C lämpötilassa oleva öljy sisään ja paine nostetaan arvoon 10...12 kp/cm2. Paine- vaihe kestää noin 90 minuuttia, minä aikana öljy tunkeutuu solukkoon. Painevaiheen jälkeen öljy johdetaan takaisin lämmityssäiliöön ja kyllästyssylinteriin imetään lopputyhjö, jolloin tihkuvan kreosootin lisäksi puun solukossa oleva ir­

tonainen öljy enimmältä osin puristuu puusta takaisin ulos,

- 30 -

mutta soluseinämät jäävät öljyn kyllästämiksi. Menetelmä on siis öljyä säästävä.

Lowry- eli painomenetelmässä kyllästyssylinteri täytetään kyllästeellä, joka painetaan ylipaineella puuhun. Soluonte- loissa oleva ilma pusertuu kokoon ja rajoittaa kyllästeen menekin noin puoleen Bethell-menetelinään verrattuna. Ulkoi­

sen nestepaineen lakatessa työntää puristunut ilma vielä osan kyllästeestä ulos. Lopputyhjö kuivattaa puun pinnan.

c) Tyhjökyllästys

Tässä menetelmässä ei käytetä lainkaan ylipainetta, vaan pit­

källä alkutyhjövaiheella imetään ilma puusta, jonka jälkeen kylläste saa imeytyä normaalipaineen alla. Imeytynisvaihe kestää puun laadusta riinpuen 3,5...12 h. Lopuksi imetään tyhjö, jonka annetaan vaikuttaa 1,5...3 h. Menetelmä sovel­

tuu lähinnä sahatavaralle ja ylivuotiselle helposti kylläs­

tyvälle pylväspuulle.

d) Puserrus- eli Boucherie-menetelmä

Painekyllästysmenetelmiin kuuluvaksi voidaan lukea myös ns.

puserrusmenetelmä, joka soveltuu järeän, vastakaadetun tai läpimärän ja kuorellisena säilytetyn pyöreän puun kyllästyk­

seen. Puun toiseen päähän kiinnitettyyn painekammioon johde- taan noin 1 kp/cm paineessa oleva kyllästysliuos, joka use­

an vuorokauden, jopa usean viikon kuluessa kulkeutuu puun läpi työntäen nuun omia nesteitä edellään. Tällä menetelmäl­

lä voidaan kyllästää myös muuten vaikeasti kyllästettävää kuusta. Menetelmä oli yleinen Suomessa ennen sotia.

Pohjoismaisten standardien mukaan ovat painekyllästyksessä käytettävät kyllästemäärät 12 kg K 33 -suolakyllästettä pin- tapuun yhtä kuutiometriä kohden. Kreosoottikyllästeen stan- dardien mukainen määrä on 135 kg/m pintapuuta.

3.3.2 Ylipaineettomat kyllästysmenetelmät

Itämä menetelmät soveltuvat lähinnä vain kotikyllästykseen ja asennuspaikalla tapahtuvaan kyllästykseen pienen kylläs- tyskapasiteetin ja pienen tunkeuman ja täten lyhyen suoja- ajan takia.

- 31

3.3.3 Jälkikyllästys /3,9,11,12/

Pylvään ja maan rajakohta ja joskus myös pylvään latva ovat kriittisimmät kohdat tarkasteltaessa pystyssä olevaa pylväs­

tä lahoamisen kannalta. Koska maanrajaan syntyy myös suurim­

mat rasitukset, on erikoisesti tämän vyöhykkeen kyllästämi­

nen usein kannattavaa haluttaessa pidentää pylvään käyttö­

ikää. Käytössä olevat jälkikyllästysmenetelmät ovat kääreme- netelmä, injektio- eli Cohra-menetelmä sekä käytöstä jo pois jäävä kyllästepatruunamenetelmä.

a) Kääremenetelmä

Jälkikyllästettävä pylväs kaivetaan esille noin 40 cm syvyy­

delle ja harjataan puhtaaksi, jonka jälkeen ’Wollnanit TS' -suolakyllästeellä imeytetty vaahtomuovi kääritään sen ympä­

rille. Kääreen uloimman osan muodostaa reunoistaan pylvää­

seen liimautuva muovikelmu. Kääreessä oleva suola leviää vä­

hitellen puuhun pylvään kosteuden vaikutuksesta.

b) Injektio- eli Cobra-menetelmä

Kyllästetahna puserretaan puuhun pylvään maanrajakoiltaan noin 70 cm vyöhykkeelle erityisellä vipuvarrel 1 is.el 1 a puser- ruslaitteella, jonka alapäässä oleva ontto veitsi tunkeutuu puuhun ja jonka kärjestä kylläste samanaikaisesti puristuu paineella puun solukkoon leviten edelleen kosteuden vaiku­

tuksesta. Kun kylläste on pistoksin saatettu puuhun, sivel­

lään käsitelty alue asfalttitervalla. Yhdysvalloissa on ke­

hitetty nopea järjestelmä pylväiden jälkikyllästämiseksi in- jektiomenetelmällä /12/. Pylväs tarkastetaan ensin eräänlai­

sella tutkalaitteella, jonka jälkeen tarvittaessa hydrauli­

sesti toimivalla "injektiolapiolla” painetaan kylläste puu­

hun ilman, että maanrajakohtaa täytyy kaivaa esiin. Tien vier­

tä seuraavalla johdolla päästään tällä menetelmällä kahden miehen ryhmällä kuuden minuutin tarkastus- ja kyllästysai- kaan pylvästä kohden.

c) Kyllästepatruunat

Kyllästyssuolasta puristetut 12...18 g painavat patruunat pannaan laholle alttiiseen kohtaan pylvästä tangentiaali-

- 32

sesti alaviistoon porattuihin reikiin, jotka suljetaan puu- tulpalla. Puussa oleva kosteus liuottaa patruunoista suolaa, joka leviää paikallisesti puuhun ja kyllästää sen. Menetel­

mä tepsii kuitenkin vain erittäin kosteissa olosuhteissa ja siksi se on jo jäänyt pois käytöstä.

d) Höyrystyvät kemikaalit

Myös höyrystyvien kemikaalien käyttöä jälkikyllästykseen on tutkittu /9/ ja saatu hyviä tuloksia jakelujohtojen pylväil­

lä kaadettaessa 0,25...0,4 1 kemikaalia reikiin, jotka ovat alle 30 cm maanraj an yläpuolella. Tämän jälkeen reiät sulje­

taan tulpilla ja kyllästysvyöhyke kääritään muovi- ja voima- paperikääreisiin. Voimansiirtojohtojen pylväillä kemikaali- määrät ovat suurempia, noin 2 1 reikää kohden.

3.4. Kyllästyksen vaikutukset 3.4.1. Lahoamisen estyminen

Tehokkaalla painekyllästyksellä ja standardien mukaisilla kyllästemäärillä pylväiden lahoaminen estyy ja käyttöikä pi­

dentyy huomattavasti. Yli 19 vuotta kestäneissä kokeissa on saavutettu täysi lahoamisen estyminen jopa niinkin pienillä suolakyllästepitoisuuksilla kuin 4...7 kg K 33/m^ /13/.

Erityisesti on syytä todeta kreosoottikyllästettyjen pylväi­

den vastustuskyky katkolahoa aiheuttavia sieniä vastaan /14/.

Suolakyllästeistä kuparia tehoaineena sisältävät on todettu tehokkaammiksi katkolahoa vastaan kuin muut /6,8/, ei kui­

tenkaan kreosoottikyllästeiden veroisiksi.

Lukuunottamatta liian alhaisista kyllästemääristä johtuvia tapauksia voidaan sanoa kreosootilla painekyllästettyjen ra­

kenteiden kestävän jopa 40 vuotta täydessä käyttökunnossa /15/

ja kuparipitoisilla suolakyllästeillä painekyllästetyillä puurakenteilla on syytä ryhtyä tarkastuksiin ehkä vasta 25 'r vuoden kuluttua pystytyksestä /14/. Asiallisesti suoritettu tarkastus ja jälkikyl1ästys lisää pylväsrakenteen ikää edel­

leen ja vaihtamista vaativien pylväiden lukumäärä vähenee.

Eräässä tutkimuksessa tarkastettiin vuosina 1974-75 noin 92 000 suomalaista pylvästä, joista valtaosa, 97,7 %, oli

- 33

suolakyllästettyjä /14/. Kyllästysaineena oli käytetty 1952 ja aikaisemmin pystytetyissä pylväissä ’Y/ollman’ - ja ’Boliden Bis'-suoloja, vuonna 1953 tuli mukaan ’Lahontuho K 33’ ja vuodesta 1954 lähtien se on ainoa käytetty kylläste. Kreo- soottipylväät oli pystytetty 1949 tai aikaisemmin.

Lahoisuus jaettiin ko. tutkimuksessa viiteen luokkaan 0...4. Luokkaan 0 kuuluvat terveet pylväät, ja luokkaan 4 pahoin lahot, jolloin lahoa on yli 20 mm ympäri pylvästä. Tutkimuk­

sen tulokset on esitetty taulukossa 8.

Taulukko 8. Eri vuosina kyllästettyjen puupylvöiden tila vuonna 1974 /14/

Kylläs­

ty svuo- si

Laho:

0

Lsuusaste 1 ¡2

Icpl

3 4

Pylväitä yhteensä kpl

Lahoj kpl

a

% Kreosoottikyllästetyt pylvääl

^1949 1 17131 9G| 691 35 37 1950 237 12,15 Suolaky;

1952

LlästeJ 157

fcyt p: 284

flvää- 3245

b :

2588 2496 8770 8613 98,21 -53 3301 557 1201 571 167 5797 2496 43,06 -54 5700 648 1 64 24 24 6560 860 1 3,11

-55 5413 383 82 6 7 5891 478 _8,11

-56 6178 273 62 7 10 6530 352 5,39 -57 7944 345 64 7 16 8376 432 5,16 -58 5307 1 68 45 9 25 5554 247 4,45

-59 1870 25 7 1 ^— 1903 33 1 ,73

-60 425 4 ^{— — —} 429 4 0,93

-61 291 1 ^{— — —} 292 1 0,34

-62 223 6 5 2 1 237 14 5,91

• -63 1003 9 ^— 2 1 1015 12 1,18

-64 664 3 ^{- - -} 667 3 0,46

Yht. 401 69 2802 4944 3252 2784 53951 13782 25,55 Kreosootti havaitaan ylivoimaiseksi Wollman- ja Boliden Bis -suoloihin verrattuna. Kuparia tehoaineenaan pitävän Lahontuho K 33:n aiheuttama muutos lahojen pylväiden möä rään on myös erittäin selvä.

Yleensä pahimmat katkoiahotapaukset esiintyvät vähän maara­

jan alapuolella (kuva 33). Vauriokohdan sijainti riippuu myös siitä, onko käytetty kiilakiviä ja ovatko niiden väli­

set raot pysyneet avoimina ja näin turvanneet ilman vaihtumi­

sen. Peltomaalla sijaitsevat pylväät ovat pahimmassa tilan­

teessa katkolahon kannalta.

Myös maantieteellinen sijainti vaikuttaa pylvään kestoikään.

Lahoaminen on nopeampaa Etelä-Suomessa kuin Pohjois-Suo-

- 34 -

messa.

Laho etenee kerran alkuun päästyään noin 2 mm vuodessa.

Kuva 33. Lahovaurioiden yleisyys pylväiden eri osissa /11/

katkoviiva: suolakyllästetyt, ehjä viiva: kreosoottikyllästetyt

pylväät

Yhteenvetona eri tavalla kyllästettyjen pylväiden kestoiäs- tä on taulukko 9.

Teuiukko 9. Pylväiden keskimääräinen kestoikä /11/

Pylväät Kesto i v.

Kyllästämättömät Etelä-Suomi Fohjois-Suomi

Puserrusmenetelmällä kyllästetyt

Vanhoilla Wollman- ja BIS-suoloilla kyllästetyt Lahontuho K 33 -suolalla painekyllästetyt

Kreosootilla painekyllästetyt

10 15 20 25.. .30 30.. .40 30.. .50 3*4.2. Vaikutukset hyönteisten ja matojen esiintymiseen /2/

Suomessa eivät hyönteisten ja matojen aiheuttamat taloudel­

liset menetykset ole niin merkittäviä kuin sienten ja bak­

teerien aiheuttamat. Muualla esimerkiksi termiitit ja eri­

laiset muurahaiset ja madot saattavat aiheuttaa suuria va­

hinkoja erilaisissa rakenteissa käytetylle puulle.

Eräille lajeille on tärkeää riittävä kosteus, jotkut käyt­

tävät hyväkseen typen hankinnassa mm. lahottajasieniä. Kyl­

lästeet, jotka estävät lahoamista ja pitävät kosteuden al­

haisena, kuten esimerkiksi kreosootti, vähentävät siis hyön­

teisten aiheuttamia vahinkoja.

Myös trooppisissa vesissä esiintyvien matojen puurakenteil­

le aiheuttamien suurten vahinkojen estämiseen on kreosootin havaittu olevan erinomainen väline käetettäessä täyssolume-

- 35

netelmää ja suuria kyllästepitoisuuksia sekä raskaita metal- liyhdisteitä (kupari) kreosootin lisäaineina.

3.4.3. Vaikutukset mekaanisiin ominaisuuksiin

Nykyisin yleisessä käytössä olevat kyllästeet eivät heikennä puun lujuutta. Kyllästettyjä puurakenneosia koskevat lujuus- laskut voidaan tehdä lahosuoj aamattoman puun lujuusarvoil1a.

Lahoaminen heikentää puun mekaanista kestoisuutta huomatta­

vasti, joten tässä mielessä kyllästäminen parantaa ratkaise­

vasti puun mekaanisia ominaisuuksia. Esimerkiksi pylvään tai­

vutuslujuus on verrannollinen halkaisijan kolmanteen, potens­

siin, eli terveen puuosuuden halkaisijan vähentyessä taivu­

tuslujuus pienenee varsin nopeasti.

Mekaaniselle rasitukselle alttiimpia kohtia ovat maanrájan lisäksi erilaiset liitoskohdat, joissa myös kosteus ja laho pääsevät helpommin tunkeutumaan puuhun. Täten on syytä suo­

rittaa työstöt mahdollisuuksien mukaan ennen painekyllästys- tä.

Puun kosteus määrää huomattavassa määrin sen mekaanisia omi­

naisuuksia (kohta 2.2). Kreosoottikyllästyksen on havaittu pitävän puun kosteuden lähes vakiona. Eräässä kokeessa /15/

upotettiin sekä lahosuojaamattornia että kreosootilla paine- kyllästettyjä liimapuupalkkeja, joiden dimensiot olivat 210 x 500 x 900 mm, kokonaan veden alle. Kunkin alkukosteus oli noin 15 % ja tiheydet välillä 0,46...0,49 g/cm^. Kreo- soottimäärät lahosuojatuissa puissa olivat 18...19 %. Painon käyttäytymistä esittää taulukko 10.

Taulukko 10. Veteen upotettujen kyllästämättornien ja kreo- soottikyllästettyjen liimapuupalkkien suhteellinen painon nousu /15/

Upotusaika vrk.

Painon nousu, Kyllästämätön

% alkupainosta

Kreosoottikyllästetty

0 0 0

1 4 0

5 12 1

19 25 2

47 36 3

89 39 4

Erot kosteuden lisääntymisessä ovat varsin merkitykselliset

- 36 -

Suolakyllästettyä puuta voidaan pitää kosteuden vaihtelu­

jen suhteen samanarvoisena kyllästämättömän puun kanssa /15/

Puun kastuessa ja kuivuessa se rakoilee ja menettää lujuutta ja jäykkyyttä aikaa myöden. Kreosoottikyllästys vähentää tä­

tä haittaa.

- VVxcxo^ ^ Úce <*.

V.o\k-s" k.o.^ua-0. ^---

Kreosoottikyllästetty puu ei jäädy pienenä pysyvän kosteu­

tensa takia, joten se on vapaa myös mahdollisista jäätymi­

sen aiheuttamista haitoista.

3.4.4. Vaikutukset sähköisiin ominaisuuksiin

Kyllästys vaikuttaa jossain määrin myös puun sähköisiin omi­

naisuuksiin (kohta 2.3.). Esimerkiksi suolakyllästetyn puun resistanssi on pienempi ja kreosoottikyllästctyn suurempi kuin käsittelemättömän puun. Koska suolakyllästetty puu kas­

tuu; helpommin kuin kreosoottikyllästetty, ja kosteus jo si­

nänsä ja suolakyllästetyllä puulla erityisesti lisää puun johtavuutta, on kyllästyksellä selvä vaikutus puun resistii- visyyteen ja täten esimerkiksi pylväspuussa kulkeviin vuoto- virtoihin. Tässä mielessä kreosoottikyllästetty pylväs siis on parempi.

Toinen puun sähköteknillisessä mielessä kiinnostava ominai­

suus on sen kyky toimia eristeenä syöksyjäänitteille. Kylläs te itsessään ei vaikuta mainittavassa määrin puun syöksyjän- nitelujuuteen. Märän puun syöksyjännitelujuus saattaa olla vain puolet kuivan puun vastaavasta arvosta. Näin ollen kreo soottikyllästetty puu on parempi pylväsmateriaali, jos puun eristysominaisuutta halutaan käyttää hyödyksi.

Puupylvään sähköteknisiä ominaisuuksia ja kyllästyksen vai­

kutusta niihin käsitellään lähemmin luvuissa 5 ja 6.

3.4.5. Vaikutukset palamisalttiuteen

Pylväspuu voi syttyä palamaan vuotovirran, valokaaren, suo­

ran salamaniskun ja metsäpalon vaikutuksesta. Kylläste vai­

kuttaa jossakin määrin syttymisalttiuteen. Kreosoottikylluo­

teinen puu on aluksi kyllästämätöntä puuta herkempi sytty­

mään. Ero häviää kuitenkin muutaman kuukauden kuluessa hei-

- 37

posti haihtuvien öljyjen haihduttua puun pinnasta /15/. Suo- lakylläste ei juuri vaikuta puun palamisominaisuuksiin. Syt- tymisherkkyyttä ja kyllästyksen vaikutusta siihen on käsitel­

ty tarkemmin luvuissa 5 ja 6.

3.4.6. Ympäristövaikutukset

Kreosootilla täyssolumenetelmällä kyllästetty puu saattaa tahrata käsittelijöitään heti kyllästyksen jälkeen. Tyhjöso- lumenetelmällä käsitelty kreosoottipylväs on tässä mielessä parempi. Puun kuivuttua kyllästyksen jälkeisen varastoinnin aikana tahraaminen on kuitenkin vähäistä. Suolakyllästetyt pylväät eivät likaa varastoinnin jälkeen lainkaan.

Useimmat käytössä olevat suolakyllästeet on Suomessa julis­

tettava myrkyllisiksi tai lievästi myrkyllisiksi. Arseenipe- rusteiset kuuluvat I myrkkyluokkaan. Lahontuho K 33 on hyväk­

sytty sosiaali- ja terveysministeriön julistuksella no. 622/72, Vaikka käytetty kylläste saattaa olla I luokan"myrkky, ei \ sillä käsiteltyä puuta voida rinnastaa samaksi, sillä kylläs­

tämällä suoritetun keinokuivauksen tai varastoinnin jälkeen kylläste on sitoutunut puuhun huuhtoutumattomiksi yhdisteik-/

si.

Suolakyllästetyn pylvään yhteydessä syntyvän pölyn turvalli­

nen enimmäispitoisuus on 0,3 mg kuutiometrissä ilmaa.

Kotieläimille laidunmailla sijaitsevat kyllästetyt pylväät saattaisivat aiheuttaa vaaraa. Kuitenkin esimerkiksi lehmän pitäisi nuolla 21 m pinta saadakseen vahingollisen kerta- p annoksen /17/, mikä merkitsee, että sen olisi nuoltava pari­

kymmentä pylvästä 1,5 m korkeudelle. Myrkytysvaara on siis pieni.

Vaaraa aiheutuu suolakyllästetyn puun palamisen yhteydessä syntyvän myrkyllisen arseenivedyn muodostumisesta. Käin ollen pylvään työstössä syntyvä jäte on syytä kerätä pylväspaikoil- la esimerkiksi pylväskuoppaan tai muuten haudata maahan. Jos hävittäminen suoritetaan kuitenkin polttamalla, on tuhka hau­

dattava maahan.

- 38 -

Jo yli sata vuotta käytössä ollut kreosoottiöljy on sosiaa­

li- ja terveysministeriön päätöksellä no. 973 vuoden 1977 alusta luetteloitu II luokan myrkyksi.

Myös kreosoottikylläste laimennetaan ennen käyttöä ja kylläs tetty puutavara keinokuivataan tai varastoidaan ennen toi­

mitusta.

Koska kreosootti ei kuitenkaan kiinnity puuhun suolakylläs- teiden tavoin, edellyttää kreosoitujen pylväiden käsittely ja niissä työskentely öljylle allergisilta henkilöiltä käsi­

neiden ja suojapuvun käyttöä.

Kreosoottikyllästettyä puuta työstettäessä ei ilman pölypi- toisuus saa ylittää arvoa 5 mg/m^. Työstöjätteet on helppo hävittää polttamalla.

Pylväskyllästykseen Suomessa kyllästetyt valmisteet eivät yksikään sisällä keväällä 1977 laajan huomion saanutta huip- pumyrkkyä, dioksiinia.

3.4.7. Jälkikyllästyksen vaikutukset

Kun kyllästetyn pylvään pystytyksestä on kulunut 20...30 vuotta, on syytä ryhtyä tarkastamaan maastossa olevia pylväi tä ja tarvittaessa suorittaa jälkikyllästys tai pylvään vaih to. Koska jälkikyllästys joudutaan tekemään pylvään ollessa pystyssä, kyllästeen tunkeutuminen puuhun on vähäisempää ja vaikutusaika lyhyempi. Sopivaksi tarkastusjaksoksi on esitet ty arvoa 8 vuotta /14/.

39

4. PUUPYLVÄÄN MEKAANISET OMINAISUUDET

Kohdassa 2.2 todettiin, että kyllästeet itsessään eivät vai­

kuta puun mekaanisiin ominaisuuksiin kuten kimmovakioihin ja lujuuksiin. Koska kosteus ja lämpötila kuitenkin vaikutta­

vat puun lujuuteen, kosteutta estävä kreosoottikyllästys pa­

rantaa puupylvään mekaanisia ominaisuuksia.

Seuraavassa tarkastellaan lyhyesti pylväsrakenteeseen kohdis­

tuvia rasituksia. Lisäksi esitellään käytössä olevia mekaani­

sen lujuutensa puolesta luotettaviksi osoittautuneita puupyl- väsrakenteitä.

4.1. Pylväsrakenteeseen kohdistuvat rasitukset

Vahvavirtailmajohtomääräyksissä /18/ annetaan yksityiskohtai­

sia ohjeita ja määräyksiä pylvääseen kohdistuvien rasitusten laskemisesta.

Pylvään rasitus muodostuu pääasiassa johtimien aiheuttamista voimista, joita ovat johtimien oma paino sekä jää- ja tuuli­

voimat. Tuulen aiheuttamana kuormana johtimiin voidaan nitää -20 G lämpötilassa johtimen suuntaa vastaan kohtisuorassa

O

suunnassa merenpinnan tasolla 250 N/m ja yli 80 m korkeudel­

la merenpinnasta 450 N/m^. Jääkuorman arvo riippuu johtimen poikkipinnasta. Maksimiarvona 0 °C lämpötilassa voidaan pitää 25 N/m.

Tuuli aiheuttaa rasituksia myös itse pylvääseen. Pyöreiden rakenteiden, kuten pylväspuun ja eristinketjujen, joiden hal­

kaisija on 100...350 mm, tuulivoimaksi voidaan lujuuslaskuis- sa olettaa 80 N/m.

Johtimien ja tuulen aiheuttamien rasitusten lisäksi täytyy lujuuslaskuissa ottaa huomioon myös pylvään, eristimien ja pylvääseen pysyvästi kiinnitettyjen laitteiden aiheuttama pys­

tysuora kuorma.

Asentajien, asennuslaitteiden ja -töiden aiheuttamat kuormat on niinikään otettava huomioon lujuuslaskuissa, kuten myös mahdolliset katkenneesta johtimesta aiheutuvat kuormat.