Основные свойства древесины. Часть 1

В древесине всегда содержится некоторое количество влаги. Вода в древесине может находиться в свободном и физически связанном состоянии. Свободная вода - капиллярная, заполняет полости клеток и сосудов, а также межклеточное пространство. Гигроскопическая вода (связанная) находится в стенках клеток и сосудов древесины в виде гидратных оболочек, увеличивая и раздвигая клетки, что приводит к увеличению объема древесины. Влажность древесины, при которой стенки клеток насыщены водой, а полости и межклеточные пространства свободны от воды, называется пределом гигроскопической влажности.

Влажность выражают в процентах по отношению к массе сухой древесины. При длительном нахождении влажной древесины на воздухе с постоянной относительной влажностью и постоянной температурой она постепенно достигает равновесной влажности. Свежесрубленное дерево имеет влажность примерно 35 %. Равновесная влажность комнатно-сухой древесины составляет не более 13%. Влажность, которую приобретает древесина в процессе длительного нахождения на воздухе с постоянной относительной влажностью и температурой, называется равновесной влажностью. Таким образом, зная температуру и влажность воздуха, по заранее разработанной номограмме можно определить влажность древесины, находящейся в помещении.

Древесина обладает способностью не только терять влагу, но и поглощать ее из воздуха. Это свойство называется гигроскопичностью, свободная влага, заполняющая полости клеток, на размерах древесины не отражается. Усушка древесины происходит за счет удаления связанной влаги из стенок клеток, т. е. если влажность древесины становится меньше предела гигроскопичности, то усушка достигает максимального значения при полном удалении влаги, содержащейся в клеточных стенках, а при увеличении влажности древесины происходит ее разбухание. Первый процесс сопровождается уменьшением объема, второй - его увеличением. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает в различных направлениях неодинаково. Вдоль оси ствола (вдоль волокон) максимальная линейная усушка сравнительно невелика - около 0,1 % (1 мм на 1 м), в радиальном направлении - 3 - 6% (3 - 6 см на 1 м), а в тангенциальном - 6- 12 % (6- 12 см на 1 м).

При высушивании древесины от предела гигроскопичности до воздушно-сухого состояния (соответствующего 15 - 18 % влажности) усушка составит примерно половину своего максимального значения. При высушивании до комнатно-сухого состояния (т.е. влажности 8- 10%) усушка составит 3/4 максимальной.

Усушка и разбухание древесины вызывают коробление и растрескивание лесных материалов. Широкие доски коробятся больше, чем узкие, поэтому для настилки пола и столярных изделий применяют доски шириной 10-12 см.

Для предотвращения коробления и растрескивания деревянных изделий используют древесину с той равновесной влажностью, которая будет в условиях эксплуатации. Например, для столярных изделий влажность древесины не должна превышать 10 %, а для наружных конструкций - 18 %. Чтобы защищать древесину от последующего увлажнения, ее покрывают красками, лаком, эмалями. Для уменьшения растрескивания торцов деревянных изделий в результате усушки их обмазывают смесью из извести, соли и клея или другими составами.

Истинная плотность древесины для всех пород в среднем равна 1540 кг/м³. Она изменяется незначительно, поскольку в составе оболочек клеток у всех пород находится в основном одно и то же вещество - целлюлоза.

Средняя плотность древесины колеблется в широких пределах и зависит от условий роста, влажности и древесной породы (450 - 900 кг/м³). Свежесрубленная древесина в 1,25 раза тяжелее воздушно-сухой. Показатели свойств (плотность, прочность), полученные при испытании древесины различной влажности, для возможности сопоставления приводят к стандартной влажности, равной 12%.

Основные свойства древесины. Часть 2

Прочность древесины, или ее способность сопротивляться внешним механическим воздействиям, довольно высока: по прочности при растяжении вдоль волокон ее можно сравнить со сталью.

Прочность древесины определяют на лабораторных образцах без пороков. Прочность при сжатии определяют вдоль и поперек волокон. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 4 -6 раз больше, чем прочность поперек волокон. Например, предел прочности при сжатии образцов воздушно-сухой сосны вдоль волокон - около 100 МПа, а поперек - только 20 - 25 МПа.

Прочность древесины при растяжении вдоль волокон в среднем в 2,5 раза превосходит соответствующий предел прочности при сжатии. Кроме того, могут определяться условный предел прочности при местном смятии и предел прочности при перерезании поперек волокон.

Однако высокая прочность древесины сильно снижается из-за наличия сучков, трещин и других пороков.

Прочность при статическом изгибе древесины очень высокая: она примерно в 1,8 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон и составляет около 70 % прочности при растяжении.

Прочность древесины при скалывании имеет большое значение при устройстве врубок, клеевых швов в деревянных конструкциях. Предел прочности при скалывании вдоль волокон для основных древесных пород составляет 6,0-13 МПа, а при скалывании поперек волокон - в 3-4 раза выше. Статическая твердость численно равна нагрузке, которая необходима для вдавливания в образец древесины металлического шарика радиусом 5,64 мм (на приборе склерометр). Твердость древесины по торцу на 15 - 50 % выше, чем в радиальном и тангенциальном направлениях. Твердые породы труднее обрабатываются, но зато они обладают повышенной износостойкостью и лучше удерживают шурупы.

Теплопроводность древесины всех пород невелика. Она зависит от пористости породы, влажности и направления теплового потока. Например, теплопроводность сосны поперек волокон - 0,17 Вт/(м * К), вдоль волокон - в 2 раза выше, дуба - соответственно 0,22 и 0,39 Вт/(м * К). Теплозащитные свойства древесины широко используются в строительстве.

Электропроводность древесины зависит от ее влажности. Древесина, используемая для электрической проводки (розетки, доски и т.п.), должна быть сухой. Электрическое сопротивление сухой древесины в среднем составляет 75 o 107 Ом o см, а сырой древесины - в десятки раз меньше.

Звукопроводность древесины зависит от направления звуковых волн. Так вдоль волокон она выше в 10-16 раз звукопроводности, а поперек волокон - только в 4 раза.

Морозостойкость древесины почти всех пород деревьев хорошая. На степень морозостойкости влияют несколько факторов, в основном порода древесины, ее истинная плотность, плотность, водопоглощение.

Особенностью древесины является ползучесть, проявляющаяся во влажных условиях. Следствием ползучести - постепенное увеличение деформаций (прогибов балок, провисание тесовых крыш и т.д.) при длительном действии нагрузки.

В отличие от других строительных материалов сорта лесоматериалов устанавливают не по прочности образцов, а на основании тщательного осмотра материала и оценки имеющихся в нем пороков.