Часть II: Физические свойства древесины Физические свойства древесины

Содержание

Свойства и характеристики древесины

Нагрузки, которым подвергаются деревянные строительные конструкции, складываются из собственного веса конструкции и других элементов постройки, а также веса снега, находящихся в здании людей, веса машин и оборудования, давления от ветра и т. д. Кроме того конструкции нагружены внутренними напряжениями, возникающими при изменении их размеров под действием температуры, влажности и других факторов внешней среды.

Под действием нагрузок или внешних сил в частях сооружения появляются усилия сжатия, изгиба и растяжения. Например, опорная колона сжимается, балка изгибается, затяжка висячих стропил растягивается. Мауэрлат или опорная подушка под весом стропил будет сминаться. Шпонки в составной балке скалываются. Растяжение, сжатие, изгиб, скалывание и смятие являются основными видами усилий в частях сооружений.

Весьма часто могут возникнуть одновременно растяжение и изгиб или сжатие и изгиб. Например, если к затяжке подвесить потолок, то под действием веса потолка к растяжению добавится изгиб. Стропильная нога в той же висячей ферме будет под действием веса кровли и снега изгибаться и кроме того сжиматься.

Характер и величина усилия определяют размеры и материал строительной конструкции.

Древесина представляет собой материал с ярко выраженной анизотропией. Это значит, что прочность и другие ее свойства в различных направлениях будут разными. Анизотропия древесины объясняется ее волокнистым строением.

Временное сопротивление сжатию вдоль волокон в дереве равно около 300 — 400 кг на кв. см. Однако следует иметь в виду, что разрушающая сила будет значительно меньше при сжатии стойки. Это объясняется тем, что стойка при сжатии изгибается и ломается. Причем изгиб сжатой стойки наступит тем раньше, чем стойка длиннее. Безопасное или допускаемое усилие на 1 кв. см при сжатии равно для хорошей сухой сосны около 100 кг на кв. см. В случае длинных стойках оно быстро падает.

Поперек волокон дерево на сжатие работает значительно хуже, так как при этом получаются большие обмятия. Это происходит вследствие того, что пучок трубочек со сравнительно тонкими стенками быстро сминается.

На растяжение дерево работает лучше, чем на сжатие, примерно в два раза. Временное, сопротивление его равно около 600 — 900 кг на кв. см. Надо учитывать, что доски и бревна всегда имеют сучки, действие которых подобно действию отверстий. Растянутое сечение ослабляется при этом тем сильнее, чем больше сучок. Очевидно, что это ослабление понижает способность сопротивляться растяжению. Поэтому допускаемое усилие должно назначаться с большим запасом прочности. Допускаемое усилие принимается для сухой хорошей сосны в 100 кг на 1 кв. см.

Сопротивление дерева растяжению поперек волокон почти отсутствует, в особенности при наличии трещин.

При изгибе бруса нижняя его часть растягивается, а верхняя сжимается. Поэтому временное сопротивление на изгиб является средней величиной между такими же сопротивлениями на сжатие и растяжение.

Сопротивление скалыванию является наиболее слабым местом в дереве. Поэтому временное сопротивление образцов на скалывание вдоль волокон почти в 10 раз меньше, чем на сжатие. Еще хуже работает дерево на скалывание поперек волокон. Надо весьма внимательно относиться, поэтому ко всем частям, работающим на скалывание, выбирая для них лес без трещин, чтобы не создавать добавочных ослаблений конструктивных элементов.

Смятие дерева зависит также от того, как расположены волокна по отношению к сминающей нагрузке. В общем, сопротивление смятию немногим отличается от сопротивления сжатию. Следует иметь в виду, что величина смятия поперек волокон очень велика.

Все механические сопротивления сильно зависят от породы дерева, влажности, наличия пороков и условий, в которых дерево росло. Наиболее прочным из хвойных пород является лиственница, затем идет сосна, ель, пихта. Увеличение влажности быстро уменьшает сопротивляемость дерева. Чем суше лес, тем он прочнее.

Естественные пороки дерева — сучковатость, косослой, свилеватость различно влияют на различные сопротивления. Наиболее опасными они являются для растяжения и изгиба. Условия произрастания, т. е. климат, почва, затененность расположения дерева в лесонасаждении также отражаются на механической прочности. Наиболее прочным является мелкослойное дерево с большим количеством летней древесины, выросшее на сухой песчаной почве.

По степени твердости породы дерева разделяют на 3 группы:

  • Мягкие: ель, липа, сосна, пихта, кедр, осина, ольха, тополь.
  • Твердые: ясень, береза, вяз, ильм, лиственница сибирская, бук, клен, карагач, яблоня.
  • Очень твердые: граб, акация белая, береза, кизил, самшит.

Кроме прочности, упругости и сжимаемости к физическим и конструкционным свойствам древесины относятся:

  • влажность,
  • усушка и разбухание,
  • растрескивание и коробление,
  • вес,
  • теплопроводность и звукопроводимость.

Влажность. Влага жизненно необходима для роста и развития дерева. В ней растворены питательные вещества, поэтому в дереве ее очень много. В дереве как строительном материале большое количество влаги является негативным фактором. Все крупные недостатки дерева – легкое возникновение гнили, способность растрескиваться и коробиться — в большей или меньшей степени зависят от количества влаги в нем.

Степень влажности дерева измеряется отношением веса воды к первоначальному весу дерева и выражается в массовых процентах, и называется относительной влажностью. Если кусок влажной древесины имеет первоначальный вес 800 г, а после высушивания вес его оказался равным 400 г, то относительная влажность куска равна 50%.

Различают следующие состояния влажности:

  • 1) влажность в свежесрубленном состоянии,
  • 2) влажность в воздушно-сухом состоянии,
  • 3) влажность в сухом состоянии,
  • 4) абсолютно сухое состояние древесины.

Содержание влаги в свежесрубленном дереве в среднем достигает:

  • в хвойных породах 54—61%,
  • в мягких лиственных породах 45—53%,
  • в твердых 35—41%.

Содержание воды в различные месяцы года бывает различно и колеблется в узких пределах, не имеющих практического значения.

При выдерживании на открытом воздухе срубленное дерево постепенно теряет воду и высыхает. Сильнее всего высыхает дерево в первые шесть месяцев, а затем сушка замедляется. Следует учитывать, что через 24 месяца влажность дерева, находящегося на открытом воздухе, немного увеличивается. В среднем, после просушки на воздухе в дереве остается влаги от 15 до 18%. С таким содержанием влаги дерево называется воздушно-сухим.

Содержание воды в воздушно-сухом дереве не бывает постоянным, оно увеличивается или уменьшается, изменяясь в зависимости от времени года и состояния погоды. Дерево с таким содержанием влажности пригодно на все плотницкие работы.

При дальнейшем пребывании древесины в закрытом и отапливаемом помещении она будет продолжать терять влагу и высыхать. Получающаяся при этом древесина называется сухой. В сухой древесине в среднем остается от 9 до 14% влаги. Сухая древесина получается путем искусственной сушки дерева в специальных сушилках. Сухое дерево идет на изготовление мебели и других предметов, предназначенных для закрытых и отапливаемых помещений.

Абсолютно сухую древесину можно получить при нагревании высушивании в особых сушильных шкафах при температуре 100—105° С, пока она не перестает уменьшаться в весе. В абсолютно сухом состоянии дерево трудно сохранить, так как оно гигроскопично и интенсивно впитывает в себя влагу, пока не будет достигнуто динамическое равновесие процесса обмена влагой между деревом и окружающим воздухом помещения, в котором оно находится. Поэтому дерево для строительных целей никогда не высушивается до абсолютно сухого состояния; в таком состоянии оно бывает лишь в лабораториях.

Усушка и разбухание. Теряя влагу, дерево подвергается усушке, при этом оно уменьшается в размерах. Это обстоятельство может привести к неблагоприятным последствиям для деревянных конструкций и изделий из дерева.

Усушка древесины

Рис. 1. Усушка древесины

Различают следующие виды усушки:

  • 1) вдоль волокон, составляющую около 0,1%;
  • 2) по радиусу поперечного сечения, в среднем 5°/о;
  • 3) по окружности поперечного сечения (по тангенсу), в среднем 10%,
  • 4) по объему.

Последние три вида усушки необходимо особенно учитывать в строительстве. Усушка древесины проходит в следующей последовательности: первоначально, высыхая до 20 — 35%, свежесрубленное дерево, не изменяет своих размеров, изменяя только свой вес, так как в это время происходит испарение влаги внутри клеток и в промежутках между ними. Когда влага начнет испаряться из самих стенок клеток, последние будут сокращаться, уменьшаясь в размерах тем больше, чем больше испарится воды.

Разбухание древесины

Рис. 2. Разбухание древесины

Разбухание дерева представляет собой явление, противоположное усушке. Оно наблюдается тогда, когда дерево погружается в воду или когда его помешают во влажный воздух. Для того чтобы избежать усушки и разбухания дерева в конструкциях необходимо применять дерево того состояния влажности, которое соответствует условиям работы конструкции. Например, для наружных конструкций применяют воздушно-сухую древесину, а для мебели и внутренней отделки помещений — сухую.

Читать статью  IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Породы дерева принято разделять на 3 группы, в соответствии с коэффициентом объемной усушки.

  • Мало усыхающие: кедр, ель, сосна, белый тополь, пихта и др.
  • Средне усыхающие: вяз, дуб, осина, бук, черный тополь, ясень, липа мелколистная и др.
  • Сильно усыхающие: граб, лиственница, остролистный клен, береза.

Растрескивание и коробление. Усыхание и разбухание сопровождаются короблением, а усыхание кроме того и растрескиванием.

Растрескиванием дерева называется появление на нем трещин. Оно происходит из-за возникновения в массиве древесины внутренних напряжений, связанных с изменением размеров отдельных частей древесины при неодинаковой усушке. Быстрее всего испаряется влага с торцов и наружных слоев дерева. Если при этом высыхание происходит быстро, то влага из внутренних слоев древесины не успевает дойти до наружных слоев, вследствие чего последние сокращаются.

Растрескивание дерева

Рис.3. Растрескивание древесины

Внутренние слои, как более сырые имеют большие размеры и, испытывая сжатие, создают разрывающее усилие, действующее на наружные слои, отчего происходит разрыв наружных слоев и образование трещин. Избежать растрескивания можно только благодаря замедлению сушки, чтобы влага из внутренних слоев успела доходить до наружного слоя. Бревна без коры растрескиваются сильнее, чем бревна, имеющие кору, так как кора замедляет высыхание.

Короблением называется изменение правильной геометрической формы дерева. Оно вызывается неравномерным и неодинаковым усыханием плотных и рыхлых клеток древесины. При короблении выпуклость доски всегда обращена в сторону сердцевины. При этом сильнее коробятся заболонные доски, которые, отстоят дальше от центра.

Коробление древесины

Рис. 4. Коробление древесины

В строительной практике для предохранения дерева от коробления принимают специальные мер, как, например при устройстве пола, доски чередуют, т. е. одну доску укладывают сердцевинной частью вниз, а другую — вверх, кроме того избегают применения широких досок. В особенности обращают внимание на возможность коробления клееных щитов.

В качестве мер против коробления устраивают шпунтовые соединения торцовых досок с поперечной доской, а также скрепляют весь щит шпонками.

Вес. В строительстве практическое значение приобретает объемный вес дерева. Объемным весом древесины называется вес 1 кубической единицы дерева, выраженной в граммах, если за 1 кубическую единицу берется 1 куб. см, или в тоннах, если за единицу объема берется 1 куб м. Объемный вес древесины и большинстве случаев меньше единицы. Это значит, что древесина легче воды, поэтому дерево плавает в воде.

Вес дерева изменяется в зависимости от:

  • 1) породы,
  • 2) влажности,
  • 3) возраста,
  • 4) плотности.

Кроме того в разных местах одного и того же дерева вес может быть не одинаков. Поэтому принято говорить о среднем весе различных пород древесины.

Теплопроводность. Теплопроводностью дерева называется способность проводить через себя тепло или холод.

Дерево по сравнению с другими строительными материалами очень слабо проводит тепло или, то есть дерево имеет малую теплопроводность, что является хорошим свойством. Поэтому наружные стены из дерева можно делать в три раза тоньше, чем из кирпича.

Звукопроводимость. Звукопроводимостью древесины называется способность ее проводить звук. Эта способность у древесины по сравнению с воздухом относительно большая. Скорость распространения звука в дереве в среднем, в зависимости от разных пород дерева по длине волокон будет в 11 —16 раз больше, чем в воздухе, а по направлению радиуса в 4,5 — 5,5 раз.

Однако большая звукопроводимость дерева в жилищном строительстве является отрицательным его свойством, так как для защиты от внешнего шума приходится увеличивать толщину материала, что вызывает лишний расход материала и средств.

Для улучшения звукоизоляции применяют дополнительные прокладки из заглушающих звук изоляционных материалов, либо нанося слой штукатурки, либо в виде закладки матов из минеральной ваты и т. п..

2. Основные характеристики древесины как строительного материала

Для реставраторов важнейшим является тот факт, что до недавнего времени в России древесина была главным и наиболее распространенным строительным материалом, из которого делали, практически все. Помимо прочего это означает, что старые мастера имели огромный опыт обработки древесины, который с появлением новых современных промышленных строительных материалов был утрачен.

Древесина не относится к капризным строительным материалам, однако изготовленный из нее предмет невозможно вернуть в состояние первоначальной заготовки, чтобы исправить обнаружившиеся ошибки. Поэтому при работе с древесиной огромное значение имеет предварительное выполнение расчетов и проектных разработок на всю глубину технологического цикла обработки изделия.

Срез под углом в 45° называется тангентальным срезом. Он имеет текстурованный рисунок в виде конусообразных линий.

Рис. 5. Тангентальный срез

Срез вдоль волокон дает радиальный срез, который показывает параллельные линии волокон.

Рис. 6. Радиальный срез

Срез, проходящий поперек волокон, по сути дела представляет текстурованный рисунок из годичных колец.

Такой срез так и будет называться – поперечный.

Поперечный срез

Рис. 7. Поперечный срез

Под корой дерева расположен тонкий слой влажной растительной ткани, который называется камбием. Древесина, расположенная под камбием и составляющая основную массу ствола, называется заболонью. У заболонных пород она однородна по всему сечению ствола дерева.

Рис. 8. Заболонная древесина

У некоторых пород деревьев в центре ствола имеется хорошо различимое ядро, часто имеющее более темный цвет.

К ядровым относятся все хвойные (сосна, кедр, ель, тис, лиственница) и некоторые лиственные породы, например дуб, ясень, тополь. Большинство лиственных пород составляет ряд заболонных, или безъядровых: береза, граб, ольха, клен, граб.

Рис. 9. Ядровая древесина

Микроструктура древесины образована древесными клетками, а макроструктура – годичными кольцами, сердцевидными сосудами, сучками, наростами, свилеватостью.

3. Стандартизованные физические свойства строительной древесины

В перечень стандартизованных физических свойств строительной древесины включены ее плотность, влажность, теплопроводность, звукопроводность, электропроводность, стойкость к коррозии (то есть способность противостоять действию агрессивной среды), а также ее декоративные качества (цвет, блеск, запах и текстура).

Плотность древесины – это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см 3 или кг/м 3 . Она зависит от породы древесины, возраста, условий роста, ее влажности. Древесина, имеющая большую плотность, служит дольше и менее подвержена необратимым изменениям, чем менее плотная. Следует учесть, что плотность древесины необходимо измерять на образцах влажностью 15 %, чтобы получить данные, пригодные для сравнения и анализа. Среди наиболее распространенных пород самая большая плотность у дуба, далее по убывающей следуют ясень, клен, лиственница, бук, береза, орех, сосна, липа, осина, ель, пихта.

Влажность строительной древесины, является показателем ее качества и долговечности. На практике различают: комнатно-сухую древесину, с влажностью 8–12 %; воздушно-сухую искусственной сушки, с влажностью 12–18 %. Эти два вида древесины получают путем сушки пиломатериалов в сушильных камерах. Атмосферно-сухую естественной сушки, с влажностью 18–23 % получают в результате продолжительного хранения лесоматериалов, уложенных штабелями на прокладках в сухих, проветриваемых помещениях или под навесом, без допуска воздействия прямых солнечных лучей. Влажной считается древесина, с содержащая более 23% воды по массе.

Чем меньше показатель влажности древесины, тем меньше она подвержена гниению. Однако выбор для работы максимально сухой древесины не является правильным решением во всех случаях. Древесина очень гигроскопична, она легко впитывает влагу, изменяясь при этом в размере, что приводит короблению и деформации конструкций. Правильным решением будет использование древесины, влажность которой соответствует текущей эксплуатационной влажности.

Теплопроводность, звукопроводность. Деревянные дома из сруба или бруса хорошо удерживают тепло. Здоровая древесина способна хорошо распространять звук вдоль волокон: если после удара по комлевой части бревна, доски или бруса слышится чистый звенящий звук, то это говорит о высоком качестве древесины; прерывистый, глухой звук свидетельствует о ее загнивании.

Коррозионная стойкость древесины очень важна для строений и изделий, из нее изготовленных, особенно тех, которые эксплуатируются в основном под открытым небом.

Хвойные породы более стойки к коррозии, чем лиственные, благодаря пропитке природными смолистыми веществами.

Цвет, блеск, запах и текстура являются физическими свойствами древесины, позволяющими визуально определить ее породу.

Цвет способен указать на качество. Например, синеватая окраска хвойной древесины свидетельствует о начальной стадии загнивания. Здоровая сосна имеет цвет от коричневато-желтого в зонах, насыщенных смолой, до светло-желтого. Цвет ели – от светложелтого до белого. Черные и темно-коричневые пятна на буковой древесине – признак загнивания. Цвет здорового бука – от желто-бежевого до розоватобежевого.

На пороки древесины может указывать ее запах. Если в помещении, где хранится древесина бука, ощущается стойкий запах прелой листвы, а в помещении, где хранятся сосновые лесоматериалы, затхлый запах, – это явный признак процессов гниения.

Составные части поперечного распила ствола и текстура древесины на трех разрезах

Рис. 10. Составные части поперечного распила ствола и текстура древесины на трех разрезах: а – составные части поперечного распила ствола: 1 – лубяной слой коры; 2 – камбий; 3 – заболонь; 4 – ядро; 5 – сердцевина; 6 – сердцевидные лучи; б – текстура древесины сосны на трех разрезах: 1 – на поперечном; 2 – на радиальном; 3 – на тангентальном.

4. Эксплуатационные механические свойства строительной древесины

Механическая прочность древесины – это ее возможность противостоять различным статическим и динамическим нагрузкам. Различают прочность на сжатие, изгиб, скалывание (сдвиг), растяжение. При этом предел прочности древесины на сжатие и растяжение при направлении нагрузки вдоль волокон значительно выше, нежели при направлении нагрузки поперек волокон.

Испытание прочности древесины по направлению нагрузки

Рис. 11. Испытание прочности древесины по направлению нагрузки: 1 – вдоль волокон; 2 – поперек волокон радиально; 3 – поперек волокон тангентально.

Механическая прочность древесины зависит от ее физических свойств: увеличение влажности снижает прочность, а плотная древесина более прочна, чем легкая и рыхлая.

Читать статью  Что такое строительный материал прямоугольной формы?

Пластичность – способность деревянной детали изменять форму под воздействием нагрузки и сохранять эту форму после снятия приложенной нагрузки. Это свойство важно для изготовления гнутых деталей. С увеличением влажности и температуры пластичность древесины увеличивается; поэтому детали, предназначенные для гнутья, обрабатывают горячей водой или паром.

Высокой пластичностью (по убывающей) обладает древесина бука, вяза, дуба, ясеня. Хвойные породы имеют прямолинейную структуру волокон и поэтому не обладают достаточной пластичностью для гнутья.

Твердость древесины обусловлена ее способностью сопротивляться внедрению инородных тел. По этому признаку древесину разделяют на твердую – бук, дуб, клен, ясень, вяз, лиственница (самые твердые – самшит и акация) и мягкую – липа, ель, сосна, ольха.

Износостойкость древесины – способность противостоять трению. Чем тверже древесина, тем выше ее износостойкость.

Часть II: Физические свойства древесины Физические свойства древесины

Физическими называются свойства, наблюдаемые без изменения химического состава и целостности древесины. Остановимся на следующих физических свойствах:

Это интересно Исследования показали, что древесина дуба на сжатие выдерживает давление 450…500 килограммов на квадратный сантиметр, а на растяжение — до 1050 килограммов! То есть ее прочность на растяжение соперничает с лучшими сортами нейлоновых тканей. Для разных пород эти показатели могут меняться.

Внешний вид

Внешний вид древесины характеризуется цветом, блеском, текстурой.

Цвет древесине придают находящиеся в ней экстрактивные вещества.

Древесина пород, произрастающих в различных климатических условиях, имеет различный цвет: от молочно-белого (осина, ель, липа) до черного (эбеновое дерево).

Породы древесины, произрастающие в тропических и экваториальных районах имеет более яркую окраску по сравнению с древесиной пород умеренного пояса.

В пределах климатической зоны каждой древесной породе присущ свой особый цвет, который может служить дополнительным признаком для ее распознавания. Например, древесина граба имеет светло-серый цвет, дуба и ясеня — бурый, ореха — коричневый. Под влиянием света и воздуха древесина многих пород теряет свою яркость, приобретая на открытом воздухе сероватую окраску.

Блеск — это способность древесины отражать световой поток. Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевидных лучей.

Особым блеском отличается древесина дуба, бука, платана, чинары, белой акации. Матовый блеск имеют тополь, липа, осина, тик; шелковистый — ива, вяз, ясень, черемуха; золотистый — черешня; серебристый — сибирский кедр; муаровый — береза, серый клен, лавровишня.

Текстура — это рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза. Она определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске ранней и поздней древесины, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, неправильным расположением волокон (волнистое или путаное). Хвойные породы на тангенциальном разрезе из-за резкого различия в цвете ранней и поздней древесины дают красивую текстуру. Лиственные породы с ярко выраженными годичными слоями и развитыми сердцевинными лучами (дуб, клен, каргач, ильм, платан) имеют очень красивую текстуру на радиальном и тангенциальном разрезах. Особенно красивый рисунок имеет древесина с неправильным расположением волокон. Текстура определяет декоративную ценность древесины, что особенно важно при изготовлении художественного паркета, различных поделок, музыкальных инструментов и др.

Влажность

Свойства древесины очень сильно зависят от содержания влаги.

Абсолютной влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах.

Относительная влажность древесины — это отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии, выраженное в процентных. Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Влага, находясь в полостях клеток и межклеточных пространствах, называется свободной, или капиллярной, а в клеточных стенках — связанной или гигроскопичной. В первую очередь из древесины испаряется свободная влага, при дальнейшей сушке начинается процесс испарения связанной влаги, в результате которого происходит значительное изменение физико-механичеких свойств древесины.

У живого (свежесрубленного) дерева содержание влаги будет обычно находиться в районе 50% -100%. После рубки содержание влаги снижается. Вначале испаряется свободная влага, пока не будет достигнута так называемая точка насыщения волокна.

Рис. Схема содержания воды в древесине

Это та точка, при которой вся свободная вода ушла, а оставшаяся влага связана внутри стенок клетки. Эта точка зависит от температуры, но для большинства видов древесины составляет 30% (в пересчёте на сухой вес).

При удалении из древесины связанной влаги происходит уменьшение линейных размеров и объема древесины. Такой процесс называется усушкой. Усушка по разным направлениям не одинакова.

В поперечном направлении степень усушки вдвое выше, усушки в радиальном направлении. Продольная усушка незначительна и практически не имеет значения.

Усушка обычно зависит от плотности древесины, при этом лиственные породы дают большую усушку, чем хвойные. Вследствие различий в усушке по трем основным направлениям, высыхание древесины может приводить к деформации.

Процесс потери влаги продолжается до тех пор, пока уровень влаги в древесине не достигнет определенного предела (равновесной влажности), который напрямую зависит от температуры и влажности окружающего воздуха.

Это интересно. Только что срубленное бальсовое дерево может иметь влажность, доходящую до 600% и весить очень много. В высушенном состоянии это дерево- легче пробки. Из бальсового дерева был сделан плот Kon Tiki знаменитого норвежского путешественника Тура Хейердала.

Свойства древесины: механические, физические, технологические

Еще с древнейших времен, человек не мог обходиться без древесины. Не растратила она своего значения и на сегодняшний день, невзирая на то, что пришло на смену много современных и передовых материалов, которые вытеснили лесоматериалы из некоторых сфер ее применения. Однако, появились другие направления и сферы применения, новые технологии, где изделия из дерева просто незаменимы.

Древесина

Основные свойства древесины

Как и многие стройматериалы, древесный материал отличается по характерным свойствам и особенностям. Свойства могут быть как позитивными, так и негативными показателями. Эти свойства обусловлены породой лесоматериалов.

Свойства древесины подразделяется на:

  1. Плотность.
  2. Твёрдость.
  3. Влажность.
  4. Усыхание.
  5. Набухание.
  6. Коробление.
  7. Раскалываемость.
  8. Износоустойчивость.
  9. Изгибистость.
  10. Деформирование.
  11. Теплопроводность.

Свойства древесины

Никакой строительный материал не располагает такими технологическими и декоративными свойствами, как изделия из дерева. Она податлива при обработке. Прочный и лёгкий материал, долгое время сохраняющий тепло и нежный запах. Но, как и всякий материал она имеет положительные и отрицательные свойства.

Свойства, определяющие общий вид древесины

К таким свойствам относятся:

  1. Цвет. На цвет материала влияет порода, возраст дерева, условия вегетации, существование пороков.
  2. Блеск. На блеск влияет плотность, число и параметры лучей отходящих от сердцевины, а также вида плоскости разреза.
  3. Запах. Зависит от наличия смолы и органических веществ ароматического ряда.
  4. Текстура. Природный рисунок, получающийся на разрезе путём пересечения волокон, годовых слоев и центральных лучей.

Строение древесины

Большая часть, до 90 % объема дерева, это — ствол, в состав которого входят:

  • кора. Её свойство — предохранять ствол от перепадов температуры, вторжения грибковых бактерий, испаряемости влаги и механических воздействий;
  • камбий. Неширокая прослойка живых клеток в виде кольца, имеющих способность к делению и приросту;
  • древесина. Составляющая ствола, по которой поступает влага от корней к кроне.

Строение ствола

Технологические свойства древесины

Технические свойства характеризуют следующие показатели:

  • способность задерживать металлический крепеж. Чем плотнее древесный материал, тем прочнее в ней удерживаются крепежные детали;
  • износоустойчивость. Это — способность оказывать сопротивление разрушениям во время механического взаимодействия. Повышенной износоустойчивостью обладают торцы. Повышенная твердость и плотность позволяет древесине подвергаться незначительному износу.
  • раскалываемость. Свойство древесины под механическим воздействием делиться на части продольно волокнам. Сопротивление растрескиванию повышается с увеличением вязкости. Это свойство имеет положительный показатель. Некоторые сорта можно заготавливать только методом раскалывания. У раскалываемости есть и негативное свойство: при использовании металлических креплений, могут образовываться расколы.

Технические свойства древесины

Плотность древесины

Соразмерность веса пиломатериала к его объёму и есть плотность. Устанавливается плотность в кг/м3, и напрямую подчиняется влажности.

Плотность подразделяют на:

  • малую;
  • среднюю;
  • высокую плотность.

Твёрдость древесины

На твёрдость влияют следующие показатели:

  • порода;
  • условия произрастания дерева. Один и тот же вид породы может быть разной твердости, если деревья росли в различных климатических условиях;
  • увлажненность лесоматериалов.

Твердость у одного ствола может быть разной: в зависимости от того, какой применяется распил. Торцы твёрже чем тангентальная и радиальная поверхность.

Твердость древесины

Износостойкость и гибкость древесины

  • износостойкость — свойство оказывать сопротивление истиранию материала во время трения. Истирание с боков бывает больше чем с торцов. Наиболее твёрдая и плотная древесина менее всего подвергается изнашиванию. Повышенная влажность — хороший помощник износу.
  • гибкость — одно из свойств деревянных заготовок — изменять форму под силовым воздействием извне. Загибание основано на возможности древесины поддаваться деформации под воздействием гибочного оборудования. Процедура загибания проходит легче и быстрее, когда древесину предварительно увлажняют и нагревают;
  • ударная вязкость — свойство поглощения удара без дефляции.

Тепловые свойства

К таким свойствам относятся следующие показатели:

  • тепловая мощность — это способность древесного материала накапливать тепло;
  • теплопроводность — транспозиция тепловой энергии молекулами вещества;
  • температуропроводность — равное распределение температуры по всему объёму;
  • термическое расширение— изменение линейных размеров и конфигурации при изменении температуры.
Читать статью  Какие стройматериалы выгодно покупать зимой и почему

Влажность древесины

Влажность — это процентное соотношение количества влаги в определённом объёме древесного материала, к такому же объёму совершенно сухого материала. Свойства по влажности у каждой породы индивидуальные.

Влажность древесины

Влажность подразделённая по степеням:

  • мокрая степень. Продолжительное время содержащиеся в воде лесоматериалы;
  • свежераспиленная;
  • воздушно-высушенная;
  • базовая степень.

Усушка, разбухание и коробление пиломатериала

  1. Усушка. Снижение параметров при устранении влаги. Полная усушка, для дальнейшей обработки древесного материала должна быть в диапазоне от 11 до 17 %. Процент усушки обязательно учитывается при изготовлении пиломатериалов.
  2. Коробление. Преобразование формы при высушивании, складировании и опиловке. В основном, коробление возникает из-за разной величины усушки и структурных направлениях.
  3. Разбухание. Это — свойство прибавления размеров при увеличении влаги. Разбухание протекает до особого предела поглощаемости влаги.

Разбухание — одно из негативных свойств древесины. Хотя в отдельных случаях разбухание играет существенную роль: создает уплотнение соединениям в лодках, бочонках и кадках.

Коробление древесины

Физические свойства древесины

Абсолютное значение, измеряемое соотношением веса к объему. Плотность напрямую зависит от разновидности породы и количества влаги. Чем меньше влажность, тем ниже плотность.

Плотность древесины

Свойство древесины пропускать тепло от корней до кроны. На качество теплопроводности влияют такие факторы:

  • температура воздуха;
  • внутренняя влажность;
  • насыщенность;
  • количество теплоты.

Особенное свойство лесоматериалов — пропускать звук. Звукопроницаемость у древесины повыше, чем у некоторых материалов. Этот показатель необходимо принимать во внимание в строительстве, где крайне важна звукоизоляция стен и столярных изделий.

Положительное свойство пиломатериалов пропускать ток. На электропроводность влияют влажность, порода, направление волокон и температура. Сухая древесина не пропускает электроток, что даёт возможность использовать ее как изоляционный материал.

Степень увлажненности пиломатериалов, это — показатель качества и износостойкости изделий из древесины. Отличительное свойство: чем меньше содержание влажности, тем дольше она не подвергается гниению.

6. Коррозионная стойкость.

Отсутствие коррозии — немаловажное свойство у изделий, изготовленных из древесины. Особенно это касается тех изделий, которые подвергаются эксплуатации на открытом воздухе.

7. Цвет, блеск, запах и текстура.

Данные свойства позволяют зрительно определять породу древесины и имеют чисто художественное значение.

Механические свойства древесины

Важные свойства, влияющие на устойчивость и надёжность строений и деревянных изделий.

Сопротивление древесных материалов к разрушениям под воздействием механических усилий.

Это свойство зависит от сопротивления древесного материала к проникновению твердых тел. Чем тверже древесина, тем сложнее она поддаётся обработке.

  • Ударная вязкость.

Поглощение ударов без нарушений целостности.

Трещины

Это продольные разрывы, возникающие под воздействием внутренних напряжений.

Трещины подразделяют по следующим свойствам:

Радиальные трещины внутри ствола дерева. Наблюдаются у всех пород, особенно этим страдает перестоялый древостой. Трещины появляются по мере роста дерева и представляют прерывающиеся разломы по длине сортамента.

Отслаивание древесного волокна внутри ядра и отслоение спелой древесины у растущего дерева. Отлупные трещины можно встретить у каждой породы. До конца не установлены причины возникновения таких трещин.

Продольные разрывы извне на стволе молодого дерева. В основном, морозные трещины преобладают у лиственных пород и очень редко у хвойных. Трещины появляются при резких перепадах зимних температур.

Виды трещин в древесине

Появляются под воздействием неравномерной усушки и выявляются при распиловке сортамента.

Трещины — основная причина понижения прочности лесоматериалов, используемых в строительстве. Кроме того, трещины содействуют вторжению грибных заболеваний и попаданию влаги внутрь материала.

Пороки формы ствола

Стволы деревьев также обладают определёнными пороками:

Ствол дерева, во время роста, постепенно уменьшается в диаметре от нижней части к кроне. Когда, при каждом метре роста, диаметр ствола убывать больше чем на 1 см, то это — сбежистость.

Лиственные породы больше подвержены такому пороку нежели хвойные породы Сбежистость больше всего проявляется у деревьев растущих на свободе или в мелколесье. Чем гуще лес, тем поменьше на деревьях сбежистости. Данный порок повышает величину отходов и снижает прочность.

Если диаметр ствола в нижней части дерева превышает диаметр того же ствола на высоте не менее метра в 1,2 раза, то это называется закомелистостью.

Ствол дерева имеет форму эллипса, а максимальный диаметр больше минимального в 1,5 раза. Овальность вызывает у дерева крен и изменяет строения древесины.

Пороки формы ствола

Локальное утолщение появляется в результате негативного воздействия:

  • грибковых заболеваний;
  • микобактерий;
  • вирусных инфекций;
  • химических факторов;
  • радиоактивности;
  • различных повреждений.
  • Кривизна.

Все древесные породы страдают искривлением стволов. Простая кривизна имеет один изгиб, сложная — несколько изгибов ствола.

Кривизна относится к отрицательным свойствам древесины.

Пороки строения древесины

Пороки подразделяются на группы. В группе находятся определённые виды пороков.

Искаженное месторасположение древесного волокна и годичных слоёв

  • Наклон волокон.

Наклонное положение волокон значительно понижает прочность древесины, усиливает усушку сортамента вдоль и является поводом появления винтовой искривлённости и закручивания пиломатериалов. Наклон волокон существенно усложняет обработку пиломатериала и уменьшает потенциал древесины к изгибу.

Наклон волокон

Это волнистое и хаотичное распределение волокон.

Свилеватость уменьшает прочность на растяжение, повышает ударную вязкость и противодействие раскалыванию. Механическое воздействие на свилеватый материал очень затруднён. Однако, у этого порока есть и свои положительные свойства — красивая текстура.

Искажение годичных слоёв около сучков и наростов.

  • Реактивная древесина.

В склонённых и кривых стволах формируется редкостная древесина, которая получила название реактивной. Этот изъян происходит под воздействием силы тяжести, которая вызывает переназначение веществ и подавляет процесс роста.

Крен ухудшает уровень качества древесного сырья, используемого в целлюлозно-бумажной промышленности.

  • Тяговая древесина.

Тяговая древесина усложняет обработку материалов. Во время обработки, образуются мохнатые и замшелые поверхности, которые, отделившись во время резания, заполняют углубление и препятствуют вращению пил.

Пороки строения древесины

Сучки

Сучки — основной, сорт определяющий, порок лесоматериалов. Сучки классифицируют как значительный порок, снижающий стоимость древесного материала.

К сучкам относят оставшиеся основания ветвей. Неважно в каких количествах, но сучки всегда находятся в лесоматериалах. Количество сучков, находящихся в стволе, учитывая их состояние, размеры и распределение по длине, зависят от древесной породы, условий место произрастания, климата, густоты лесонасаждения и прочих факторов.

По уровню зарастания, сучки делятся на два типа:

Нерегулярные анатомические образования

  • Ложное ядро.

Тёмная внутренняя часть ствола дерева — это ложное ядро. Кромка ложного ядра не соприкасается с границей годичных колец. От заболони ядро отгорожено тёмной каёмкой.

Источником возникновения порока являются:

  • возрастное разделение тканей;
  • реакция на ранение;
  • влияние грибковых заболеваний;
  • воздействие холодной погоды.

Ложное ядро портит наружный вид изделия и уменьшает возможность лёгкого загиба. Ядро устойчиво к гниению.

Ложное ядро

  • Внутренняя заболонь.

В районе сердцевины может сформироваться несколько прилегающих годичных слоёв, схожих с заболонью по цвету и иным свойствам. Внутренняя заболонь появляется из-за нарушения естественной деятельности клеток, вызванное морозами.

У некоторых деревьев из-за повреждения структуры, влияния химических факторов, грибковых заболеваний и засилья насекомых появляются небольшие темноокрашенные зоны на древесине.

Пятнистость особого воздействия на какие — либо свойства не оказывает.

В круглых лесоматериалах существование сердцевины — обычное свойство и явление неотвратимое. Сердцевина значительно снижает прочность деталей с небольшим сечением. В крупных распиленных заготовках нахождение сердцевины нежелательный фактор. Сердцевина быстро поддаётся загниванию.

  • Смещенная сердцевина.

Это — беспорядочное месторасположение сердцевины, препятствующее массовому использованию материалов. Данное свойство относится к отрицательным показателям.

  • Двойная сердцевина.

В раскроенном материале можно обнаружить две сердцевины. Каждая сердцевина обладает своими личными годичными слоями. По краю ствола обе сердцевины окружены единой системой годичных слоёв.

Двойная сердцевина

Выпиленные заготовки с двойной сердцевиной, чаще и посильнее коробятся, кроме того могут возникнуть трещины.

  1. Пасынок и глазки.
    1. Пасынок. Это — плохо растущая или омертвевшая двойная вершина ствола. Пасынок разрушает равномерность волокон древесины, а в пиломатериалах — целостность.
    2. Глазки. Разделяют глазки на разбросанные — единичные и групповые — от 3 и более глазков. Глазки уменьшают прочность на изгиб и ударную вязкость.
    • Сухобокость.

    Это — внешнее частичное омертвение ствола. Данный порок появляется в результате содранной коры, солнечного ожога или перегревания коры. Сухобокость нарушает форму деревьев, образует завитушки, ухудшает цельность древесины и понижает выход.

    Это — заживающая или уже зажившая рана.

    Прорость разрушает цельность древесины, что влечёт за собой кривизну и искажение годичных слоёв.

    Прорость

    Рана, появившаяся в результате грибковых заболеваний и присутствия бактерий.

    При раке меняется правильная форма деревьев.

    Необычные отложения в древесине

    • Засмолок.

    Это — щедро напитанный смолой участок древесины, образованный после ранения хвойного дерева.

    Засмолок имеет незначительную влагопроницаемость и лёгкое впитывание воды. Положительным свойством такой древесины является увеличенная стойкость к гнили, но при этом — плохо поддаётся отделке и приклеиванию.

    Это — углубление в глубине годичных слоёв, наполненное смолой.

    Стекающая из полости смола затрудняет отделку и склейку заготовок. Такое свойство лесоматериалов считается отрицательным.

    Пороки древесины

    Водослойная древесина различается от здоровой увеличенной усушкой и разбуханием. Свойство характеризуется как отрицательное.

    Диэлектрические свойства древесины

    Древесина может выражать диэлектрические свойства, характеризующиеся двумя признаками.

    Первый – магнитная пропускаемость.

    Второй – поглощение релаксации дипольной поляризации и превращение её в тепло.

    Источник https://extxe.com/24658/svojstva-drevesiny-kak-stroitelnogo-materiala/

    Источник https://studfile.net/preview/3156306/

    Источник https://lesoteka.com/obrabotka/svojstva-drevesiny

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Previous post Lenovo Vibe C A2020 обзор
Next post Базовая тренировка велосипедиста