Свойства древесины

 

Для различения пород деревьев используют текстуру, цвет и запах, а также ряд технических свойств, таких, как долговечность, плотность, твердость и прочность. Дальнейшим типичным свойством является «коробление древесины».

Различные свойства позволяют многогранное применение дерева. Для этого, однако, необходимы обширные знания о различных видах древесины.

 

Долговечность древесины

 

Правильно обработанное на заводе — долговечно. При частом изменении влажности и сухости долговечность значительно снижается (табл. «Долговечность различных видов древесины»). Напротив, если дерево находится под водой, то оно может служить очень долго. В основном древесина в ядре более долговечна, чем заболонь, так как долговечность зависит от наполняющих веществ, которые исключительно содержаться в ядре.

Долговечность древесины снижается в основном грибками и насекомыми. С помощью дополнительной обработки средствами защиты древесины срок службы дерева может быть продлен. У дерева следует различать плотность и объемную массу. Плотность относится к чистой деревянной субстанции, т.е. к материалу стенок клеток, без клеточного пространства. Она составляет у всех видов дерева около 1,56 кг/дм3, так как стенки клеток у всех пород древесины состоят из одних и тех же основных веществ. Под объемной массой понимают плотность дерева вместе с клеточным пространством. Объемная масса зависит от вида древесины и его влагосодержания. Обычно объемная масса дается для дерева в воздушно-сухом состоянии (табл. «Плотность древесины различных пород»). Плотность влияет на дальнейшие свойства дерева, например прочность, твердость, обрабатываемость и теплопроводность.

 

 

 

Твердость древесины

 

Под твердостью дерева понимают сопротивление, которое древесина создает проникновению в него другого тела, например лезвия режущего инструмента. Обрабатываемость и истираемость поэтому зависят от твердости.

Твердость древесины тем больше, чем больше объемная масса и чем меньше влагосодержание.

Медленно росшее дерево с толстостенными клетками, как правило, тверже, чем быстро росшее дерево. Заболонь мягче ядровой древесины.

На практике различают древесину твердых и мягких пород (табл. «Твердость различных пород деревьев»).

 

Прочность древесины

 

Под прочностью древесины понимают ее сопротивление изменению формы под воздействием внешних сил. Прочность дерева увеличивается, как и твердость, как правило, при увеличении объемной массы, а с повышением влажности — снижается. Неравномерный рост, сучковатость и трещины снижают прочность дерева.

 

 

В зависимости от вида нагрузки различают прочность на сжатие, растяжение, изгиб и сдвиговую прочность или прочность на срез. Если при одной из этих нагрузок начинается разрушение структуры дерева, то говорят, что превышена граница прочности, или предел прочности. Поэтому конструкции из дерева могут быть нагружены только до определенного напряжения (табл. «Прочность цельной древесины хвойных пород»). Допустимые напряжения в МН/м² согласно DIN 1052 зависят от качества древесины, т.е. по классам сортности DIN 4074.

 

 

При оценке строительных материалов с точки зрения строительной физики важными являются свойства проводимости и, соответственно, изоляции по отношению к теплу, звуку и электричеству (табл. «Свойства проводимости и изоляции древесины»).

 

Деформации древесины от влажности

 

Дерево гигроскопично, т.е. оно может отдавать влагу и набирать ее снова. Отдача и набор влажности начинается тогда, когда между содержанием влаги в дереве и содержанием влаги в воздухе, окружающем древесину, имеется некоторая разница (перепад влажности).

Свежесрубленное дерево в зависимости от породы, места роста и возраста дерева содержит от 85 до 100% воды, отнесенной к сухой массе древесины. Вода содержится как «свободная вода» в пустых пространствах клеток и как «связанная вода» в стенках клеток. Из-за трубчатой клеточной структуры дерева при высыхании свободная вода относительно быстро отдается в окружающую среду. Если дерево больше не содержит свободной воды, то влажность древесины составляет в зависимости от вида древесины от 32 до 35%. Этот диапазон влажности называется диапазоном волоконного насыщения (табл. «Область волоконного насыщения»).

Отдача связанной воды, напротив, происходит очень медленно, так как она может выйти наружу только за счет диффузии через стенки клеток. Когда вода уходит из волокон при влажности ниже диапазона волоконного насыщения, т.е. около 30%, уменьшается объем древесины и изменяется форма деревянных элементов, дерево усаживается (рис. «Усадка дерева при высыхании»). При этом дерево может коробиться и, соответственно, расширяться и растрескиваться. При наборе влажности объем снова увеличивается, оно набухает. Усадку и набухание называют деформациями древесины от влажности. Усадка происходит не по всем направлениям равномерно. Направление вдоль волокон (продольное и, соответственно, осевое) имеет наибольшую усадку в 0,1—0,3%. В направлении сердцевинных лучей (т.е. в радиальном) — примерно 5%, в направлении годовых колец (тангенциальном) — около 10% (рис. «Максимальное изменение размеров древесины за счет усадки при высушивании с 30 до 0% влажности»). Это — средние значения, которые действительны для дерева, высушенного в сушильных камерах, т.е. для дерева, высушенного до 0% влажности.

У некоторых видов древесины размеры усадки отклоняются значительно от средних значений. Так как размеры усадки и набухания во влажной для строительства области 5—25% влажности древесины (табл. «Допустимая влажность древесины в % для различных деревянных конструкций») изменяются линейно, то их величину часто дают для различных видов дерева отнесенной к 1% изменения влажности древесины (табл. «Величины усадки на 1% изменения влажности древесины»).

Из-за различной по величине усадки в радиальном и тангенциальном направлениях возникают различные изменения формы. Круглые бревна растрескиваются и образуют трещины усушки или усадки, брусья деформируются в зависимости от расположения годовых колец в сечении. Доски продольного распила по центру (с сердцевиной по центру) становятся при усадке тоньше в области заболони, чем в области сердцевины. Кроме того, возникает небольшая усадка в ширину. В области сердцевины дерево раскалывается. Доски и брусья с сердцевиной, смещенной от центра, изгибаются в сторону односторонне замкнутых годовых колец и становятся по концам тоньше и уже. В досках и брусьях тангенциального распила усадка проявляется в виде сильного растяжения в направлении годовых колец (рис. «Формы усадки досок и брусьев прямоугольного сечения»).

 

При сильной и особенно при быстрой усадке пиломатериалы могут разрываться на своих торцах, образуются лобовые или конечные трещины, сильнее, чем сердцевина. Различные условия роста по величине усадку и набухание. Чем меньше «работает» дерево, тем выше его стойкость к атмосферным воздействиям, или его размеро- и формоустойчивость.

• Дерево усыхает и набухает в тангенциальном направлении примерно в два раза больше, чем в радиальном.
• «Работа» древесины в продольном направлении так мала, что ее в большинстве случаев можно не учитывать при проектировании конструкций.
• При усадке доски и брусья тангенциального (бокового) распила деформируются всегда так, что правая сторона становится выпуклой, а левая — вогнутой. (На самом деле выпуклой бывает сторона, где находится ядро, а вогнутой — где заболонь.