Важнейшие свойства древесины

Древесина и материалы из нее.

В настоящее время наблюдается повышенный интерес к традиционным, экологически чистым материалам, к числу которых относится древесина. Объясняется это не только экологичностью древесины, как природного материала, но и тем, что современные технологии позволяют значительно улучшить её эксплутационные свойства, следовательно, область её применения значительно расширяется. Древесину издавна применяют в строительстве благодаря целому ряду полезных свойств: высокой прочности, небольшой плотности, малой теплопроводности, легкости обработки, простоте соединений, химической стойкости, декоративности. Отрицательными характеристиками древесины являются: гигроскопичность, набухание, усушка, наличие пороков, горючесть, подверженность гниению.

Специфической особенностью древесины является анизотропия свойств (различие в разных направлениях).

Сроки роста деревьев деловых пород у нас – 40-60 лет. Отходы при обработке составляют 50-60%.

Строение древесины

Макроструктура древесины — строение древесины, видимое невооруженным глазом. Рассматриваются три основных разреза ствола: поперечный — торцовый и два продольных — радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный, проходящий по касательной к годовым кольцам
Рис. 1.Строение ствола дерева:
а — основные разрезы ствола; б — строение ствола дерева на поперечном разрезе; 1 — поперечный (торцовый); 2 — радиальный; 3 — тангенциальный; 4—кора; 5—заболонь; б—сердцевина

Микроструктура древесины. Изучая строение древесины под микроскопом, можно увидеть, что основную массу древесины составляют клетки механической ткани, имеющие веретенообразную форму и вытянутые вдоль ствола (Прозенхимные клетки). У этих клеток длина во много раз больше ширины; они придают древесине волокнистое строение. Эти клетки быстро отмирают и в древесине они в основном мертвые. Таким образом, древесное волокно — это мертвая прозенхимная клетка.

Паренхимные клетки. Это короткие широкие клетки (длина приблизительно равна ширине); в древесине они в основном живые.

На поперечном разрезе ствола можно увидеть следующие части: сердцевину, ядро, заболонь, слой живых клеток – камбий и кору, состоящую из внутренней части (луба) и наружной части (корки). На поперечном разрезе можно увидеть также годичные кольца. Ядро и заболонь вместе составляют собственно древесину. Ядро выполняет только механическую функцию, а заболонь – механическую, проводящую и запасающую функции.

Сердцевина — это первичная ткань, появляющаяся при росте дерева из семени.

Рост древесины в радиальном направлении (в толщину) происходит неравномерно. Клетки древесины образуют так называемые годичные слои (годичные кольца). Ширина колец зависит от породы древесины, а также от условий произрастания: чем лучше условия роста, тем шире годичный слой.

Пороки древесины

Пороки древесины можно разделить на несколько групп: пороки формы ствола, пороки строения древесины, сучки, трещины, химические окраски и грибковые поражения и покоробленности. Ниже рассмотрены основные виды пороков.

Рис. 3.3.Пороки формы ствола:
а — сбежистость; б, в — закомелистость округлая и ребристая; г, д — кривизна простая и сложная

Пороки формы ствола : к этой группе пороков относятся сбежистость, закомелистость и кривизна ствола (рис. 3.3).
Сбежистость— значительное уменьшение диаметра по длине ствола. Нормальным сбегом считается уменьшение диаметра на 1 см на 1 м длины ствола. Этот порок уменьшает выход обрезных пиломатериалов. Кроме того, в материале оказывается много перерезанных волокон, что снижает его прочность.
Закомелистость — резкое увеличение диаметра комлевой (нижней) части ствола. Закомелистость бывает круглой и ребристой. В любом случае она увеличивает количество отходов и искусственно вызывает косослой в готовойпродукции.
Кривизна ствола — искривление ствола дерева в одном или нескольких местах. Сильная кривизна переводит древесину в разряд непригодной для строительных целей.

Пороки строения древесины представляют собой отклонения от нормального расположения волокон в стволе дерева: наклон волокон, свилеватость, крень, двойная сердцевина и др. (рис. 3.4).

Рис.3.4.Пороки строения древесины:
а — наклон волокон; 6 — свилеватость; в — крень; г — двойная сердцевина

Наклон волокон (косослой) — непараллельность волокон древесины продольной оси пиломатериала. Это явление (особенно при больших углах наклона волокон) вызывает резкое снижение прочности древесины и затрудняет ее обработку. Пиломатериал, имеющий косослой, обладает повышенной склонностью к короблению при изменении влажности.

Свилеватость — крайнее проявление косослоя, когда волокна древесины расположены в виде волн или завитков.
Свилеватость в некоторых породах (орех, карельская береза) придает красивую текстуру древесине; такие породы используются в отделочных работах.

Крень — изменение строения древесины, когда годовые кольца имеют разную толщину и плотность по разные стороны от сердцевины. Крень нарушает однородность древесины.

Сучки— самый распространенный и неизбежный порок древесины, представляющий собой основание ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон (свилеватость). Сучки уменьшают рабочее сечение пиломатериалов, снижая их прочность в 1,5. .2 раза (а в тонких досках и брусках и более).

По степени срастания сучков с древесиной ствола различают сучки сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся (выпадающие). Особенно опасны сучки разветвленные (лапчатые) (рис. 3.5).

Рис. 3.5.Различные виды сучков:
а — сросшийся здоровый; 6 — выпадающий; в — сшивной; г — разветвленный (лапчатый)

Часто сучки загнивают вплоть до превращения в рыхлую порошкообразную массу — это так называемые табачные сучки.
Для изготовления несущих деревянных конструкций используется древесина, имеющая только здоровые сросшиеся сучки. Количество и размещение сучков определяют сортность материала.

Трещинымогут появляться как на растущем дереве, так и при высыхании срубленного дерева и пиломатериалов. Они нарушают целостность лесоматериалов, уменьшают выход высокосортной продукции, снижают прочность и даже делают их непригодными для строительных целей. Кроме того, трещины способствуют гниению древесины.

Различают следующие типы трещин: метик, морозобоина и отлуп, образующиеся на растущем дереве, и трещины усушки, образующиеся на срубленной древесине (рис. 3.6).

Рис. 3.6.Виды трещин:
а, б— метиковая простая и сложная; в, г — морозобоина открытая и закрытая; д, е — отлуп кольцевой и частичный

Метик — внутренние трещины, идущие вдоль ствола от центра к периферии; трещин может быть несколько как расположенных в одной плоскости, так и крестообразно.

Морозобоина — наружная открытая продольная трещина, сужающаяся к центру. Такие трещины возникают при замерзании влаги в стволе во время сильных морозов.

Отлуп — полное или частичное отделение центральной части ствола от периферийной в результате усушки первой. Такие трещины располагаются по годовым кольцам.

Трещины усушки встречаются очень часто в древесине всех пород; они возникают в результате напряжений, вызванных неравномерной усадкой при быстрой сушке древесины на воздухе. Эти трещины направлены от периферии к центру вдоль волокон древесины.

Грибные поражения и химические окраски вызываются простейшими живыми организмами — грибами, развивающимися из спор и использующими древесину в качестве питательной среды, или микроорганизмами. Для развития грибов необходим кислород воздуха, определенная влажность и положительная температура. Различают грибы, поражающие деревья, растущие в лесу, и свежесрубленную древесину, и грибы, развивающиеся на деревянных конструкциях.

Рис. 3.7.Продольная покоробленность:
а — простая; б— сложная; в— крыловатая

Важнейшие свойства древесины

По влажности различают мокрую (более 100% влажности); свежесрубленную ( более 35%); воздушно-сухую – 15-20%; комнатно-сухую – 8-12%; абсолютно сухую, высушенную до постоянной массы древесину. Стандартной считают влажность древесины – 12%.

Свободная или капиллярная вода заполняет полости клеток, сосудов и межклеточное пространство. Связанная или гигроскопическая вода находится в стенках клеток и сосудов древесины в виде тончайших гидратных оболочек на поверхности мельчайших элементов, слагающих стенки клеток.

Влажность древесины, когда стенки клеток насыщены водой (предельное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточные пространства свободны от воды (отсутствие капиллярной воды), называют пределом гигроскопической влажности или точкой насыщения волокон. Для древесины различных пород она находится в пределах от 23 до 35 % (в среднем 30 %).

Изменение влажности древесины вызывает изменение её линейных размеров – усушку и набухание. Вдоль волокон линейная усушка не превышает 0,1%, поперек волокон – 3-6%. Вызванные усушкой напряжения могут привести к появлению трещин.

☻▬Истинная плотность древесины – 1,54 г/см³, средняя плотность древесины многих пород ниже 1000 кг/м³. Её принято сравнивать при влажности 12%.

☻▬Пористость древесины в среднем составляет 50-70%.

☻▬Теплопроводность у древесины относительно низкая и различается в зависимости от расположения волокон, в поперечном направлении она в два раза ниже.

☻▬Прочность древесины вдоль волокон составляет 40-60 МПа и сопоставима с прочностью бетона. Прочность при сжатии поперек волокон составляет 0,15-0,3 от предела прочности вдоль волокон.

Прочность при растяжении вдоль волокон в 2-3 раза больше прочности при сжатии вдоль волокон и составляет 100-120 МПа. Прочность при изгибе составляет 60-110 МПа. Прочность при изгибе у древесины выше, чем у большинства строительных материалов.

Механические свойства древесины зависят от влажности. Для получения сравнимых результатов прочность древесины при фактической влажности пересчитывают на прочность при стандартной влажности по формуле:

R₁₂ = R_W [1 + α ( W – 12)];

где R₁₂ и R_W соответственно пределы прочности образцов при 12% - ной и W влажности в момент испытаний, α – поправочный коэффициент на влажность, показывающий на сколько изменяется прочность при изменении влажности на 1%.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: