Физические свойства.
Истинная
плотность древесины изменяется незначительно, т.к. древесина всех деревьев
состоит в основном из одного и того же вещества – целлюлозы. Среднюю плотность
древесины можно принять равной 1,54 г/см3. Плотность древесины разных пород и
даже древесины одной и той же породы колеблется в весьма широких пределах. С
увеличением влажность плотность древесины возрастает.
Влажность выражается обычно в % по отношению к массе сухой
древесины. В древесине различают гироскопическую
влагу и капиллярную влагу.
Предел
гигроскопической влажности (в среднем около 30 %) соответствует полному
насыщению стенок клеток древесины водой. Полная влажность древесины может
значительно превышать 30%. При длительном нахождении влажной древесины на
воздухе она постепенно высыхает и достигает равновесной влажность.
Равновесная
влажность зависит от температуры и относительной влажности окружающего
воздуха. Для определения равновесной влажности пользуются номограммой.
Показатели свойств (плотность,
прочность), полученные при испытании древесины различной влажности, для
возможности сопоставления приводят к стандартной влажности , равной 12 %.
Усушка, разбухание и коробление.
Колебания влажности волокон древесины влекут за собой изменение размеров и
формы досок, брусьев и других изделий из древесины. Вследствие неоднородности
строения древесина усыхает в различных направлениях неодинаково. При
высушивании древесины от предела гигроскопичности до воздушно-сухого состояния
усушка составит примерно половину своего максимального значения.
Объёмную
усушку Уv вычисляют,
не учитывая продольной усушки, с точностью до 0,1 % по формуле:
где a и b – размеры поперечного
сечения образца при данной начальной влажности; a0 и b0 – та же, в абсолютно сухом состоянии.
Степень усушки характеризуется коэффициентом объёмной усушки kу, который вычисляют на 1 %
влажности с точностью до 0,01 % по формуле:
В этой формуле среднее значение
предела гигроскопичности древесины различных пород принято равным 30 %.
Усушка и разбухание древесины
вызывают коробление и растрескивание лесных материалов.
Коробление
деревянных изделий является следствием разницы в усушке древесины в
тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерности высыхания.
Неравномерность усушки и коробление вызывают появление внутренних напряжений в
древесине и растрескивание пиломатериалов и брёвен.
Для предотвращения коробления и
растрескивания деревянных изделий используют древесину с той равновесной влажностью,
которая будет в условиях эксплуатации.
Текстура – это рисунок древесины, зависящий от сочетания её видимых элементов:
годовых слоёв, сердцевинных лучей, сосудов. Цвет и текстура характерны для
каждой породы дерева.
Блеск
зависит от плотности и степени обработки. Запах древесины зависит от содержания в ней смолистых, эфирных и
дубильных веществ.
Теплопроводность
сухой древесины незначительна: сосны поперёк волокон – 0,17 Вт/(м °С);
вдоль волокон 0,34 Вт/(м °С). Теплопроводность зависит от пористости древесины,
её влажности и направления потока теплоты. Теплозащитные свойства древесины
широко используются в строительстве.
Электропроводность
древесины зависит от её влажности. Электрическое сопротивление сухой
древесины в среднем составляет 75 на 10 в седьмой Ом*см, а сырой древесины – в
десятки раз меньше.
Механические свойства
Прочность древесины определяют путём испытания малых чистых образцов древесины.
Показатели прочности древесины должны быть пересчитаны на влажность 12 %.
Прочность древесины понижается, когда её влажность возрастает от 0 до 30 % (до
предела гигроскопичности)После того как древесина достигла
предела гигроскопичности, дальнейшее увеличение влажности не влияет на её
прочность.
Прочность
на сжатие определяют путём испытания образцов, имеющих форму
параллелепипеда с основанием 20х20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм.
Прочность
на изгиб определяют путём испытания образцов. Удельная прочность древесины
при растяжении вдоль волокон примерно такая же, как у высокопрочной стали и
стеклопластика. Однако использовать высокую прочность древесины не так легко,
поскольку сучки, трещины и другие пороки сильно снижают её механические
свойства. В этом отношении большие возможности даёт применение древесины в
клееных деревянных конструкциях.
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, поэтому древесина чаще всего работает на изгиб.
Прочность
при скалывании имеет большое значение при устройстве врубок, клеевых швов и
т. п. в деревянных конструкциях. Для определения предела прочности при
скалывании используют специальные образцы и приспособления. Предел прочности
при скалывании вдоль волокон для основных древесных пород составляет 6 – 13
МПа, а при скалывании поперёк волокон в 3-4 раза выше.
Статическая твёрдость численно равна нагрузке, которая необходима
для вдавливания в образец древесины половины металлического шарика радиусом
5,64 мм.
Модуль
упругости при статическом изгибе Еw древесины влажностью W определяют, нагружая образец, покоящийся на двух
опорах, двумя сосредоточенными силами. Модуль упругости образца с влажностью 8
– 20 % пересчитывают на влажность 12 % по формуле:
Модуль упругости воздушно-сухой
сосны и ели 10000 – 15000 МПа и он возрастает с увеличением плотности
древесины, а увлажнение его снижает.
Особенностью древесины является ползучесть, которая ярче всего
проявляется во влажных условиях. Как следствие ползучести – постепенное
увеличение деформаций при длительном действии нагрузки.
Факторы, влияющие на механические свойства древесины.
Чем плотнее древесина, тем она
прочнее. Плотность и прочность древесных пород возрастают, если они растут на
песчаных почвах, причём на возвышенных местах.
Повышение влажности до предела
гигроскопичности (до 30 %) понижает механические свойства древесины.
Высушивание же древесины на 1 % (в пределах изменения влажности с 20 до 8 %)
повышает её сопротивление сжатию и изгибу на 4 %, растяжению – на 1 %.
Прочность древесины в большой
степени зависит от того, под каким углом к волокнам направлена сила.
Пороки древесины понижают её прочность. Пороками называют недостатки
отдельных участков древесины, снижающие её качество и ограничивающие
возможности её использования.
