Физические и механические свойства древесины

К физическим свойствам древесины относятся: ее внешний вид, характеризуемый цветом и текстурой, запах, гигроскопичность, вес, теплопроводность, звукопроводность и электропроводность. Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних СИЛ. К ним относятся: прочность, твердость, упругость, гибкость, хрупкость, раскалываемость и гвоздимость.

Физические свойства древесины

Цвет древесины является одним из признаков, по которым может быть определена порода дерева. Различные породы, кроме того, имеют неодинаковую яркость окраски древесины разных частей ствола; так, например, ствол березы или липы в разрезе имеет более или менее однородную окраску, тогда как сосна или дуб отличаются ярко выраженной более темной окраской ядра.

По цвету древесины можно судить о ее состоянии; так, например, появление на древесине бурых или синих пятен и полос свидетельствует о наличии грибковых заболеваний.

Текстурой древесины называют характерный и свойственный лишь данной породе рисунок на поверхности продольного или поперечного разреза ствола.

Для древесины, используемой в плотничных работах, цвет и текстура дерева не имеют практического значения, однако в столярно-отделочных работах, при изготовлении мебели, паркета и т. п. древесина с красивыми цветом и текстурой ценится высоко.

Запах древесины также является отличительной особенностью породы дерева; так, например, характерный, присущий только этим породам дерева запах имеет древесина сосны, березы, осины. Кроме того, изменение запаха древесины является одним из признаков появления грибов. Запах древесины важен для лесоматериалов, идущих на изготовление тары для пищевых и косметических товаров.

Гигроскопичностью называется способность материала легко поглощать влагу из воздуха и отдавать ее в сухую воздушную среду. Древесина является пористым материалом: общий объем пор для разных пород составляет от 30 до 80% объема древесины, причем величина и форма пор различны. Вследствие большой пористости гигроскопичность древесины велика.

Это часто является причиной деформации изделий (коробления, появления трещин и т. п.). Поэтому стремятся понизить гигроскопичность древесины путем окрашивания поверхностей изделий масляной краской, лаком, эмалями и другими негигроскопичными составами. Следует иметь в виду, что покрытие древесины нужно периодически повторять, так как защитная способность покрытий с течением времени уменьшается.

Влажностью называется степень насыщенности материала влагой. Вследствие пористости и гигроскопичности древесины влажность ее может колебаться в значительных пределах. Влажность понижает прочность древесины, повышает ее способность к загниванию и др. Поэтому использовать для изготовления деревянных наземных конструкций древесину, имеющую влажность выше 25%, запрещается. Для определения влажности древесины образец ее высушивают до постоянного веса, определяют вес испарившейся воды, делят эту величину на вес высушенного образца и умножают на 100. Если образец до высушивания весил 230 г, а после высушивания 200 г, то влажность его будет:
Влажность, определенная таким путем, носит название абсолютной в отличие от относительной влажности, определяемой путем деления потери веса на вес влажного образца.

По степени влажности древесину различают:

• а) абсолютно сухую с влажностью, равной нулю; такая древесина может быть получена лишь в лабораторных условиях; практически древесина содержит то или иное количество влаги, поглощаемой из воздуха;
• б) комнатно-сухую с влажностью 8-13 %; такую влажность имеют деревянные конструкции, длительное время находившиеся внутри помещений;
• в) воздушно-сухую с влажностью 15-20%; такая влажность может быть у конструкций, находящихся на открытом воздухе;
• г) влажную с содержанием влаги 20-25%;
• д) свежесрубленную - с влажностью от 35 до 120%;
• е) мокрую, насыщенную водой, находящуюся, например, в подводных конструкциях.

С изменением влажности древесины связаны ее усушка, разбухание, коробление и растрескивание.
Усушкой древесины называется уменьшение ее размеров при высыхании, а разбуханием - увеличение размеров при увлажнении. Усушка и разбухание древесины при изменении влажности объясняются тем, что при уменьшении или увеличении количества влаги внутри клеток их стенки сближаются или отдаляются друг от друга. Вследствие волокнистого строения древесины и более плотного расположения клеток вдоль волокон, чем поперек их, изменения размеров образца неодинаковы в различных направлениях.

В результате неодинаковой усушки древесины в радиальном и тангентальном направлениях, а также из-за неравномерности высыхания возникает коробление и растрескивание древесины.

На рис. 2, а показано, в каких направлениях меняются после сушки размеры и формы заготовок, выпиленных из разных частей ствола.

Так как усушка в тангентальном направлении больше, чем в радиальном, то боковые края досок стремятся подняться в сторону выпуклости годичных слоев, следовательно, выпуклость доски при короблении всегда будет обращена в сторону сердцевины. Срединная доска не коробится, но по краям становится тоньше. Широкие доски коробятся больше, чем узкие. Так как в большинстве случаев волокна в дереве не параллельны оси ствола, доски могут перекашиваться винтообразно; это явление носит название крыловатости, или продольного коробления (рис. 2, б). При быстром испарении влаги с поверхности бревна, доски или бруска наружный слой уменьшается в объеме. При этом сближению клеток мешают прилегающие сырые внутренние слои, в результате чего происходит разрыв или растрескивание древесины. Трещины обычно расположены в радиальном направлении. Наибольшее количество радиальных трещин наблюдается в торцах бревна, доски или бруса, так как через торцы происходит наиболее быстрое испарение влаги.

Усушка и связанные с ней коробление и растрескивание мешают правильному использованию древесины при изготовлении деревянных конструкций. Изменение размеров элементов деревянных конструкций вследствие усушки может нарушить нормальную их работу, передачу и распределение усилий, а появившиеся трещины - понизить прочность конструкций. Поэтому необходимо принимать меры к уменьшению деформаций древесины, связанных с усушкой, и к предупреждению их последствий.

В первую очередь к таким мерам относится применение древесины с влажностью, соответствующей будущим условиям работы изделий из нее. Так, например, для деревянных свай следует применять сырой лес, для наружных конструкций - воздушно-сухую древесину, для изделий, находящихся внутри помещений, - комнатно-сухую и т. д. Большое значение имеет также правильная сушка древесины.

При изготовлении деревянных конструкций и изделий также следует принимать ряд мер, например: использовать для обшивки стен более узкие доски; при настилке дощатых полов прибивать вначале не все доски, а каждую пятую и лишь nocлe окончательного высыхания их сплачивать и прибивать все; для уменьшения коробления плоскостей-из досок соединять последние в шпунт и гребень, а смежные доски в щитах располагать сердцевинной частью в разные стороны.

Вес

Удельный вес древесины - это отношение веса твердого вещества древесины (без пустот и пор) к весу воды, взятой в том же объеме. Он почти одинаков для всех пород и равен в среднем 1,55 г/см3. Это значит, что твердое вещество древесины более чем в 1,5 раза тяжелее воды. Однако благодаря пористой структуре почти всякое дерево легче воды, т. е. имеет объемный вес меньше единицы. Объемным весом называется отношение веса древесины к весу воды (при 4°), взятой в объеме древесины в естественном состоянии вместе с заключенными в ней порами.

Объемный вес древесины зависит от ряда причин и в первую очередь от ее строения: чем толще оболочки клеток и чем меньше их внутренние полости, тем выше объемный вес древесины. Поэтому объемный вес служит косвенным показателем прочности и других механических свойств древесины.

Так как растущее дерево является живым организмом, то даже для одной и той же породы объемный вес может колебаться в довольно значительных пределах, в зависимости от условий роста и развития дерева. Кроме того, объемный вес древесины зависит и от части ствола, откуда взят образец. Поэтому для оценки объемного веса принимают обычно средний объемный вес древесины.

Говоря об объемном весе древесины, всегда необходимо указывать, к какой влажности он относится, вследствие того, что содержание влаги может доходить до 100% и более по отношению к весу сухой древесины.

В табл. 1 приведены данные о среднем объемном весе наиболее распространенных в строительстве пород деревьев (объемный вес дан при влажности 15%).
 
Теплопроводностью называется способность материала пропускать тепло. Теплопроводность древесины сравнительно низка. Это объясняется ее большой пористостью, волокнистым строением и замкнутостью пор.

Древесина проводит тепло примерно втрое хуже, чем кирпич, что дает возможность делать деревянные стены, например, в средних районах СССР, толщиной 220 мм, тогда как толщина кирпичных стен в этих же условиях должна быть 640 мм (2/з кирпича).

Теплопроводность древесины зависит от ее влажности, объемного веса, породы и температуры воздуха. Более плотная и влажная древесина лучше проводит тепло, чем менее плотная и сухая. Теплопроводность зависит также от направления, в котором передается тепло; теплопроводность древесины вдоль волокон примерно в 1,8 раза больше, чем поперек волокон. Это следует учитывать, например, при выпуске наружу торцов балок в зданиях с рублеными бревенчатыми стенами.

Звукопроводностью называется способность материала проводить звук. Звукопроводность древесины довольно значительна. Это необходимо учитывать при устройстве перегородок, междуэтажных перекрытий и других конструкций, к которым предъявляются требования звукоизоляции. Поэтому приходится прибегать к дополнительным мерам звукоизоляции, например засыпке шлаком, обивке войлоком и т. п.

Электропроводность - это способность материала проводить электрический ток. Практически сухая древесина электрического тока не проводит и в ряде случаев может использоваться как электроизоляционный материал. Однако в условиях строительства мокрые и загрязненные раствором и землей доски и брусья являются проводниками тока. Это необходимо учитывать при устройстве электропроводки и при эксплуатации приводимых в действие электродвигателями машин и инструментов.

Механические свойства древесины

Прочностью материала называется способность его сопротивляться внешним воздействиям. В зависимости от направления и характера приложения нагрузок деревянные элементы могут работать на сжатие, изгиб, растяжение, скалывание и перерезание.

На сжатие работают сваи, колонны, стойки и другие элементы. В зависимости от направления усилия по отношению к направлению волокон древесины различают сжатие вдоль волокон (рис. 3, а) и поперек волокон (рис. 3, б).

Сопротивляемость древесины сжатию поперек волокон в 5-10 раз меньше, чем вдоль волокон.

Сопротивление древесины на изгиб достаточно высоко. Это дает возможность широко использовать в строительстве, в том числе в ответственных сооружениях, деревянные элементы, работающие на изгиб (балки, прогоны, стропила, мостовые брусья и др.).

При работе на изгиб (рис. 4, а) нижние волокна балки подвергаются растяжению, а верхние - сжатию.

Сопротивление древесины растяжению вдоль волокон довольно высоко, но меняется для одной и той же породы в значительных пределах, что связано со строением древесины, длиной волокон, углом их наклона по. отношению к направлению действующей силы и др.

На растяжение вдоль волокон работают такие элементы деревянных конструкций, как затяжка висячих стропил (рис. 4, б).

Сопротивление растяжению поперек волокон у древесины незначительно и составляет около 2-5% прочности на растяжение вдоль волокон. В строительных конструкциях древесина на растяжение поперек волокон, как правило, не работает.

Скалывание древесины имеет место при работе соединений на шпонках. Различают скалывание вдоль волокон (рис. 5, а), когда внешние силы, действуя параллельно волокнам, стремятся переместить одну их часть относительно другой по длине волокон, и скалывание поперек волокон, когда внешние силы, направленные перпендикулярно волокнам, стремятся переместить одну часть их относительно другой в плоскости, параллельной волокнам (рис. 5, б).

Скалывание, при котором внешние силы, направленные перпендикулярно волокнам, стремятся перерезать последние перпендикулярно их длине, называется перерезанием (рис. 5, в).

На скалывание вдоль волокон работают, например, элементы конструкций, соединяемые на деревянных призматических шпонках (см. рис. 121). Шпонки же в подобных конструкциях работают на скалывание поперек волокон. Примером элементов, работающих на перерезание, могут служить пластинчатые нагели, применяемые в составных по высоте балках (см. рис. 127).

Наибольшей сопротивляемостью Обладает древесина при работе на перерезание; в этом случае приходится перерезать волокна древесины, тогда как при скалывании вдоль и поперек волокон необходимо лишь преодолеть сцепление между ними, и механические свойства древесины характеризуются в первую очередь пределом прочности.

В табл. 2 приведена средняя прочность древесины основных пород. На прочность древесины большое влияние оказывает ее влажность. Считают, что повышение влажности древесины на 1% (в пределах от 8 до 23%) понижает сопротивление изгибу и сжатию на 4-5%.
 
В значительной мере на прочность древесины влияют сучки, трещины, неправильное расположение волокон в дереве и др. Снижение прочности древесины по этим причинам может достигать 50-60% и больше.

Твердостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него твердых тел, например режущих инструментов. Твердость древесины зависит от структуры волокон и толщины клеток древесины. Как правило, более плотные и тяжелые породы являются и более твердыми. Твердость древесины резко понижается при увеличении ее влажности.
К твердым породам относятся дуб, клен, ясень, лиственница. Наиболее мягкие породы - липа и осина. В целом древесину можно отнести к мягким строительным материалам, хорошо поддающимся механической обработке.

Твердость древесины имеет большое значение для деталей, работающих на сжатие. Чем тверже древесина, тем меньше ока подвержена истиранию, что важно при устройстве полов. Однако излишняя твердость затрудняет обработку древесины.

Упругостью материала называется способность его восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия нагрузки, если эта нагрузка не достигла определенного предела.

Древесина обладает довольно большой упругостью, которая увеличивается по мере уменьшения влажности древесины.

Гибкость - это способность материала без разрушения сохранять приданную ему при гнутье форму. Древесина обладает большой гибкостью. Это свойство важно, например, при изп> товлении дуг, гнутой мебели, в бондарном деле и др.

Гибкость древесины может быть увеличена путем ее пропаривания или проваривания. Однако следует иметь в виду, что после пропаривания прочность древесины понижается. Сырое свежесрубленное дерево можно сделать более гибким путем простого нагревания.

Xрупкость - это свойство, противоположное гибкости. Из числа распространенных в строительстве пород деревьев наиболее хрупкой древесиной обладают ель и сосна. Хрупкость древесины надо учитывать главным образом при устройстве конструкций, подвергающихся ударным нагрузкам.

Pаскалываемость - это способность материала раскалываться под действием клина. В связи с волокнистой структурой древесина обладает большой раскалываемостью, что имеет практическое значение при получении колотых материалов (кровельной и штукатурной драни, колотой клепки и т. п.) и облегчает обработку древесины топором, например при отеске балок.
Раскалываемость зависит от направления волокон древесины, твердости, влажности ее, наличия сучков и других причин.

Хвойные породы, дуб и осина раскалываются легко; береза и вяз - значительно труднее. При увеличении влажности раскалываемость хвойных пород увеличивается, а лиственных уменьшается.

Гвоздимостью называется способность материала удерживать металлические предметы (гвозди, костыли и шурупы).
Забиваемый в древесину гвоздь раздвигает волокна и частично перерезает их. Благодаря упругости волокон гвоздь зажимается в древесине и для его вытаскивания нужно затратить определенное усилие, величина которого зависит от породы дерева, его плотности и влажности,- а также от направления гвоздя по отношению к направлению волокон.

Древесина твердых пород обладает большей гвоздимостью, чем мягких. Забить гвоздь во влажную древесину легче, чем в сухую, но после высыхания ее гвоздь будет держаться слабо, так как уменьшится его трение о волокна. Гвоздь, забитый в торец дерева параллельно волокнам, легче извлечь (примерно на 25%), чем гвоздь, забитый перпендикулярно волокнам. При забивке гвоздей слишком близко один от другого возникает опасность раскалывания древесины, поэтому величина расстояния между гвоздями нормируется. В ряде случаев перед забивкой гвоздей большого диаметра в древесине, особенно твердых пород, просверливают отверстия.

Свойства древесины - американские стандарты

фото: ©mebelcompass.ru

Прочность древесины

Показатель прочности древесины представлен в двух группах: для не высушенной древесины (S1-S7) и высушенной (SD1-SD8), которые соответствуют AS 2878 (австралийский стандарт). S1 и SD1 дают самую высокую прочность и жесткость, в то время как S7 и SD8 - самую низкую.

Стандартная плотность древесины

Для определения плотности высушенной древесины за основу берут 12% влажность. Однако показатели плотности не высушенной древесины приблизительны, поскольку зависят от влажности древесины во время измерения. Плотность измеряется в кг/ м³.

Соединение древесины

Соединение – классификация прочности видов древесины в конструкции соединения. Значения варьируются от 1 (очень высокая прочность) до 6 (очень низкая прочность).

Цвет древесины

Цвет высушенных твёрдых пород древесины может изменяться между видами и часто внутри вида. Представленная информация должна использоваться только как общее руководство. В большинстве случаев, цвет заболонь имеет цвет либо светлых оттенков сердцевины, либо белый/кремовый.

Предел прочности при кручении (высушенной древесины)

Предел прочности при кручении – мера максимального напряжения, которое может выдержать древесина при медленной и непрерывной нагрузке. Измеряется в МПа (мегапаскаль).

Модуль упругости (высушенной) древесины

Модуль упругости - имеет значение при определении прогиба балки под нагрузкой, чем больше жесткость, тем меньше прогиб. Измеряется в ГПа (гигапаскаль).

Максимальная прочность при сжатии (высушенная) древесины

Прочность при сжатии – способность древесины выдерживать нагрузку поперек волокон. Измеряется в МПа (мегапаскаль).

Прочность (высушенная) древесины

Измеряет возможность древесины выдерживать удары; синоним ударной вязкости. Измеряется в Нм (ньютонметр).

Твёрдость (не высушенная)

Показатель относится к тесту твёрдости Янка и измеряет сопротивление древесины механическим повреждениям.

Стойкость древесины

Стойкость определяется внутренней устойчивостью древесины к процессу гниения или разрушения насекомыми и ли морскими древоточцами. На стойкость проверяются только твёрдые породы древесины. Шкала с показателем от низкого до высокого (4 класс стойкости – низкая; 1 класс – высокая) приспособлена к стойкости в земле и над ней.

Стойкость древесины к воздействию морских древоточцев

Указывает, является ли вид устойчив (R) или не устойчивы (NR) к разрушению морскими древоточцами.

Огнестойкость, НПБ - Воспламеняемость древесины

Определяет склонность материала к воспламенению, измеряется по шкале от 0 до 20. Индекс 0 указывает, что материал не воспламеняется в течение 20 минут, которые занимает тест. А индекс 20 означает, что материал воспламеняется на первой минуте.

НПБ – Индекс распространения пламени древесины

Cклонность материала к быстрому горению и распространению пламени по шкале от 0 до 10, где 0 означает, что материал не вызывает пламени достигающее потолка, и 10 показывает, что материал может вызвать пожар, достигающий потолка комнаты в течение 10 секунд от момента возгорания.

НПБ - Коэффициент дымообразования древесины

Показатель концентрации дыма (измеряется оптической плотностью), который выделяют материалы при горении. Показатель основан на условной шкале от 0 до 10. Чем выше индекс, тем больше риск возникновения дыма.

Природные пожароустойчивые породы древесины – те, которые имеют внутренние пожароустойчивые свойства. Некоторые виды были протестированы, а ряд других находится в процессе испытания. Измеряется уровень интенсивности пожара (Bushfire Attack level - BAL). Some species have been tested and a number are in the process of being tested and are measured by Bushfire Attack level (BAL).

• BAL – 12.5: Горят ветки, листья, кусочки коры и лесной хлам, которые переносятся ветром;
• BAL – 19: Повышенный уровень, вместе с горением лесного хлама угольки которого разносятся ветром, увеличивается тепловой поток в диапазоне от 12.5 до 19 кВт/ м³;
• BAL – 29: Повышенный уровень, вместе с горением лесного хлама угольки которого разносятся ветром, увеличивается тепловой поток в диапазоне от 19 до 29 кВт/ м³.

Стойкость древесины

Стойкость древесины к воздействию древогрыза указывает на то, подвержена ли древесина или нет воздействию древогрыза.

Стойкость древесины к повреждению термитами указывает на то, устойчива ли или не древесина к термитам.

Напряжение древесины

Напряжение древесины - согласно АС 1720 (австралийский стандарт по использованию деревянных конструкций), напряжение – классификация древесины для строительных целей посредством специального станка или по внешнему виду. Степень напряжения показывает основное рабочее напряжение и жёсткость, которые нужно учитывать при проектировании строительных конструкций. Измеряется в МПа (мегапаскалях).

Ударостойкость древесины

Ударостойкость – способность древесины поглощать энергию при разрушении. Определяется методом испытания по Изоду и измеряется в Дж (джоуль).

Огнестойкость, зона тушения

Это значение определяется объемом дыма в расчёте на рассевание массы тестируемого образца в процессе «Тестирования на коническом калориметре» согласно АС/НЗС 3837 (австралийский и новозеландский стандарт по пожарной безопасности).

UP

Вход/Регистрация - Присоединяйтесь! Ваше имя: (или войдите через соц. сети ниже)

Комментарии и отзывы ( потяните за правый нижний край для увеличения окна ):

Введите код, который Вы видите на изображении выше (чувствителен к регистру). Для обновления изображения нажмите на него.

• Араукария Каннингема (Araucaria cunninghamii), дерево, свойства древесины
• Тасманский дуб (E. delegatensis, E. obliqua & E. regnans), дерево, свойства древесины
• Бекхаусия Бэнкрофта (Backhousia bancroftii), дерево, свойства древесины
• Жёлтый кедр (Chamaecyparis nootkatensis), дерево, свойства древесины
• Американский белый дуб (Quercus alba), дерево, свойства древесины

Шкафы и шкафы-купе



Все о ванной комнате