Физические свойства древесины

Физические свойства древесины обуславливают ее применение в строительстве в качестве  широко распространенного и незаменимого строительного материала.

Древесина обладает весьма разнообразными свойствами, которые наиболее полно раскрываются при изучении ее физических и механических свойств.Плотность древесины изменяется незначительно, так как древесина всех деревьев состоит в основном из одного и того же вещества — целлюлозы. Поэтому среднюю плотность древесины можно принять равной 1,54 г/см³.

Читай далее на http://stroivagon.ru механические свойства древесины

Объемная масса древесины разных пород и даже древесины одной и той же породы колеблется в весьма широких пределах, поскольку строение и пористость растущего дерева зависят от почвы, климата и других природных условий. Древесина может быть очень легкой — γ = 450 кг/м³ (кедр, пихта), легкой —γ  = 460 — 600 кг/м³ (сосна, ель, осина), со средней объемной массой —γ  = 610 — 750 кг/м³ (лиственница, дуб, береза), тяжелой — γ = 760 — 900 кг/м³ (граб, железное дерево) и очень тяжелой —γ >910 кг/м³ (самшит, кизил). С увеличением влажности объемная масса древесины возрастает. Свежесрубленная древесина значительно тяжелее древесины воздушно-сухой, имеющей влажность 15% (табл. 1).

Пористость древесины хвойных пород колеблется от 46 до 81%, лиственных — от 32 до 80%.

Влажность W выражают обычно в % по отношению к массе сухой древесины. В древесине различают гигроскопическую влагу, связанную в стенках клеток, и капиллярную влагу, которая свободно заполняет полости клеток и межклеточное пространство.

Таблица -1.Объемная масса и пористость древесины некоторых хвойных и лиственных пород

 

 

 

 

 

 

 

 

Предел гигроскопической влажности (в среднем он составляет около 30%) соответствует полному насыщению стенок клеток древесины водой. Полная влажность древесины, считая вместе гигроскопическую и капиллярную влагу, может значительно превышать 30%. Например, у свежесрубленного дерева она может колебаться от 40 до 120%, а при выдерживании древесины в воде ее влажность может возрасти до 200%. При длительном нахождении влажной древесины на воздухе она постепенно высыхает и достигает равновесной влажности.

Рисунок-1. Номограмма равновесной влажности древесины (2 — 28% — величины равновесной влажности древесины)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Равновесная влажность зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Для определения равновесной влажности пользуются номограммой (рис. 1), где по оси абсцисс отложена температура воздуха от — 20 до +100°С, по оси ординат — относительная влажность воздуха от 0 до 100%- Каждая из наклонных прямых линий представляет геометрическое место точек, соответствующих одной и той же равновесной влажности древесины.

Равновесная влажность комнатно -сухой древесины составляет 8 — 12%, поэтому до такой влажности высушивают паркетную клепку, древесину, идущую на изготовление столярных изделий, и т. п. Воздушно-сухая древесина после продолжительной сушки на открытом воздухе имеет влажность 15 — 18%.

Показатели свойств (объемной массы, прочности), полученные при испытании древесины различной влажности, для возможности сопоставления приводят к стандартной влажности, равной 12%. При необходимости численные характеристики древесины (например, предел прочности) пересчитывают к влажности 15%.

Усушка, разбухание и коробление. Колебания влажности волокон древесины влекут изменение размеров и формы досок, брусьев и других изделий из древесины. При увлажнении сухой древесины до достижения ею предела гигроскопичности стенки древесных клеток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий.

Рисунок-2.  Влияние влажности древесины на разбухание:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 — вдоль волокон; 2 — поперек волокон в радиальном направлении; 3 — то же, в тангенциальном направлении; 4 — объемное

Как видно из рисунке-2, свободная влага, заполняющая полости клеток, на размерах древесины не отражается. Усушка древесины происходит за счет удаления связанной влаги из стенок клеток, т. е. если влажность древесины становится меньше предела гигроскопичности, то усушка достигает максимального значения при полном удалении влаги, содержащейся в клеточных стенках. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает в различных направлениях неодинаково (рис. 2). Вдоль оси ствола (вдоль волокон) максимальная линейная усушка сравнительно невелика — около 0,1% (или 1 мм на 1 м), в радиальном направлении она составляет 3 — 6% (3 — 6 см на 1 м), а в тангенциальном — 6 — 12% (6 — 12 см на 1 м).

При высушивании древесины от предела гигроскопичности (который характеризуется влажностью около 30%) до воздушно-сухого состояния (соответствующего 15 — 18% влажности) усушка составит примерно половину своего максимального значения. При высушивании до комнатносухого состояния (т. е. до влажности 8 — 10%) получается усушка, равная трем четвертям максимальной.

Объемную усушку Yv вычисляют, не учитывая продольной усушки , с точностью до 0,1% по формуле:

Yv= [(ab-a0b0)/ab] 100; где a и b-размеры поперечного сечения образца при данной начальной влажности, мм.

a0 и b0-то же, в абсолютно сухом состоянии. Степень усушки древесины характеризуется коэффициентом объемной усушки Κy, который вычисляют на 1 % влажности с точностью до 0,01 % по формуле:

Κy=Yv,max/30;

В этой формуле среднее значение предела гигроскопичности древесины различных пород принято равным 30%.

Усушка и разбухание древесины — свойства отрицательные, они вызывают коробление и растрескивание лесных материалов.

Рисунок-3. Коробление досок в результате усушки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 —поперечная выпукло-вогнутая; 2- продольная выпукло-вогнутая; 3 -продольная выпукло-вогнутая по кромке; 4 — крыловатая.