Физико-механические свойства древесины

Главным критерием качества древесины разных пород есть ее физико-механические свойства. Среди механических свойств древесины прочность является наиважнейшим показателем ее качества.

Так, древесина лучше выдерживает действие сил вдоль волокон, при действии сил поперек волокон прочность ее резко снижается. Способность древесины к расщеплению даже при небольших нагрузках необходимо учитывать на всех этапах ее обработки.

Существенным показателем качества древесины является и ее твердость, то есть способность сопротивляться обработке режущими инструментами и вообще проникновению в массив древесины других тел.

Так, в нижней части ствола твердость больше, чем в верхней. Годичные кольца имеют значительно большую твердость, чем межкольцевые образования. Кроме этого, древесина имеет более твердую структуру в корневище, сучьях и наростах (капах).

По твердости (кг с/ см I) (торцовой) при влажности 12 % древесные породы разделяют нагруппы: мягкие-385 и менее; твердые - 386 - 825; очень твердые - более 825.

Рис. 6. Червоточина: а-червогочина; б-жук-древесинник; в-мебельный точильщик

Прочность - способность древесины сопротивляться воздействующим на нее усилиям. Этот параметр древесины зависит от ряда причин. Плотная, тяжелая древесина обычно обладает большой прочностью. Прочность быстро уменьшается с увеличением влажности и при наличии пороков. Древесина хорошо сопротивляется действию сил, растягивающих или сжимающих деталь вдоль волокон, и изгибающих сил, направленных поперек волокон. Значительно ниже сопротивление древесины сжатию поперек и раскалыванию вдоль волокон. Показатели прочности древесины некоторых пород приведены в таблице 1.

Упругость-способность древесины изменять свою форму

под воздействием внешних сил и принимать первоначальную форму после прекращения этого воздействия.

Таблица 1. Показатели прочности древесины

Пластичность - способность древесины изменять (без разрушения) под давлением свою форму и сохранять ее после снятия нагрузки.

Для использования древесины в строительстве нужно, чтобы она обладала нормальным строением, не имела недопустимых пороков, легко поддавалась обработке, не изменяла приданной ей формы, хорошо сопротивлялась внешним усилиям и противостояла атмосферным и другим климатическим воздействиям.

Таблица 2. Физические свойства древесины (среднее значение)

Среди физических свойств древесины особо выделяют плотность и влажность. Условная плотность древесины - это отношение минимальной массы к максимальному объему образца.

По плотности ( кг/ м) при влажности 12 % древесные породы разделяют на группы:

малой плотности 540 и менее

средней плотности 550- 740

высокой плотности 750 выше.

Значения плотности основных пород приведены в таблице 2.

Влажность - физическое свойство древесины, характеризующееся количеством содержащейся в ней влаги. Микроструктура древесных волокон такова, что влага лучше всего проникает через торцевые поверхности.

Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Влага, находящаяся в полостях клеток и межклеточном пространстве, называется свободной, а в клеточных стенках - связанной или гигроскопической. Под относительной влажностью подразумевают процентное соотношение массы заключенной в ней влаги к массе абсолютно сухой древесины.

По степени влажности древесина может быть абсолютно сухой, влажность которой равна 0 % ( получение такой древесины возможно только в лабораторных условиях); комнатносухой с влажностью от 8 до 15 %; воздушно-сухой - от 16 до 20 %; полусухой - от 21 до 23 %; сырой - влаги более 23 %; свеже-срубленной от 40 до 75 % и мокрой с влажностью более 75 %. В таблице 3 приведены показатели средней влажности древесины в свежесрубленном состоянии.

Способность древесины поглощать или отдавать влагу называется гигроскопичностью. Это свойство вызывает в древесине два взаимно противоположных явления - усушку и разбухание.

Усушка - потеря объема древесины вследствие испарения из нее влаги (рис.7). Размеры усушки прямо пропорциональны степени убывания влажности древесины. Следует иметь в виду, что в различных направлениях древесина усыхает неодинаково. При уменьшении влажности от 30 до 0% усушка составляет следующие величины: вдоль волокон - 0,1 %, по радиальному направлению - от 4 до 8 %, по тангенциальному - от 8 до 12 %.

Рис. 7. Усушка и коробление: a-продольное коробление; б-поперечная усушка и коробление; в,г-деформация бруска с различным расположением годовых слоев; д-деформация бруска с сердцевинным расположением годовых слоев; е-продольная покоробленность без крыловатости; ж-поко-робленность с крыловатостью

Таблица 3. Показатели средней влажности древесины в све-жесрубленном состоянии

Разбухание - процесс, обратный усушке.
Неравномерность усушки или разбухания древесины ведет к ее растрескиванию, искривлению, деформации деталей изделия.

Теплопроводность - способность древесины проводить тепло от одной поверхности к противоположной. Степень теплопроводности древесины зависит от ее влажности и объемного веса.

Влажная древесина имеет более низкий коэффициент влажности. Объемный вес древесины зависит от породы.

Хвойные породы имеют меньшую плотность древесины, а следовательно, и меньшую теплопроводность. Очевидно превосходство по теплопроводности дерева над кирпичом, поскольку кирпичные стенки толщиной 510 мм (в два кирпича) обладают такими же термоизоляционными свойствами, как и стена из деревянного бруса толщиной 100 мм. Понятно, что по стоимости эти материалы несравнимы. Кроме того, деревянные стены «накапливают» тепло и равномерно распределяют его по всему помещению. Поэтому в таком доме будет тепло даже в самый лютый мороз. Последнее обстоятельство становится решающим при выборе вида древесины для строительства деревянных домов.

Звукопроводность - способность древесины проводить звук. Нужно отметить, что звук в различных направлениях распространяется с неодинаковой силой. Так, звукопроводность древесины вдоль волокон в 4 - 5 раз выше, чем поперек волокон.

К недостаткам древесины относят высокую гигроскопичность, благодаря которой древесина хорошо впитывает влагу из воздуха, при этом она разбухает, увеличивается в объеме, в результате чего небольшие трещины исчезают. Избыток влаги в древесине резко ухудшает ее физико — механические свойства.

В процессе сушки влага испаряется очень медленно. Повышенная влажность готового изделия приводит к изменению его геометрических размеров, короблению, что резко снижает качество конструкции.

Кроме того, древесина обладает естественными пороками (сучки, трещины, смоляные карманы), а высокая ее горючесть

снижает пожароустойчивость здания. Столярные изделия из натуральной древесины нуждаются в постоянном обновлении защитного покрытия.

Лесоматериалы

Бревна

Наибольшее применение в строительстве получили бревна из древесины хвойных пород: сосновые, еловые, пихтовые, из лиственницы и кедра. Бревном считают лесоматериал, имеющий толщину в торце не менее 14 см, длину 4 - 4,5 м. Из древесины лиственных пород наибольшее применение получили бревна из бука, березы, липы, ольхи, осины и тополя.

Таблица 4. Сортамент бревен, применяемых без продольной распиловки

Бревна должны быть очищены от сучьев вровень с поверхностью, опилены под прямым углом к продольной оси, окорены и иметь припуск по длине в соответствии с действующими стандартами. Влажность бревен для несущих конструкций, пролетных строений, а также бревен, поставляемых на пропиточные заводы для антисептирования под давлением, не должна превышать 25%.

Влажность бревен, предназначенных для конструкций, длительно находящихся в увлажненном состоянии, а также для свай
и бревен, поставляемых сплавом, не ограничивается (см. таблицу 5).

Таблица 5. Определение объема одного бревна,

Для Сруба предпочтительнее всего кедр, но не во всяком регионе нашей страны можно прибрести древесину этой породы. Поэтому его часто заменяют сосной или даже елью. Круглый лес в зависимости от толщины в верхнем отрубе подразделяется на мелкий (8-13 см), средний (14-24 см) и крупный (25 см и более). При строительстве сруба обычно применяют бревна диаметром 18-20 см (в средней части), а длина их составляет от 4 до 6 м. Идеальным является вариант применения оцилин-дрованных бревен, которые в настоящее время можно приобрести в розничной и оптовой торговле. Оцилиндрованными называются бревна, которые пропущены через специальное оборудование и имеют постоянный диаметр по всей длине. Сооружение сруба из таких бревен значительно упрощается,
не говоря уже о качестве. Если же для строительства дома приобретен обычный круглый лес, то его следует сортировать по диаметру при покупке.

Если лес закуплен в лесосеке на корню, то в этом случае нужно очень сильно потрудиться, чтобы довести его до кондиционного состояния. Деревья перед рубкой лучше всего ошкурить, дать возможность древесине подсохнуть в лесу и только после этого приступают к его валке. Для валки необходимо подрубить дерево топором со стороны, в которую будет падать ствол.

При этом нужно учитывать, что высота пня не должна превышать 10 см от уровня земли, а валку осуществляют в сторону наклона дерева. Под первое дерево, На место его вероятного падения, укладывают лежку диаметром 15-20 см и длиной 2 м. Пилить ствол нужно так, чтобы недопиленная его часть составляла 1-1,5 см, а после этого жердью раскачивают дерево в нужном направлении до падения. Последующие деревья нужно стараться валить на предварительно сваленные, что облегчит их дальнейшую обработку. После того, как все деревья свалили, приступают к обрубке сучьев и разрезанию бревен по необходимой длине.

Немаловажен факт времени года, когда рубится лес. За зиму питательные вещества накапливаются в стволе, чтобы весной в виде сахарного сиропа подняться до каждой набухшей почки. В начале лета интенсивность влагодвижения также велика и активна. Лишь в августе процессы жизнедеятельности дерева начинают затихать. Дерево приостанавливает Свое развитие и к концу осени засыпает.

Поэтому в старину лес валили только в зимнее время, когда все замирает и не дает возможности «работать» древесине после спила. Отсюда меньше изломов и ненужных деформаций. Застывшая древесина в пору отдыха становится легкой, что в значительной степени сказывается на качестве материала. В старину у нас были созданы простые правила, запрещающие Рубку леса в неназначенный день.

Считалось, что самое сильное дерево, способное сопротивляться огню, можно получить только в один день в году, 1 марта, и лучше всего после захода солнца. Рубку леса, предназначенного для изготовления мебели, проводили в первые восемь дней после новолуния в декабре. Материал остается крепким, менее влагопроницаем, сохраняет объем, что важно для стыковочных граней.

Древесину для поделок следует рубить в новолуние ноября. Стволы тут же нужно освободить от коры, пока жук-короед не отложил свои личинки в пористые ложбинки срубленной мякоти.

Для строительства мостов и лодок лучше брать лес в марте и, желательно, при убывающей луне. Такие бревна более устойчивы к гниению.

Дерево может расти прямо, вертикально вверх или закручиваться вправо или влево. Замечено, что срубленное дерево, закручивающееся влево, крепче, чем закручивающееся вправо или растущее прямо. И молния почему-то ударяет в дерево с левой закруткой.

Рис. 8. Виды пиломатериалов: а-пластина; б-двухкантный брус; в-необрезная доска; г-четвертина; д-четырехкантный брус с обзолом; е-подуобрезная доска с обзолом; ж-чистообрезной брус; з-горбыль; и-обрезная доска; к-строганные шпунтованные доски; 1-пласть; 2-кромка; 3-ребро; 4-торец; 5-обзол