Физические свойства

Физические свойства древесины характеризуются плотностью древесины, ее влажностью, гигроскопичностью, теплопроводностью, а также внешним видом, определяющим ее эстетические качества – цветом, блеском, текстурой, что имеет немаловажное значение в архитектуре.

Плотность. Истинная плотность древесины имеет примерно одинаковое значение для всех пород дерева и составляет 1,52–1,54 г/см³. Средняя же плотность колеблется в значительных пределах в зависимости от пород, условий роста дерева, влажности. Плотность древесины имеет большое значение. Ценность древесины с высокой плотностью заключается в ее прочности и хорошей обрабатываемости. К таким породам относятся: самшит, бук, клен, граб, груша. Поздняя древесина имеет более высокую плотность, чем ранняя, поэтому содержание поздней древесины в строительных изделиях и конструкциях должно быть не менее 20 %. Древесина хвойных пород имеет, как правило, сравнительно малую плотность, а лиственных – более высокую.

Влажность. Находящаяся в древесине вода заполняет частично каналы сосудов, полости клеток, межклеточное пространство и определяется как свободная (капиллярная) влага, а та, которая пропитывает оболочки (стенки) клеток, является связанной (гигроскопичной) влагой. Состояние, при котором древесина содержит максимальное количество гигроскопичной влаги, а капиллярная отсутствует, называется пределом гигроскопичности. В среднем он составляет 30 %.

При сушке древесины сначала с ее поверхности испаряется свободная влага, а затем – гигроскопическая. При постоянной температуре и влажности воздуха влажность древесины будет стремиться к определенной величине, называемой равновесной (устойчивой) влажностью. В комнатных условиях равновесная влажность 8–12 %, в воздушно-сухих (уличных) – 15–18 %. Она достигается в результате высыхания древесины (десорбции) или в результате поглощения древесиной влаги из воздуха (сорбции). При увлажнении древесины влагой, содержащейся в воздухе, влажность древесины не может превысить предела гигроскопичности, поскольку увлажняются только клеточные стенки – микрофибриллы. Увеличение влажности древесины выше предела гигроскопичности, т.е. заполнение влагой полостей клеток и межклеточных пространств, возможно только при непрерывном контакте с водой [3].

После удаления всей свободной влаги и с момента удаления гигроскопичной влаги начинается усушка древесины. Вследствие анизотропии усушка древесины по разным направлениям различна. Величина усушки пропорциональна плотности: чем выше плотность древесины, тем больше усушка. В результате того, что усушка в древесине происходит неравномерно, то в процессе сушки в древесине возникают внутренние напряжения, которые могут вызвать появление трещин. При изменении влажности от абсолютно сухого состояния до предела гигроскопичности и наоборот происходит изменение формы поперечного сечения пиломатериалов (коробление). Этот процесс сопровождается увеличением линейных размеров и объема древесины (набухание) – явление, обратное усушке. При эксплуатации изделий из древесины следует учитывать температурно-влажностные условия и защищать древесину от влажностных деформаций.

Гигроскопичность. Древесина, как капиллярно-пористый материал, обладает гигроскопичностью, т.е. способностью поглощать водяные пары из воздуха в зависимости от влажности и температуры окружающей среды и влажности самой древесины. При длительном нахождении древесины на воздухе с постоянной температурой и влажностью устанавливается состояние гигрометрического равновесия, характеризующееся тем, что упругость водяных паров в воздухе и капиллярах древесины одинакова. При нарушении равновесия в сторону повышения относительной влажности воздуха или понижения его температуры древесина будет поглощать влагу, и наоборот, при уменьшении относительной влажности воздуха или повышения его температуры будет наблюдаться испарение из древесины влаги до достижения равновесной влажности, соответствующей изменившимся температурно-влажностным параметрам среды.

Гигроскопичность древесины обусловливает изменяемость размеров деревянных конструкций в процессе эксплуатации зданий и сооружений при изменении температуры и влажности окружающего воздуха. С целью обеспечения стабильности размеров деревянных конструкций на их поверхность наносят водо- и воздухонепроницаемые покрытия: краски, лаки и т.д.

Теплопроводность. Древесина, как высокопористый материал, характеризуется относительно низкой теплопроводностью, которая зависит от ее породы, плотности, направления волокон и влажности. Теплопроводность вдоль волокон примерно в 2 раза выше, чем поперек волокон. Так, у сосны она равняется 0,35 и 0,17 Вт/(М∙К) соответственно. Теплозащитные свойства древесины широко используются в строительстве. Толщина стен деревянных зданий может быть значительно меньше, чем каменных. В деревянных домах наблюдается и лучший обмен воздухом между внутренними помещениями и внешней средой – своеобразная естественная вентиляция, имеющая большое гигиеническое значение. Таким образом, малая теплоотдача и гигиеничность древесины обусловили ей издавна широкое применение в ограждающих конструкциях отапливаемых зданий.

Акустические свойства. В древесине звук распространяется в различных направлениях по-разному: быстрее всего он распространяется вдоль волокон, медленнее – в радиальном и тангенциальном. Звукопроводность древесины вдоль волокон в 16 раз, а поперек волокон – в 3–4 раза выше, чем воздуха. Повышение влажности древесины снижает ее звукопроводность.