72. Физико-механические свойства древесины

Истинная плотность древесины определяется совокупностью веществ, слагающих оболочку клеток. Так как клетки имеют схожее строение для всех пород, то истинная плотность древесины колеблется в пределах от 1490 до 1560 кг/м3.

Средняя плотность древесины зависит от влажности и пористости породы. Значение средней плотности указывается применительно к нормальной 12%-ной влажности.

Все породы по средней плотности условно разделяют на три группы: легкие (с 012 < 550 кг/м3), средние (с 012 = 550 + 700 кг/м3) и тяжелые (с 012 > 700 кг/м3). Средние значения средней плотно­сти с 012, кг/м3, некоторых распространенных пород древесины приведены ниже.

Таблица 1.

Легкие породы древесины

Средние породы древесины

Тяжелые породы древесины

Пихта сибирская

380

Береза

640

Клен

700

Кедр

440

Вяз

660

Дуб

700

Ель

450

Лиственница

670

Граб

810

Тополь

460

Бук

680

Акация белая

810

Липа

500

Ясень обыкновенный

690

Сосна

510

Влажность древесины существенно влияет на ее физико-механические свойства и в ряде случаев определяет ее пригодность.

Вода в древесине может находиться в трех видах: в свободном состоянии, гигроскопическом и химически связанном. Свободная, или капиллярная, вода заполняет полости клеток и сосудов и межклеточное пространство; гигроскопическая вода находится в стенках клеток и химически связанная вода входит в химический состав веществ.

По степени влажности древесину подразделяют на мокрую, свежесрубленную, воздушносухую, комнатносухую и абсолютно сухую. Мокрая древесина имеет влажность свыше 100%, свежесрубленная древесина — 35% и выше, воздушносухая древесина — 15-20% , комнатносухая древесина — 8-12% и абсолютно сухая древесина — 0%.

За стандартную влажность древесины условно принята влажность, равная 12%, Содержание воды в древесине изменяется вследствие ее гигроскопичности и влагоотдачи.

Гигроскопичность древесины - способность древесины поглощать из воздуха парообразную воду. Противоположная характеристика гигроскопичности — влагоотдача — способность древесины отдавать воду в окружающую среду. Гигроскопичность и влагоотдача зависят от температуры и относительной влажности воздуха.

Состояние древесины, когда в ней содержится только гигроскопическая вода и отсутствует капиллярная, называется точкой насыщения волокон, или пределом гигроскопичности. Для разных пород деревьев она составляет 25-35%.

Находясь, длительное время в воздухе с постоянной относительной влажностью и температурой, древесина приобретает определенную влажность, которая называется равновесной. В результате изменения влажности происходит усушка или разбухание древесины.

Усушкой называют уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка не происходит при испарении свободной и начинается только при удалении гигроскопической воды. Усушка древесины в различных направлениях неодинакова. Вдоль волокон она составляет 0,1-0,3%, в радиальном направлении — 3-6 и в тангенциальном — 7-12%. Объемная усушка, выражаемая коэффициентом объемной усушки, составляет 0,2-0,75%.

Набуханием называют способность древесины увеличивать свои размеры при поглощении воды. Набухание древесины вдоль волокон составляет 0,1-0,8%, в радиальном направлении — 3-5%, в тангенциальном — 6-12%. Усушка приводит к появлению щелей между деревянными элементами, образованию трещин.

Свойства древесины поразному изменять свои размеры при усушке и набухании приводит к короблению.

Теплопроводность древесины составляет 0,16-0,3 Вт/(м·°С). Вдоль волокон она в 1,8 раза выше, чем поперек.

Звукопроводность древесины вдоль волокон в 16 и поперек волокон в 3-4 раза выше звукопроводности воздуха. Вдоль волокон она составляет 5000, поперек волокон в радиальном направлении — 1450 и в тангенциальном — 850 м/с.

К механическим свойствам древесины относят прочность, твердость, деформативность, ударную вязкость. Они зависят от средней плотности, влажности, наличия пороков, приложения нагрузки с учетом строения древесины.

Важнейшей характеристикой древесины является прочность. В деревянных конструкциях древесина работает на сжатие вдоль и поперек волокон, скалывание, изгиб, растяжение.

Древесина различных пород имеет неодинаковую прочность. Предел прочности древесины наиболее распространенных пород приведен в табл. 2.

Технические характеристики

Таблица 2. Физико-механические свойства древесины

Порода дерева

Средняя плотность древесины, кг/м3

Коэффициент объемной усушки древесины, %

Предел прочности древесины, МПа, вдоль волокон при

растяжении

сжатии

скалывании радиальном

статическом изгибе

Хвойные:

лиственница

660

0,52

125

64,5

9,9

111,5

сосна обыкновенная

500

0,44

103,5

46,5

7,5

86,0

ель

445

0,43

103

44,5

6,9

79,5

пихта сибирская

375

0,39

67

39

6,4

68,5

Лиственные:

дуб

690

0,43

123

57,5

10,2

107,5

береза

630

0,54

168

55,0

9,3

109,5

бук

670

0,47

123

55,5

11,6

108,5

липа

495

0,49

121

45,5

8,6

88,0

ольха

520

0,43

101

44,0

8,1

80,5

осина

495

0,41

125,5

42,5

6,3

78,0