Среднее значение физических свойств основных хвойных и лиственных пород

(при влажности 12%)

Порода	Плотность, кг/м3	Пористость, %	Среднее число годовых слоев в 1 см
При 12%-ной влажности	Свеже­срубленной
Сосна			53...70
Ель			62...75
Лиственница			46...73
Пихта			55...81
Дуб			32...61
Береза			50...61
Бук			40...70
Осина			62...80

 

Для отделочных материалов немаловажную роль играют эсте­тические характеристики: цвет, блеск, текстура. Для древесины как конструкционного материала основными являются механические свойства: прочность на растяжение и сжатие (вдоль и поперек воло­кон), изгиб, сдвиг и др. Важными являются и технологические свой­ства древесины: легкость обработки различными инструментами, способность удерживать металлические крепления, хорошая окрашинаемость и склеиваемость и др.

Влажность (W, %) — количество воды, содержащееся в данный момент в древесине. Различают три вида влаги в древесине: капил­лярную (свободную), содержащуюся в полости клеток и межклеточном пространстве, гигроскопическую, находящуюся в стенках клеток, и химически связанную, входящую в химический состав веществ, из ко­торых состоит древесина. По степени влажности древесину разделяют на мокрую, долго находившуюся в воде (W = 100% и более); свеже­срубленную (W = 35...100%); воздушно-сухую (W = 15...20%); комнатносухую (W = 8...13%); абсолютно сухую (W = 0). Условно стандартной считают влажность, равную 12%. Все характеристики, полученные при определении плотности и прочности, должны быть приведены к стандартной влажности. В строительстве разрешается применять древесину с влажностью не более 20%. Однако следует учитывать, что повышенная влажность в древесине способствует поражению древе­сины плесенью, грибами, приводит к короблению, усушке и растрес­киванию деревянных деталей и конструкций.

Гигроскопичностью древесины называют ее способность по­глощать водяные пары из воздуха. Сухая древесина поглощает влагу, а влажная отдает влагу окружающему воздуху. Так как влажность воздуха не постоянна, то и влажность древесины также меняется. Равновесной называют влажность, которую получила древесина при длительном нахождении на воздухе при постоянной температуре и относительной влажности.

Усушкой древесины называют уменьшение ее линейных разме­ров и объема, происходящее при испарении из нее гигроскопической влаги.

Разбуханием древесины называют увеличение ее размеров и объема при поглощении гигроскопической влаги (оболочками кле­ток). Испарение капиллярной влаги не сопровождается усушкой, так же как и поглощение влаги клетками не сопровождается набуханием древесины.

Различают линейную и объемную усушку. Вследствие неодно­родности строения древесина усыхает или разбухает в различных на­правлениях неодинаково.

Обычно линейная усушка древесины бывает в пределах 0,1…0,3%, в радиальном направлении— 3...6, в тангентальном — 7...12%. Коэффициент объемной усушки в зависимости от породы де­рева колеблется в пределах 0,2...0,75%. Неравномерная усушка древесины в различных направлениях вызывает коробление и обра­зование трещин. Это в свою очередь уменьшает прочность древесины, снижает ее качество. В строительной практике усушка древесины вы­зывает образование щелей между деревянными конструктивными элементами, а разбухание приводит к выпучиванию.

Для уменьшения водопоглощения и гигроскопичности древеси­ны поверхность деревянных изделий покрывают лакокрасочными материалами.

Истинная плотность древесины для всех пород примерно оди­накова и равна 1,55 г/см³.

Средняя плотность у разных древесных пород различна. Вели­чина средней плотности зависит от строения древесины, пористости, влажности, условий роста и других факторов. Древесина сосны имеет среднюю плотность 500 кг/м³, дуба — 700 кг/м³.

Пористость древесины значительная, у разных пород колеблет­ся в широком интервале: для хвойных пород — от 46 до 85%, лист­венных — от 32 до 82%.

Механические свойства древесины зависят прежде всего от ее плотности, влажности и наличия пороков. Древесина большой плот­ности имеет более высокую прочность. При увеличении влажности от 8 до 30% снижается прочность и твердость древесных материалов и, наоборот, уменьшение количества влаги в рассматриваемых мате­риалах, например от 20 до 8%, заметно повышает их механические характеристики. На прочность древесины влияет процент поздней древесины, наличие пороков, гнили.

Прочность древесины характеризуется пределами прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе и скалывании (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Средние показатели механических свойств древесины хвойных и лиственных пород (при 12%-ной влажности)

Порода	Предел прочности, МПа
Rсж вдоль волокон	Rиз	Rр вдоль волокон	при скалывании
в ради­альном направ­лении	в танген­циальном направ­лении
Лиственница				11,5	12,5
Сосна					7,5
Ель		77,5
Пихта		58,5			6,5
Дуб				8,5	10,5
Бук

 

Так как древесина имеет неоднородное строение, то и сопротив­ляется указанным деформациям по-разному.

Предел прочности древесины при сжатии R_сжw вдоль волокон определяют на стандартных образцах в виде прямоугольной призмы сечением 20x20 мм и длиной 30 мм, испытывая их на прессах. Предел прочности вычисляют по формуле R_сжw = F_maх/(ab), где F_maх — мак­симальная разрушающая нагрузка, Н;

а и b — размеры поперечного сечения, мм.

Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон с влажностью 12% меняется в широких пределах — от 30 до 80 МПа в зависимости от породы дерева. Предел прочности при сжатии поперек волокон значительно меньше (10...30%) предела прочности при сжа­тии вдоль волокон. В колоннах, стойках, опорах и т.д. усилия прикла­дываются к дереву вдоль волокон; на стены срубов, шпалы и т.д. уси­лия действуют поперек волокон.

Предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон высокий и составляет от 80 до 160 МПа. Однако трудность испытания заключается в том, что в закрепленных концах деревянного образца возникают напряжения смятия и скалывания, которым древесина со­противляется плохо. Поэтому древесину ограниченно используют в конструкциях, работающих на растяжение.

Древесина хорошо сопротивляется изгибу, поэтому ее широко используют для конструкций, работающих на изгиб (балки, стропила, фермы и т.д.). У лиственных пород прочность при изгибе в радиаль­ном и тангентальном направлениях одинакова, а у хвойных пород прочность в тангентальном направлении немного больше, чем в ра­диальном.

Прочность древесины при скалывании вдоль волокон невелика и составляет 6,5...14,5 МПа. Скалывание древесины может происхо­дить по направлению волокон и перпендикулярно им. Поэтому раз­личают скалывание вдоль и поперек волокон. Когда внешние силы действуют перпендикулярно волокнам, то может произойти срез (сдвиг). Скалывающие и срезывающие усилия возникают в различ­ных соединениях деревянных элементов (врубках, шипах и т.д.).

Твердость. При сравнительно высоких показателях прочност­ных свойств древесина обладает небольшой твердостью. Твердость ели, сосны, пихты, ольхи составляет 35...50 МПа, а у твердых пород (дуб, береза, ясень, лиственница) — 50...100 МПа.

Древесина хорошо сопротивляется ударным и вибрационным нагрузкам. Древесина как естественный полимерный материал прак­тически не стареет и этим выгодно отличается от искусственных по­лимерных материалов, которые в обычных атмосферных условиях подвергаются сравнительно быстрому старению.

Массивные элементы конструкций из натуральной и клееной древесины обладают высокой огнестойкостью.