Свойства древесных строительных материалов.

Свойства древесины характеризует комплекс показателей, в число которых входят внешний вид, цвет, текстура, плотность, пористость, влажность, усушка, прочность, твердость, способность удерживать металлические крепления.

Внешний вид зависит в основном от цвета и текстуры древесины. Цвет часто служит одним из важнейших признаков при распознавании породы дерева. Целлюлоза, из которой в основном состоит древесина, почти белого цвета. Все многообразие цветовых оттенков связано с находящимися в древесине красящими, дубильными и смолистыми веществами. Цвет также зависит от климатических условий, в которых растет дерево. Породы умеренного пояса окрашены бледно, тропического - ярко. Текстура - это рисунок, образующийся на поверхности древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Древесина хвойных пород обладает, как правило, простой и однообразной текстурой. Лиственные породы с ярко выраженными сердцевинными лучами - дуб, бук - отличаются очень красивой текстурой на радиальном и тангенциальном разрезах.

Плотность значительно влияет на свойства древесины, особенно на прочность. Плотность древесины изменяется в очень узких пределах, так как древесинное вещество состоит в основном из целлюлозы.

Пористость древесины связана с ее плотностью. С уменьшением средней плотности от 800 до 300 кг/м3 пористость возрастает с 55 до 80 %. Следовательно, большую часть объема древесины занимают поры.

Влажность древесины существенно влияет на ее физические и механические свойства, а в ряде случаев определяет ее пригодность для тех или иных строительных целей. Свежесрубленная древесина имеет влажность от 30 % (дуб) до 45 % (ель) и более. Воздушно-сухая древесина имеет влажность 15...20 %.

Усушка - это уменьшение линейных размеров и объема деревянных изделий при удалении из древесины связанной влаги.

Неравномерные деформации усушки в разных направлениях сопровождаются возникновением внутренних напряжений и являются причиной растрескивания и коробления пиломатериалов и деревянных.

Разбухание древесины происходит при увлажнении. Деформации разбухания аналогичны деформациям усушки, но противоположны им по знаку.

Древесина является плохим проводником теплоты, что обусловлено ее пористостью (поры заполнены воздухом). Древесина, являясь важным строительным материалом, обладает высокой прочностью при действии сжимающих и растягивающих напряжений, которая находится в прямой зависимости от содержания поздней древесины, пористости и влажности, направления механических сил по отношению к расположению волокон, в чем особенно сильно проявляется ее анизотропия. Анизотропия является следствием медленно развивающейся оптимизации (упорядочения) микро- и макроструктуры в условиях роста дерева и максимального сопротивления ствола механическим нагрузкам с выделением упрочняющих (армирующих) волокон в его тканях. Различие упругих свойств в разных направлениях связано с влиянием сердцевинных лучей, особенно у лиственных пород. Оно проявляется тем больше, чем больше доля сердцевинных лучей как своеобразных лучей жесткости в анатомическом строении древесины.

По прочности на сжатие древесина соответствует наиболее высоким классам бетона, а по прочности на растяжение и изгиб - намного превосходит его. Сопротивляемость древесины скалыванию и смятию весьма невелика, и разрушение при растяжении происходит не в виде разрыва, а в виде скалывания или смятия в местах закрепления изделия. Поэтому древесину в основном используют в изгибаемых и сжимаемых конструкциях (балках, стойках), реже - в растягиваемых элементах (затяжках стропильных ферм).

Прочность древесины, особенно на сжатие и изгиб, зависит от ее влажности. Существенное влияние оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках.

Механические свойства зависят не только от влажности, но и от пороков древесины. Поэтому расчетные сопротивления принимают в 5... 10 раз меньше характеристик прочности древесины, указанных в табл. 2.

Твердость имеет большое значение при обработке древесины режущим инструментом. Наибольшей твердостью обладает торцовая поверхность. По степени твердости все древесные породы разделяют на три группы:

• мягкие - сосна, ель, кедр, пихта, липа, тополь, ольха;

• твердые - лиственница, береза, бук, вяз, дуб, ясень, клен;

• очень твердые - акация белая, береза железная, граб, тисе, кизил, самшит.

Способность удерживать металлические крепления - своеобразное свойство древесины, обусловленное упругостью ее волокон. Гвоздь, вбиваемый в древесину, раздвигает волокна, которые оказывают на его боковую поверхность значительное давление Возникающие при этом силы трения прочно удерживают гвоздь. Способность удерживать металлические крепления оценивают по сопротивлению выдергиванию гвоздей или шурупов. Сопротивление выдергиванию соответствует усилию, необходимому для выдергивания из древесины гвоздя или шурупа стандартных размеров.

Сопротивление выдергиванию также зависит от породы, плотности и влажности древесины. Например, для забивания и выдергивания гвоздей из древесины граба (плотность - 800 кг/м3) необходимо усилие в четыре раза большее, чем для древесины сосны, плотность которой 500 кг/м3. Во влажную древесину гвозди вбивать легче, чем в сухую. При последующем высыхании способность древесины удерживать гвозди снижается.

Защита древесины от гниения, возгорания и дереворазрушающих

Насекомых.

Для предупреждения загнивания древесины принимают ряд конструктивных мер, цель которых предохранить ее от увлажнения (древесину изолируют от грунта, камня и бетона, делают каналы для проветривания, защищают от атмосферных осадков и т. п.). Когда мерами конструктивного характера нельзя полностью предохранить древесину от увлажнения, ее пропитывают антисептиками — химическими веществами, которые убивают грибы или создают среду, в которой их жизнедеятельность становится невозможной.

Антисептики должны обладать высокой токсичностью (ядовитостью) по отношению к дереворазрушающим грибам, но быть безвредными для людей и животных; сохранять высокую токсичность в течение заданного срока; легко проникать в древесину, не ухудшая ее физико-механических свойств и не вызывая коррозию металлических креплений; не иметь неприятного запаха; быть стойкими при повышенных температурах и в процессе обработки древесины. Они должны быть относительно дешевыми и не дефицитными.

Для антисептирования древесины используют водорастворимые, органикорастворимые и маслянистые антисептики, а также антисептические пасты.

Водорастворимые антисептики. Фторид натрия NaF, Кремнефторид натрия NasSiFe, Кремнефторид аммония (NH4)2SiFs повышает огнестойкость древесины, но вызывает слабую коррозию металла.

Препараты ХХЦ (смесь хлорида цинка и натриевого или калиевого хромпика) и МХХЦ (смесь хлорида цинка, хромпика и медного купороса) трудно вымываются водой, вызывают коррозию черных металлов, а при больших концентрациях несколько снижают прочность древесины.

Препарат ГР-48 — антисептик на основе пентахлорфенола. Его применяют для поверхностной защиты пиломатериалов, в частности от синевы и плесени.

Органикорастворимые препараты типа ПЛ (растворы пентахлорфенола в легких нефтепродуктах) и типа НМЛ (растворы нафтената меди в легких нефтепродуктах) являются высокотоксичными антисептиками, хорошо проникающими в древесину. Препараты второго типа окрашивают древесину в зеленый цвет и затрудняют ее склеивание. Препараты ПЛ используют также для усиления токсичности маслянистых антисептиков.

Из маслянистых антисептиков наиболее широко используют масло каменноугольное (креозотовое и антраценовое) и сланцевое. Основное назначение — глубокая пропитка деревянных элементов, находящихся на открытом воздухе, в земле или.

Антисептирующие пасты (фторид или кремнефторид натрия), связующего вещества (битума, глины, жидкого стекла и др.) и наполнителя (чаще всего торфяного порошка). Растворяясь в воде, антисептик, входящий в состав пасты, проникает внутрь древесины и предохраняет ее от загнивания.

Основной способ борьбы с дереворазрушающими насекомыми на складах лесоматериалов — содержание склада в соответствии с санитарными требованиями, а также своевременная окорка круглых лесоматериалов. Однако древесина может поражаться насекомыми и в сооружениях. В этом случае борьба с ними ведется химическими средствами, путем обработки древесины ядовитыми веществами — инсектицидами, убивающими насекомых и их личинки. Древесину обрабатывают инсектицидами пропиткой, опрыскиванием, обмазкой, опылением порошками или окуриванием газами. Для этих целей используют уже описанные маслянистые антисептики и препараты на органических растворителях, а также порошок и пасту ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан), раствор хлорофоса (диметилтрихлороксиэтилфосфоната), хлородан в виде дуста и эмульсии и другие вещества, а также некоторые газы (хлорпикрин). И Защита древесины от возгорания. При зажигании древесины пламенем возгорание происходит при температуре 26О...29О°С, а при нагреве выше 350 °С газы, выделяющиеся из древесины, способны возгораться даже при отсутствии открытого пламени. При длительном нагреве эти температуры понижаются. Для предупреждения возгорания принимают специальные меры, которые сводятся: к конструктивным (удаление деревянных элементов от источников нагревания, устройство огнестойких перегородок и стен); покрытию деревянных элементов штукатуркой или облицовкой малотеплопроводными и несгораемыми материалами (асбестовыми и др.); окрашиванию деревянных конструкций огнезащитными красками или пропитке древесины специальными веществами — антипиренами.

Огнезащитные краски содержат связующее вещество, наполнители и антипирены.

Огнезащитное действие антипиренов основано на том, что одни из них при нагревании древесины создают оплавленную пленку, закрывая доступ кислорода к древесине, другие при высокой температуре выделяют негорючие газы, оттесняющие воздух от поверхности древесины и одновременно разбавляющие горючие газы, выделенные из самой древесины при нагревании. В качестве антипиренов применяют буру Na2B4O7' 10H2O, хлористый аммоний, фосфорнокислые натрий и аммоний, сернокислый аммоний. Обработка древесины антипиренами производится теми же методами, что и антисепти-рование.

Большинство антисептиков и химикатов для защиты древесины от насекомых и возгорания вредно действуют на организм человека, вызывая отравление, ожоги.