Физико-механические свойства древесины

Порода дерева	Средняя плотность, кг/м3	Коэффициент объемной усушки, %	Предел прочности, 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

 

 

 

14.4. Защита древесины от разрушения

Ограничивает срок службы древесины ее способность гнить и гореть. Кроме того, древесину повреждают насекомые. Только на ремонт и замену деревянных конструкций, разрушенных гниением, ежегодно идет более 30% всей расходуемой древесины.

Стойкость древесины против гниения зависит от породы, ее строения и подразделяется на четыре класса: I — стойкие: сосна, ясень, ядро дуба и лиственница; II — среднестойкие: ель, пихта, периферийная часть кедра, заболонь лиственницы, центральная зона бука; III — малостойкие: заболонь березы, бука, граба, дуба, клена; IV — нестойкие: ольха, осина, заболонь липы, центральная зона березы.

Дереворазрушающие бактерии и грибы могут повреждать древесину. Это заболонная и ядренная гнили, побурение, грибные окраски и пр. Наиболее опасными являются домовые грибы. Из них быстрее всех разрушает древесину настоящий домовой гриб. Менее опасен белый домовой гриб. Грибы и бактерии могут вызывать гниль древесины, тогда меняются ее структура и свойства. В последней стадии гниения механические свойства древесины почти полностью теряются.

Гниение происходит при благоприятных условиях — влажности древесины 20–60% и температуре воздуха от +2 до +40 ^оС. При более низкой и высокой влажности и температуре древесина не гниет.

Предохраняет древесину от гниения сушка, различные конструктивные приемы, защищающие от увлажнения, антисептирование.

Важнейшим мероприятием, предохраняющим древесину от гниения, является сушка. Сушат древесину до транспортной влажности 18–25% или до эксплуатационной — 7–12%.

Различают следующие виды сушки: конвективную, кондуктивную, диэлектрическую. В их основу положен характер теплообмена материала со средой.

При конвективной сушке передача тепла происходит от газообразной или жидкой среды путем конвекции. Это атмосферная, газопаровая, индукционная, жидкостная, вакуумная и ротационная виды сушки.

Атмосферная сушка выполняется на открытых складах или под навесами без подогрева воздуха. Материал хранится в штабелях. Сушка считается законченной, если влажность материала достигла 20–22%.

Газопаровая сушка выполняется нагретыми газами в сушильных камерах при атмосферном давлении. Камеры представляют собой сооружения, в которые помещаются штабеля материалов и где создается многократная циркуляция нагретого воздуха, газа или перегретого пара. При низкотемпературных режимах сушильным агентом служит влажный воздух или газовоздушная смесь с температурой до 100 ^оС. При высокотемпературном режиме сушка выполняется перегретым паром при температуре свыше 100 ^оС. Примерное время сушки пиломатериала из сосны и ели при низкотемпературных режимах составляет 80 ч.

Индукционная сушка происходит в результате воздействия на древесину температуры, создаваемой индуктивными токами. Электромагнитное поле промышленной частоты создается соленоидом, находящимся внутри камеры. Оно нагревает ферромагнитные элементы, расположенные между рядами пиломатериала. Этот метод находит ограниченное применение, так как себестоимость сушки в два раза выше камерного.

Жидкостная сушка производится в нагретых гидрофобных жидкостях: масле, петролатуме, парафине, сере или водных растворах гигроскопических минеральных солей — нитрате натрия, хлориде магния, нагретых до температуры выше точки кипения воды. Внутри древесины вода нагревается до кипения и испаряется. Сушка может выполняться при атмосферном давлении или в вакууме. Время сушки составляет от 3 до 20 ч.

При вакуумной сушке пиломатериал помещается в герметическую камеру, где создается пониженное давление. При вакууме 0,08–0,085 МПа температура кипения воды понижается до 52–60 ^оС. Древесина может нагреваться в паровоздушной среде, от нагретых плит или от высокочастотного поля.

Ротационная сушка происходит с использованием центробежного эффекта во вращающейся карусели в нагретой газовой среде и нагревания — за счет диэлектрических потерь. Материал нагревается равномерно по всему объему. Продолжительность сушки по сравнению с камерной может быть сокращена в 50–60 раз.

Кондуктивным способом сушат листы шпона. Их закладывают между горячими плитами дыхательного пресса, которые периодически и смыкаются, и размыкаются, что обеспечивает интенсивную сушку материала.

Диэлектрическая сушка происходит при воздействии на древесину электрического высокочастотного поля, образуемого колебательным контуром. Древесина помещается между пластинами конденсатора.

Защита древесины от гниения. Для предупреждения загнивания древесины принимают ряд конструктивных мер: изолируют ее от грунта, камня и бетона, устраивают специальные каналы для проветривания, защищают деревянные конструкции от атмосферных осадков, делают отливы у наружных оконных переплетов и т. п.

При применении древесины с влажностью более 20% и если нет возможности предохранить от увлажнения конструктивными приемами, ее пропитывают антисептиками — химическими веществами, консервирующими древесину.

Антисептики должны быть токсичными к грибам, но безвредными для людей и животных, в течение заданного срока не терять токсичные свойства, не ухудшать физико-механические свойства древесины. Антисептики подразделяют на водорастворимые и водонерастворимые маслянистые. Водорастворимые применяют в виде водных растворов и антисептических паст.

К водорастворимым антисептикам относят фторид натрия, кремнефторид натрия, кремнефторид аммония, хлорид цинка, антисептический препарат ХМХЦ.

Фторид натрия — NaF — белый порошок высокой токсичности. Применяют в виде водного раствора 1,5–3%-ной концентрации для конструкций, не смачиваемых водой. При взаимодействии с известью, цементом, мелом, гипсом образует малотоксичный фтористый кальций.

Кремнефторид натрия — Na2SiF6 — белый или светло-серый порошок с темноватым оттенком. Применяют в смеси с фторидом натрия в соотношении 1:3.

Кремнефторид аммония — (NaH4)2SiF6 — порошок белого цвета без запаха. По токсичности превышает фторид натрия. Применяют в виде водного раствора 5–10%-ной концентрации. Легко вымывается водой.

Хлорид цинка — ZnCl2 — порошок серого цвета или твердый прозрачный материал без запаха. Корродирует металл. Применяют в виде раствора 5%-ной концентрации.

Антисептический препарат ХМХЦ — смесь бихромата натрия или калия, медного купороса и хлорида цинка в соотношении 2:1:7. Применяют в виде раствора 3–5%-ной концентрации.

При начальной влажности древесины более 4% и при защите конструктивных элементов, увлажняемых в процессе эксплуатации, применяют антисептические пасты. Они состоят из водорастворимого антисептика, связующего (битума, глины, жидкого стекла) и порошкообразного наполнителя (торфяного порошка).

К маслянистым антисептикам относят каменноугольное креозотовое и антраценовое масла, масло сланцевое, растворы пентохлорфенола в маслах.

Масло креозотовое — темно-коричневая жидкость с резким запахом. Является очень сильным антисептиком.

Масло антраценовое — зеленовато-желтая жидкость, получаемая из каменноугольного дегтя. Обладает сильным антисептическим свойством, имеет резкий запах.

Масло сланцевое — темно-коричневая жидкость с резким запахом фенола. Получают из горючих сланцев. Токсичность его ниже каменноугольных масел.

Для увеличения токсичности маслянистых антисептиков вводится пентахлорфенол до 5%. Он же может применяться в органических растворителях.

Маслянистые антисептики применяют для глубокой пропитки шпал, конструкций мостов, воздушных опор. Из-за резкого запаха и высокой токсичности их нельзя применять внутри жилых зданий, складов пищевых продуктов. Из-за огнеопасности не следует применять возле горючих мест.

Антисептирование древесины может выполняться следующими способами: поверхностное нанесение, пропитка в горяче-холодных ваннах, автоклавах, обработка пастами.

Поверхностное антисептирование применяют для временной защиты древесины от загнивания в конструкциях до высыхания. Раствор антисептика наносят на поверхность материала кистью или опрыскивателем. В зимнее время его подогревают до 45–50 ^оС.

Глубокая пропитка антисептиками выполняется в горяче-холодных ваннах. При этом способе совмещается сушка и антисептирование. Маслянистыми антисептиками в высокотемпературных горяче-холодных ваннах пропитывают древесину с высокой влажностью открытых сооружений — шпал, опор, линий связи и электропередачи и др. Материал вначале загружают в горячую ванну с нагретым до 110–120 ^оС маслом или петролатумом, где производится прогрев и сушка. Затем переносят в холодную ванну с маслянистым антисептиком с температурой 60–70 ^оС, где выдерживают 6–8 ч.

Водорастворимыми антисептиками пропитывают балки, прогоны, лаги и др. Материал помещают в раствор антисептика с температурой 90–95 ^оС, где его выдерживают 3–5 ч. Затем, после необходимой выдержки, горячий раствор заменяют на холодный с температурой 20–30 ^оС, в котором древесину выдерживают 1–3 ч.

Глубокая пропитка древесины водными и маслянистыми составами производится в автоклавах. Материал загружают в автоклав, создают разрежение, в результате чего из древесины удаляется воздух. Затем автоклав заполняют антисептиком и создают давление 0,6–1,5 МПа, после чего давление сбрасывают до нормального. Этот способ обеспечивает быструю пропитку древесины.

Защита древесины от насекомых. Поражают древесину насекомые-короеды, жуки-точильщики, жуки-усачи и их личинки. Они образуют ходы, называемые червоточиной. Короеды прокладывают извилистые борозды под корой дерева на небольшую глубину. Существенного влияния на прочность древесины они не оказывают.

Глубокие ходы прокладывают жуки-точильщики. Такую древесину не следует применять для изготовления несущих конструкций.

Основные способы борьбы с насекомыми при хранении древесины на складах — соблюдение санитарных норм и своевременное окуривание круглого леса. При обнаружении насекомых на складах и при ремонтных работах древесину обрабатывают инсектицидами — хлорофосом (диметилтрихлороксиэтилфосфонатом техническим), хлороданом, хлорпикрином и др. Защищают древесину, обрабатывая ее путем пропитки, опрыскивания, опыления или окуривания.

В качестве профилактических мер в жилых помещениях древесину протирают 2–3 раза в год 3%-ным водным раствором фторида или кремнефторида натрия.

Для защиты древесины вновь строящихся зданий и сооружений применяют каменноугольные и сланцевые масла, пентахлорфенол в органических растворителях.

Защищают древесину от возгорания конструктивными мерами или различными огнезащитными покрытиями или пропитками.

К конструктивным мерам относят: удаление деревянных элементов от источника нагревания, возведение несгораемых стен и перегородок через определенное расстояние.

В качестве огнезащитных покрытий применяется штукатурка, облицовка малотеплопроводными и несгораемыми материалами, например асбестовыми, окрашивание огнезащитными красками, нанесение обмазок. Пропитка выполняется антипиренами.

Огнезащитные краски по виду связующего бывают силикатные, перхлорвиниловые, масляные, казеиновые.

Высокими огнезащитными свойствами обладает силикатная краска. Связующим служит жидкое (растворимое) стекло, наполнителями — кварцевый песок, мел, магнезит. При действии высокой температуры образуется стекловидная пленка, затрудняющая доступ кислорода к древесине и связывающая уголь, который вследствие малой теплопроводности защищает нижележащие слои древесины от горения.

Огнезащитные обмазки изготавливают из глины, извести, гипса, суперфосфата и наносят слоем толщиной 2–3 мм. Ими защищают от возгорания стропила, обрешетку.

Лучшим огнезащитным средством являются антипирены — химические вещества, которые при нагревании выделяют негорючие газы и оттесняют кислород от нагреваемой древесины, препятствуют выделению высококалорийных газов или плавятся с образованием огнезащитных пленок. В качестве антипиренов применяют фосфорно-кислый аммоний — (NH4)3РО4, сернокислый аммоний — (NH4)2SO4, буру — N2В4О710Н2О и др. Их вводят в древесину в виде водных растворов путем пропитки или краскопультом.