2. Физические свойства древесины

Волокнистое строение древесины обусловила анизотропнисть ее свойств, то есть это материал с неодинаковыми свойствами по направлениям относительно волокон. Поэтому основные показатели древесины определяют в двух направлениях - вдоль и поперек волокон. Поперек волокон выделяют радиальный (перпендикулярно к годичным слоям) и тангенциальный направление (параллельно годичным слоям или по касательной к ним).

В продольном направлении древесина обладает лучшими механическими показателями, а также дает наименьшую усадку. В направлении поперек волокон прочность маленькая и больше проявляются деформации усушки.

Влажность. В древесине влага содержится в свободном и в связанном состояниях.

Изменение влажности высушенной древесины в диапазоне 0-30% существенно меняет ее механические и деформативные показатели. При увеличении влажности в этих пределах прочность элемента может снизиться до 30%. С последующим увеличением влажности прочность практически не меняется. Это обусловлено тем, что отметка в 30% является пределом насыщения гигроскопической влагой, другая часть воды свободна и занимает межклеточное пространство.

Свободная (капиллярная) влага достаточно быстро (в течение 1-2 летних месяцев) и без изменения свойств, кроме уменьшения веса, высвобождается из древесины.

Удаление связанной (гигроскопичной) влаги проходит гораздо тяжелее и сопровождается значительными изменениями физико-механических свойств: прочность возрастает с одновременным усыханием - уменьшением линейных размеров и объема. Наибольшее значение усушки достигает поперек волокон: 0 - 6% в радиальном и 6 - 10% в тангенциальном направлениях. Вдоль волокон усушка настолько незначительное (до 0,1%), которым пренебрегают.

Высыхание древесины проходит преимущественно вдоль волокон, скорее высыхают торце элемента.

Неравномерное высыхание и связанное с ним неравномерное усушки в радиальном и тангенциальном направлениях вызывают появление трещин и коробления деревянных элементов. Деформации и растрескивания от усушки тем больше, чем больше плотность древесины и размер элемента. Широкие доски с большим количеством заболони коробятся особенно сильно. При деформации выпуклость всегда направлена к сердцевине. Это обстоятельство необходимо учитывать при изготовлении клееных конструкций, а также располагать доски настилов таким образом, чтобы в случае деформации не повредить гидроизоляционный ковер кровли.

При избыточном увлажнении происходит набухание древесины - процесс обратимый усыханию, то есть увеличение размеров и объема при поглощении воды оболочками клеток (гигроскопическая влага). Набухание, как и усушка, проходит неодинаково в различных направлениях: вдоль волокон 0,1 - 0,3%, в радиальном направлении — 3 - 5%, в тангенциальном — 6 - 12%.

Плотность. Древесина относится к классу легких конструкционных материалов. Плотность характеризует содержание древесной вещества в единице объема и является косвенным показателем прочности. Определяют плотность при стандартной влажности (12%). Свежесрубленная древесина имеет плотность около 850 кг / м³, расчетная плотность древесины хвойных пород при стандартной влажности составляет 500 кг / м³, в помещениях с мокрым режимом работы (> 75%) и на открытом воздухе - 600 кг / м³. Для других пород расчетная плотность колеблется в пределах от 360 - 720 кг / м³ соответственно для пихты и дуба.

Плотность и прочность напрямую зависят от содержания поздней древесины в годовых слоях. Для сосны содержание поздней древесины в количестве 20 - 25% обеспечивает хорошие механические показатели.

Истинная плотность древесины примерно равна 1500 кг / м³, т.е. пористость древесины достигает 50 - 75%.

Термические свойства. Благодаря высокой пористости теплопроводность древесины невысока. Она зависит от плотности и влажности материала: с увеличением этих показателей теплопроводность растет и наоборот. Сухая древесина обладает теплопроводностью поперек волокон в среднем λ = 0,14 Вт / (м∙℃), вдоль волокон этот показатель в 3 раза выше. Брусчатая стена толщиной 150 мм эквивалентна по теплопроводности кирпичной стене в 2,5 кирпича (640 мм).