16. Древесина и материалы из нее: свойства, породы

Механические свойства древесины

Применение древесины в качестве конструкционного материала обусловлено способностью сопротивляться действию усилий, т.е. механическими свойствами.

Различают следующие свойства древесины, проявляющиеся под воздействием механических нагрузок: прочность - способность сопротивляться разрушению, деформативность - способность сопротивляться изменению размеров и формы, технологические и эксплуатационные свойства. Показатели механических свойств древесины определяют обычно при следующих видах испытаний: растяжении, сжатии, изгибе и сдвиге. Поскольку древесина - анизотропный материал, т.е. материал с различными свойствами в разных направлениях, указывают направление действия нагрузок: вдоль или поперек волокон (в радиальном или тангенциальном направлении).

Физические свойства древесины

Свойства древесины, обнаруживаемые при испытаниях, не приводящих к изменению химического состава, называются физическими.

1. Внешний вид древесины. Он характеризуется следующими свойствами: цветом, блеском, текстурой и макроструктурой.

2. Влажность древесины - понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины: W = (m - m0) / m0 * 100, где m - начальная масса образца древесины, г, а m0 - масса образца абсолютно сухой древесины, г.

3. Тепловые свойства. Теплоёмкость. Показателем способности древесины аккумулировать тепло является удельная теплоёмкость С, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того чтобы нагреть 1 кг массы древесины на 1 (0) С. С увеличением влажности теплоёмкость увеличивается. Теплопроводность - свойство, характеризующее интенсивность переноса тепла в материале. Коэффициент теплопроводности, с увеличением температуры, влажности и плотности увеличивается. Вдоль волокон в 2 раза больше, чем поперёк. Температуропроводность характеризует способность древесины выравнивать температуру по объёму. Тепловое расширение - способность древесины увеличивать линейные размеры и объём при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз меньше, чем у металла, бетона, стекла.

4. Электрические свойства. Электропроводность - способность древесины проводить электрический ток, которая находится в обратной зависимости от электрического сопротивления. Сухая древесина относится к диэлектрикам. С повышением влажности древесины сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение ( в десятки миллионов раз) сопротивления наблюдается при увеличении содержания связанной воды. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки или сотни раз. Этим объясняется снижение точности определения влажности электровлагомерами в области, выше Wпн.

5. Звуковые свойства. Одно из этих свойств - звукопроводность, показателем которой являются скорость звука. Скорость звука С, м/с, в древесине можно определить по формуле: C = (E / p)½, где Е - динамический модуль упругости, Н/м2; р - плотность древесины, кг/м3.

Другой важный показатель, характеризующий способность древесины отражать и проводить звук, - акустическое сопротивление, Па*с/м: R = p * C.

Химические свойства древесины

Древесина состоит преимущественно из органических веществ (99% общей массы). Элементный химический состав древесины разных пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49% углерода, 44% кислорода, 6% водорода, 0,1-0,3% азота. При сжигании древесины остаётся её неорганическая часть - зола. В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний и другие элементы.

Основные древесные породы, применяемые в строительстве

В строительстве в основном применяется древесина именно хвойных пород, отличающаяся правильным (с меньшим количеством пороков) строением ствола и большей устойчивостью к загниванию, которая связана со смолистостью хвойной древесины. Сосна — наиболее распространенная хвойная порода. Древесина сосны светло-золотистого цвета; она характеризуется высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами и хорошо поддается обработке. Из сосны изготовляют несущие деревянные конструкции, различные столярные изделия, фанеру и др. Лиственница — самая распространенная порода в Сибири. Древесина лиственницы по внешнему виду напоминает древесину сосны, но обладает большей плотностью и прочностью. Цвет ее более темный, чем у сосны. Древесина лиственницы характеризуется повышенной стойкостью против загнивания в условиях переменной влажности благодаря высокой смолистости. Поэтому ее применяют для гидротехнических и подземных сооружений, а также для изготовления шпал. Ель — распространенная хвойная порода, древесина которой отличается малой смолистостью при относительно высоких прочностных показателях. Однако при использовании в сырых местах ель быстро загнивает. Из ели изготовляют строительные конструкции, эксплуатируемые в сухих условиях. Пихта имеет древесину белого цвета, по внешнему виду напоминает древесину ели. Физико-механические ее свойства близки к свойствам ели, однако она еще менее стойка к загниванию. В строительстве используют для тех же целей, что и древесину ели. Кедр имеет легкую прочную и хорошо обрабатывающуюся древесину. Его применяют в столярном и мебельном производстве. Лиственные породы в строительстве используют значительно реже, чем хвойные. Дуб обладает тяжелой, плотной, твердой и очень прочной древесиной желтоватого цвета с красивой текстурой; она хорошо сохраняется как на воздухе, так и под водой. Из дуба делают высококачественный паркет, фанеру, мебель. Ясень имеет тяжелую, твердую и прочную древесину, по виду и строению напоминающую древесину дуба, но более светлой окраски. Бук имеет плотную и прочную древесину белого цвета с красноватым оттенком. Бук применяют для изготовления паркета, фанеры, высококачественных столярных изделий и мебели. Береза — самая распространенная в наших лесах лиственная порода. Древесина ее твердая и прочная, но недолговечная в условиях попеременного увлажнения и высушивания. Это основное сырье для изготовления фанеры, столярных изделий и мебели. Осина имеет мягкую и легкую древесину белого цвета с зеленоватым оттенком; во влажном состоянии она быстро загнивает. Осина легко раскалывается вдоль волокон, поэтому применяется для изготовления фанеры, кровельных материалов (щепы, гонта, лемеха) и тары.