76. Физические свойства древесины (плотность, пористость, влажность, усушка, разбухание, коробление, теплопроводность) – определение и взаимосвязь с другими свойствами.

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. Поэтому независимо от породы дерева плот­ность принимают равной 1530 кг/м³. Средняя плотность зави­сит как от породы, так и от условий произрастания дерева. Она колеблется в широких пределах. Так, средняя плотность, опре­деленная при стандартной 12%-й влажности, равна для древеси­ны, кг/м³: сосны - 500; ели - 450; дуба - 690; бука - 670; бере­зы - 630; липы - 500; клена - 700. Она изменяется в зависимости от влажности древесины.

Среднюю плотность древесины с фактической влажностью пересчитывают на стандартную влажность, принимаемую рав­ной 12 %:

где - средняя плотность образца древесины при влажности W- 12 %; к₀ - коэффициент объемной усушки, который показы­вает, на сколько процентов изменяется объем образца при изме­нении его влажности на 1 %. У древесины большинства пород к₀ - 0,5 (у березы, бука, лиственницы, граба к₀ = 0,6). Его опре­деляют по формуле

где V₀ - объемная усушка; W₁ и W₂ - влажность древесины соот­ветственно начальная и конечная.

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 %. Влажность сплавной древесины может быть больше 100 %.

Если образец абсолютно сухой древесины выдерживать дли­тельное время во влажном воздухе, то его масса вначале будет возрастать, а затем стабилизируется. Связано это с тем, что во­дяные пары конденсируются в стенках клеток древесины. Влагу, накапливающуюся в стенках клеток, называют связанной или гигроскопической. Состояние древесины, при котором клеточ­ные стенки максимально насыщены водой, а в полостях клеток находится только воздух, характеризуется пределом гигроско­пичности. Для большинства пород влажность, соответствующая пределу гигроскопичности при комнатной температуре, со­ставляет 30 % по массе.

Молекулы связанной воды, конденсируясь в стенках клеток, попадают в промежутки между микрофибриллами. Это вызыва­ет утолщение клеточных стенок и, как следствие, разбухание древесины. Одновременно ослабляются силы взаимодействия между микрофибриллами, что приводит к уменьшению прочно­сти материала.

При насыщении древесины капельно-жидкой водой запол­няются не только стенки, но и полости клеток. Влагу, находя­щуюся в полостях клеток, называют свободной или капиллярной. Она не влияет на разбухание и прочность древесины, но может изменить другие физические свойства. Например, по мере уве­личения влажности древесина становится тяжелее, возрастают ее тепло- и электропроводность.

Учитывая большое влияние влажности, условились все свой­ства определять при стандартной влажности, равной 12 %. Этот показатель соответствует влажности сухой древесины, ко­торая хранится в комнатных условиях.

Усушка древесины начинается после полного удаления сво­бодной влаги и с начала удаления связанной влаги. В различ­ных направлениях срезов ствола и в зависимости от породы усушка древесины неодинакова: линейная усушка — 0,1...0,3%, в радиальном направлении — З...6% и в тангенциальном — 7... 12%.

Разбухание древесины происходит при поглощении влаги до предела гигроскопичности. Увеличение содержания свобод­ной влаги не вызывает разбухания. Деформации разбухания аналогичны деформациям усушки, но противоположны по знаку.

Неравномерность деформаций усушки и разбухания в раз­ных направлениях сопровождаются возникновением внутрен­них напряжений и являются основной причиной растрескива­ния и коробления пиломатериалов и изделий.

Древесина является плохим проводником теплоты, что обу­словлено ее пористостью (поры заполнены воздухом). Теплопро­водность древесины составляет 0,16...0,3 Вт/(м • °С). Вдоль во­локон она в 1,8 раза выше, чем поперек.