7, Основные свойства, достоинства и недостатки древесины как конструкционного материала

Древесина – органическое вещество, состоит из тканей, образованных различного типа клетками. Структурные клетки составляют скелет дерева и обеспечивают его прочность. Для проведения соков и накопления питательных веществ имеются особые паренхимные клетки (рис. 2.1). Волокнистость и пористость являются характерными особенностями строения древесины и сказываются на механические свойства.

Р ис. 2.1 Строение хвойной древе­сины:

а - поперечное сечение ствола; б- пласть доски; в - микроструктура;

1— волокна древесины; 2 — ядро; 3 — заболонь; 4 — сердцевина; 5 — ранние годовые слои; 6 — поздние годовые слои; 7 — клетки — трахеиды

Сердцевина – слабая по прочности и нестойкая против загнивания часть древесины. Ядро – плотная, прочная часть древесины обычно темнее наружной (сосна, лиственница, дуб). У ели, пихты, бука она одного цвета с наружной частью и называется спелой древесиной. Заболонь – наружные слои древесины, на 5-10% слабее ядра. Снаружи заболонь окружена камбием клетки которого делятся. Клетки камбиального кольца делятся на клетки древесины, откладываемые внутрь и клетки коры, откладываемые наружу. По длине ствола древесина имеет различные свойства. Более плотная и прочная древесина в комлевой части ствола. Древесина хвойных пород по прочности превосходит древесину большинства распространённых лиственных пород и меньше подвержена загниванию. Стволы хвойных деревьев имеют более правильную форму, что позволяет полнее использовать их объём. Древесина как конструктивный материал обладает рядом положительных свойств. Она имеет высокую механическую прочность и малую среднюю плотность. Заготовка древесины и её первичная обработка не требуют сложного технологического оборудования. Детали и элементы, изготовленные из древесины в заводских условиях, обладают высокой степенью сборности. Коэффициент температурного расширения вдоль волокон древесины в 2 – 3 раза меньше, чем стали и железобетона, поэтому в сооружениях можно не устраивать температурные швы. Древесина обладает очень малым коэффициентом теплопроводности и её целесообразно использовать в качестве эффективного утеплителя. Положительным свойством древесины является также её гвоздимость. Древесина – химически стойкий материал против ряда кислот, солей, растворов, масел и поэтому может применяться в зданиях с химически агрессивной средой эксплуатации. Отрицательными свойствами древесины являются следующие:- неодинаковая прочность в различном направлении по отношению к волокнам (анизотропия) вследствие особенности строения. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон меньше в 20 – 40 раз, а на сжатие в 7 – 10 раз чем вдоль волокон. При действии силы под углом к направлению волокон прочность древесины тем больше, чем меньше угол между направлением силы и волокон древесины. В поперечном сечении сердцевина слабее ядровой части. - наличие пороков древесины (отклонения от нормального строения) – сучков, косослоя, трещин и др.Сучки нарушают однородность древесины, затрудняют её обработку и ухудшают механические свойства. Особенно ухудшается сопротивляемость растяжению вдоль волокон. Влияние сучков на сопротивляемость древесины сжатию вдоль волокон меньше, чем на её сопротивляемость изгибу. Полное устранение пороков древесины недостижимо, возможно лишь уменьшение их влияния тщательным подбором и сортировкой. В зависимости от размеров и наличия пороков устанавливаются сорта лесоматериалов по количеству и размерам сучков. Для изготовления конструкций из брёвен или брусьев допускается влажность до 30%, клееных конструкций – до 9-12%, в остальных – до 15-20%. Чем больше влаги в древесине, тем больше её объёмная масса ( =500÷700кг/м³). В результате усушки или разбухания происходит изменение объёма древесины, связанное с уменьшением или увеличением насыщенности влагой стенок волокон. Усушка и разбухание поперёк волокон значительны и составляют 2-7%. Внутренние напряжения в результате усушки приводят к образованию трещин и короблению элементов ДК, особенно досок. Наиболее реальным способом предупреждения коробления досок является правильная их сушка. С увеличением влажности уменьшается прочность древесины, модуль упругости и, в связи с этим, увеличиваются её деформации. Древесина подвержена биокоррозии. Существенным недостатком строительной древесины является её сгораемость.

Вдоль волокон древесина обладает наибольшей прочностью и упругостью, а в направлении поперек волокон - наименьшими. Механические свойства древесины зависят от следующих факторов: - от угла между направлением действующего усилия и направлением волокон. - от породы, строения древесины и её плотности. - от скорости приложения нагрузки. При быстром приложении нагрузки предел прочности повышается.

- от длительности нагрузки. С увеличением продолжительности действия нагрузки предел прочности древесины снижается.

- от влажности древесины. С повышением влажности от 0 до 30% прочность вдоль волокон резко уменьшается, деформация увеличивается, модуль упругости снижается;

- от температуры. При повышении температуры от 20 до 50% прочности понижается на 10-40%. При температуре ниже нуля предел прочности повышается до 30-70%, но снижается сопротивление ударному изгибу, а древесина становится более хрупкой.