§ 6. Физические и механические свойства древесины

Древесина как анизотропный материал обладает весьма разнообразными физическими и механическими свойствами, которые следует учитывать при использовании древесных пород в различных конструкциях зданий и сооружений.

К основным физическим свойствам древесины относят цвет и текстуру, истинную и среднюю плотность, влажность, гигроскопичность, усушку и разбухание, теплопроводность и стойкость к действию агрессивных сред.

Цвет и текстура древесины являются характерными признаками той или иной породы. Цвет древесины зависит от целого ряда факторов, например от района и условий произрастания, от породы, возраста дерева и др. Интенсивность окраски заметно увеличивается с возрастом дерева. Потускнение древесины и появление серой, и .спой, синей окрасок является признаком заболевания.

Текстура (рисунок) древесины зависит от наличия тех или иных волокон, их величины и взаимного расположения, причем в каждой плоскости разреза дерева с ноя текстура. Красивой текстурой в радиальном разрезе обладают такие породы, как дуб и бук, а в тангентальном разрезе — лиственница, дуб и орех.

Истинная плотность древесины примерно одинакова для всех пород и в среднем составляет 1,55 г/см3.

Средняя плотность древесины зависит от породы дерева, его пористости, условий произрастания, влажности и других факторов. Ее величина у большинства пород меньше единицы и обычно колеблется в пределах 0,37— 0,7 г/см3.

Влажность — массовое количество влаги, содержащееся в данный момент в древесине. В древесине различают три вида влаги: капиллярную (свободную), содержащуюся в полости клеток и межклеточном пространстве, гигроскопическую, находящуюся в стенках клеток, и химически связанную, входящую в химический состав веществ, из которых состоит древесина.

По степени влажности различают древесину: мокрую (сплавную), свежесрубленную (влажность 35 % и более), воздушно-сухую (влажность 15—20%), комнатно-сухую (влажность 8—12 %) и абсолютно сухую, высушенную в лаборатории до постоянной массы при 100— 105 "С. Условно стандартной считают влажность, равную 12 %; показатели, полученные при определении прочности и плотности, должны быть приведены к стандартной влажности. В строительстве разрешается применять древесину с влажностью 15—20 %, однако повышенная влажность в древесине приводит к короблению, усушке и растрескиванию деревянных конструкций и деталей при последующем их высыхании, а также способствует поражению древесины различными грибками.

Гигроскопичность характеризует способность сухой древесины поглощать влагу из окружающей среды или отдавать влагу более сухому окружающему ее воздуху. В результате изменений влажности окружающей среды все время меняется влажность древесины. Максимальное количество гигроскопической влаги в древесине при отсутствии свободной влаги называют точкой насыщения волокон или пределом гигроскопичности. Ее величина для разных пород колеблется в пределах 25—35 %. Влажность, которую приобретает древесина, находясь длительное время на воздухе с постоянными относительной влажностью и температурой, называют равновесной влажностью. Изменение влажности древесины от нуля до точки насыщения волокон, а затем от точки насыщения до нуля вызывает изменение объема древесины, что в свою очередь приводит к разбуханию и усушке.

Величина усушки и разбухания древесины вследствие неоднородности ее строения неодинакова в разных на-правлениях. Линейная усушка древесины вдоль волокон составляет всего 0,1—0,3, в радиальном направлении — 3—б, а в тангентальном — 6—12 %. Значительное различие величин усушки древесины в радиальном и тангентальном направлениях приводит к ее короблению при высыхании и растрескиванию по радиусу при интенсивной сушке. Это, в свою очередь, уменьшает прочность древесины и снижает ее качество. В строительной практике усушка древесины вызывает образование щелей между отдельными деревянными конструктивными элементами, а разбухание приводит к выпучиванию. Для уменьшения гигроскопичности и водопоглощения древесины поверхности деревянных конструкций окрашивают водостойкими красками.

Теплопроводность сухой древесины незначительна — 0,171—0,28 Вт/(м-°С), но с повышением ее влажности теплопроводность повышается.

Механические свойства. Сопротивление древесины механическим воздействиям неодинаково в различных направлениях вследствие волокнистости ее строения. Кроме того, механические свойства древесины зависят от породы древесины, ее влажности, наличия пороков. Эти особенности необходимо учитывать при использовании лесоматериалов в строительстве. Средние значения физико-механических свойств древесины основных пород приведены в табл. 4.

Древесина хорошо воспринимает сжатие вдоль волокон, что учитывают при конструировании свай, колонн, стоек и т. п. При изгибе и растяжении она лучше работает вдоль волокон. Это свойство объясняется строением дерева — хорошей связью частиц волокон в продольном направлении и слабой связью между отдельными волокнами в поперечном направлении. Механические

Таблица 4. Средние значения физико-механических свойств основных хвойных и лиственных пород (при влажности 12 %)

Породы дерева	Средняя плот­ность, к г/У.3	Пределы прочности, МПа, вдоль при			волокон
		растяже­нии	сжатии	статичес­ком изги­бе	радиаль­ном ска­лывании
Сосна	500	110	48	85	7,5
Лиственница	660	125	62	105	11
Ель	450	120	44	80	6,8
Пихта	370	70	40	70	6,5
Дуб	700	130	58	106	10
Бук	670	130	56	105	12
Береза	630	125	55	110	9,2
Осина	480	120	42	78	6,2

свойства древесины определяют путем испытания в лаборатории специально изготовленных образцов.

Механические свойства древесины в значительной степени зависят от ее влажности. С увеличением влажности до точки насыщения волокон прочность древесины снижается, что особенно заметно при статическом изгибе и сжатии. Наличие в древесине пороков (сучки, косослой и др.) значительно ухудшает ее механические свойства.

Стойкость древесины различных пород к действию агрессивных сред (растворов солей, щелочей и кислот) неодинакова. Древесина хвойных пород характеризуется большей коррозионной стойкостью, чем древесина лиственных пород. При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. Интенсивность разрушения зависит от концентрации растворов, например слабощелочные растворы почти не разрушают древесины, а действию слабых растворов минеральных кислот она сопротивляется лучше, чем бетон. В морской воде древесина хуже сохраняется, чем в речной.