1.5. Достоинства и недостатки древесины

К достоинствам древесины относятся следующие качества:

• Небольшая плотность;

• Высокая удельная прочность;

• Низкий коэф-нт теплопроводности;

• Относительно низкий коэф-нт температурного расширения;

• Высокая химическая стойкость (по отношению к агрессивным солевым и кислотным средам);

• Легкость обработки, хорошая гвоздимость, высокие акустические качества, богатство сырьевой базы.

Главными недостатками древесины являются следующие свойства:

• неоднородность, которая вызвана особенностями строения материала, наличием естественных пороков. Это приводит к разбросу показателей прочности по отношению к направлению волокон;

• зависимость свойств древесины от ее собственной влажности и от влажности окружающей среды;

• подверженность древесины загниванию и повреждению древоточцами;

• подверженность древесины загниванию.

В практике проектирования и применения деревянных конструкций первые два недостатка следует учитывать, а влияние последних сводить до min или исключать полностью, опираясь на существующие методы защиты деревянных конструкций.

Влияние влажности и температуры на прочность древесины

Кроме пустотелых волокон, межклеточного вещества, смолы и сердцевинных лучей, древесина содержит большое количество влаги (вода с растворенными в ней солями).

Влага, которая содержится в древесине, делится на три вида:

• свободная влага (частично или полностью она заполняет внутреннюю полость клеток и межклеточное пространство);

• гигроскопическая влага (она впитана стенками клеток);

• химически связанная влага (она входит в хим. состав древесинного вещества).

Свободная и гигроскопическая влага м.б. удалена из древесины путем сушки любым известным способом. Химически связанная влага удаляется путем химической обработки и при горении.

Влажность свежесрубленной древесины составляет 80-100%, высушенной 12-40%. Древесина, абсолютно не содержащая свободную и гигроскопическую влагу, называется абсолютно сухой.

Влажность древесины – это выраженное в процентах отношение массы воды, содержащейся в древесине, к массе абсолютно сухой древесины.

Наличие в древесине гигроскопической влаги в максимальном количестве является точкой насыщения волокон. Для хвойных пород она наступает при влажности, равной, примерно 30%. Стандартная влажность древесины составляет 12%.

В зависимости от условий эксплуатации влажность древесины не должна превышать:

• 40% для конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе, в которых усушка древесины не влияет на работу конструкции (столбы линий связи или электропередач);

• 25% для конструкций, эксплуатируемых в помещениях с влажностью выше 75%;

• 20% (для клееной древесины 10-15%) при эксплуатации конструкций в нормальных условиях.

Изменение влажности древесины приводит к усушке (при уменьшении влажности) или разбуханию (при увеличении влажности до 30%). Наиболее опасна усушка. Разбухание и усушка вдоль волокон незначительная и не превышает 0,3%. Наибольшая усушка или разбухание происходят поперек волокон и достигает 12% (в направлении II годичным слоям). В тангентальном направлении (параллельно касательной к годовым кольцам) усушка или разбухание составляют 6%.

6% 0,3%

12%

Рис. 1. Зависимость величины усушки от направления волокон

Неравномерность процесса усушки и разбухания (от поверхности к центру поперечного сечения) и различие в величинах их по направлениям приводит к появлению усушечных трещин и короблению древесины. Коробление м.б. продольным и поперечным.

Экспериментально установлено, что повышение влажности древесины от 0% до точки насыщения волокон ее прочность, уменьшается почти в 3,5 раза, а деформативность увеличивается, снижая тем самым модуль упругости. Рост влажности свыше 30% не приводит к дельнейшему снижению прочности.

Для приведения показателя прочности древесины R_ω, определенного при некоторой влажности ω, к прочности древесины при стандартной влажности R₁₂ существует эмпирическая формула:

R₁₂=R_ω[1+α(W-12)] (9)

Где: α – поправочный коэффициент, принимаемый по таблицам СНиП;

W – влажность древесины в момент испытания;

R_ω – прочность при искомой влажности.

Формула (1) справедлива лишь в пределах изменения влажности от 8 до 23%. Для других показаний влажности существует другая зависимость.

Экспериментально установлено, что повышение температуры снижает величины временных сопротивлений и модулей упругости древесины при любой влажности. При отрицательных температурах и большой влажности влага внутри древесины замерзает, что повышает прочность древесины на сжатие, изгиб и скалывание, но при этом древесина становится хрупкой и резко снижается ее способность сопротивляться ударным воздействиям.

Прочность древесины при температурах, отличных от нормальной (20ºС), определяется по формуле:

R_t=R₂₀-β(Т-20) (2)

Где: β – поправочное число, принимаемое по таблице СНиП.

R₂₀ – прочность при стандартной температуре;

R_Т – прочность при искомой температуре.

Формула (2) действительна в пределах изменения температур от 20 до 50ºС.

Группы конструкций

В зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации все виды конструкций подразделены на 4 группы:

1) гр. А (А1, А2, А3) –внутри отапливаемых зданий;

2) гр. Б (Б1, Б2, Б3) – внутри не отапливаемых зданий;

3) гр. В (В1, В2, В3) – для зданий, эксплуатируемых на открытом воздухе;

4) гр. Г (Г1, Г2, Г3) – для конструкций соприкасающихся с водой, постоянно увлажненных или эксплуатируемых в воде.

В расчетах вводится коэффициент «m_в»:

А1, А2, Б1, Б2 m_в=1

А3, Б3, В1 m_в=0,9

В3, В2, Г1 m_в=0,85

Г2, Г3 m_в=0,75

СНиП не допускает эксплуатировать клеедощатые конструкции как группу Г, В2, В3.