8. Физико-механические свойства древесины.

Физические свойства. Истинная плотность древесины изменяется незначительно, так как древесина всех деревьев состоит в основном из одного и того же вещества — целлюлозы (1,54 г/см³).

Средняя плотность древесины разных пород и даже древесины одной и той же породы колеблется в весьма широких пределах, поскольку строение и пористость растущего дерева зависят от почвы, климата и других природных условий.

Пористость древесины хвойных пород колеблется от 46 до 81%, лиственных — от 32 до 80%.

Влажность. В древесине различают гигроскопическую влагу, связанную в стенках клеток, и капиллярную влагу, которая свободно заполняет полости клеток и межклеточное пространство.

Предел гигроскопичности (в среднем он составляет около 30%) соответствует полному насыщению стенок клеток древесины водой.

У свежесрубленного дерева полная влажность может колебаться от 40 до 120%, а при выдерживании древесины в воде ее влажность может возрасти до 200%. При длительном нахождении влажной древесины на воздухе она постепенно высыхает и достигает равновесной влажности. Равновесная влажность комнатносухой древесины составляет 8-12%, поэтому до такой влажности высушивают паркетную клепку, древесину, идущую на изготовление столярных изделий, и т. п. Воздушно-сухая древесина после продолжительной сушки на открытом воздухе имеет влажность 15-18%.

Теплопроводность древесины зависит от ее пористости, влажности и направления потока тепла. Электропроводность древесины зависит от ее влажности. Древесина, используемая при электрической проводке должна быть сухой. Электросопротивление сырой древесины в десятки раз меньше.

Механические свойства древесины определяют путем испытания малых чистых (без видимых пороков) образцов древесины. Показатели свойств древесины должны быть пересчитаны на влажность 12%. Древесина по своей удельной прочности конкурирует с современными конструкционными материалами. Однако сучки, трещины и другие пороки сильно снижают механические свойства.

Прочность при статическом изгибе древесины очень высокая: она примерно в 1,8 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон и составляет около 70% прочности при растяжении.

Предел прочности при скалывании вдоль волокон для основных древесных пород составляет 6,0-13 МПа, а при скалывании поперек волокон — в 3-4 раза выше.

Статическая твердость численно равна нагрузке, которая необходима для вдавливания в образец древесины половины металлического шарика радиусом 5,64 мм. Твердость древесины по торцу на 15-50% выше чем в радиальном и тангенциальном направлениях.

Особенностью древесины является высокая ползучесть, проявляющаяся особенно во влажных условиях.

9. Влажность древесины и ее влияние на свойства древесины.

Древесина, имея волокнистое строение и большую пористость, обладает огромной внутренней поверхностью, которая легко сорбирует водяные пары из воздуха (гигроскопичность).

Влажность, которую приобретает древесина в результате длительного нахождения на воздухе с постоянной температурой и влажностью, называется равновесной. Она достигается в тот момент, когда упругость паров над поверхностью древесины оказывается равной упругости паров окружающего ее воздуха.

По содержанию влаги различают

мокрую древесину— с влажностью до 100%;

свежесрубленную — 35 % и выше;

воздушносухую —15...20 %;

комнатносухую — 8...12 % и

абсолютно сухую древесину.

Стандартной принято считать влажность древесины 12 %.

Влажность древесины, при которой стенки клеток насыщены водой (предельное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточные пространства свободны от воды (отсутствие капиллярной воды), называют пределом гигроскопической влажности.

Для древесины различных пород она колеблется от 23 до 35 % от массы сухой древесины. Гигроскопическая вода, покрывая поверхность мельчайших элементов в стенках клеток водными оболочками, увеличивает и раздвигает их. При этом объем и масса древесины увеличивается, а прочность снижается. Свободная вода в полостях клеток, существенно не изменяет расстояния между элементами древесины и поэтому не влияет на ее прочность и объем, увеличивая лишь массу, теплопроводность и теплоемкость.

 Усушка, разбухание и коробление. Как уже отмечалось, изменение влажности древесины от нуля до предела гигроскопической влажности вызывает изменение ее линейных размеров и объема — усушку или разбухание, величина которых зависит от количества испарившейся или поглощенной ею влаги и направления волокон.

Вдоль волокон линейная усушка для большинства древесных пород не превышает 0,1 %, в радиальном направлении — 3...6 %, а в тангенциальном — 7...12 %. Разница в усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерность высыхания сопровождается возникновением внутренних напряжений в древесине, что может  вызвать  ее коробление и растрескивание. Боковые края досок стремятся выгнуться в сторону выпуклости годовых слоев, а наибольшему короблению подвержены доски, выполненные из древесины, расположенной ближе к поверхности бревна, и широкие доски.