ка, гонт, дранка и пр.) и как отрицательное при забивке гвоздей, костылей, скоб, ввинчивании шурупов.

Удельные характеристики механических свойств. Для сравни­тельной оценки качества древесины используют показатели ее механических свойств (пределы прочности, модуль упругости, ударную вязкость, твердость), отнесенные к единице плотности Удельная прочность при сжатии и статическом изгибе у хвойных пород оказывается выше, чем у лиственных.

Значительно выше у хвойных пород и удельная жесткость (осо­бенно у древесины ели и пихты). По остальным свойствам удель­ные характеристики у древесины лиственных пород выше, чем у хвойных.

Удельные характеристики древесины имеют особое значение, когда от изделия или конструкции требуется высокая прочность и жесткость (зависит от модуля упругости) при малом весе. Это важно для транспортного машиностроения, авиастроения, судостроения, строительства и т.д., при отборе древесины для производства му-] зыкальных инструментов и в других случаях.

По удельной прочности древесина вполне конкурентоспособ­на с другими современными материалами, а по удельной жестко­сти (вдоль волокон) во много раз превосходит полимеры. Так,] например, удельная прочность при растяжении древесины сосны равна 206 кПа-м³/кг, дюралюминия 150... 175 кПа-м³/кг, стекло­пластика 263 кПа-м³/кг. Удельная жесткость древесины сосны (вдоль волокон) 24,6 МПа-м³/кг, полиакрилатов 3,3 МПа-м³/кг, капрона 1,3 МПа-м³/кг.

Контрольные вопросы

1. Какие особенности отличают механические испытания древесины; от испытаний других материалов?

2. Назовите соотношения между пределами прочности на растяже­ ние, сжатие и статический изгиб древесины.

3. Какой показатель определяют при испытании древесины на сжатие поперек волокон?

4. Какой вид излома характерен для прочной древесины?

5. Под действием каких напряжений происходит разрушение древеси­ ны при скалывании?

6. Назовите причины образования «замороженных» остаточных де­ формаций.

7. Как влияет длительность нагружения на пределы прочности древе­ сины?

8. В чем состоит отличие испытаний на ударную вязкость от испыта­ ний на прочность древесины?

9. На какие группы делятся породы по твердости древесины?

10. Назовите причины, удерживающие гвозди и другие крепления в, древесине.

Глава 5 изменчивость и взаимосвязи свойств древесины

5.1. Изменчивость свойств

Свойства древесины, как уже отмечалось, существенно зави­сят от породы. Однако и в пределах одной породы наблюдается изменчивость свойств, обусловленная возрастными изменениями дерева, влиянием окружающей среды и наследственными факто­рами. Особенности строения древесины отражаются на ее плотно­сти. Чем толще клеточные стенки, длиннее волокна и больше со­держание поздней древесины в годичных слоях, тем выше плот­ность древесины в целом.

Плотность, в свою очередь, тесно связана с большинством физических и механических свойств древесины. Поэтому, рассмат­ривая закономерности изменения плотности, можно получить представление об изменчивости и других свойств.

Изменчивость свойств древесины в отдельном дереве. По р а-диусу ствола плотность периодически меняется, что особен­но заметно у хвойных и кольцесосудистых лиственных пород. На­пример, у сосны плотность поздних зон в 2...3 раза выше, чем ранних. По мере удаления от сердцевины по радиусу ствола плот­ность ранних зон сначала несколько снижается, затем сохраняется постоянной и лишь у самой коры возрастает. Плотность поздних зон постепенно повышается в направлении от сердцевины к коре.

При объединении результатов испытаний образцов, взятых на разных уровнях ствола, было установлено [14], что у хвойных по­род в возрасте спелости (сосна, кедр, лиственница) плотность древесины вначале возрастает по направлению от сердцевины к коре, достигает максимума примерно на 2/3 радиуса, после чего вновь начинает снижаться. В стволах кольцесосудистых листвен­ных пород (дуб, ясень) плотность древесины снижается, а в ство­лах рассеянно-сосудистых повышается в указанном направлении. У дальневосточных хвойных и лиственных пород, по данным ВИАМа, изменение плотности такое: от сердцевины к коре она сначала возрастает, достигает максимума, а затем вновь уменьша­ется.

Исследования ИЛД сибирских пород показали, что плотность У сосны непрерывно увеличивается от сердцевины к коре; у ли­ственницы максимальное значение плотности наблюдается на половине радиуса, а у ели там отмечается минимальное значение плотности. У березы плотность по направлению от сердцевины к коре повышается, а у сосны снижается. Для сосны, ели, березы и осины, произрастающих на северо-западе европейской части стра­ны, получены общие закономерности [16], свидетельствующие об

Рис. 5.1. Изменение плотности древесины по радиусу ствола сосны

и березы [16]:

а — вершинная часть ствола; б — средняя; в — комлевая

увеличении плотности по мере удаления от сердцевины (рис. 5.1). Исключение составила лишь древесина осины, у которой в вер­шинной части ствола была обнаружена обратная зависимость.

У хвойных пород, особенно у сосны, выделяется примыка­ющая к сердцевине зона так называемой ювенильной (не­зрелой) древесины. Формирование ювенильной древесины про­исходит в первые 5... 20 лет жизни дерева. У ювенильной древеси­ны тоньше клеточные стенки, короче волокна, меньше клеток в поздних зонах годичных слоев. Эта древесина отличается от зрелой меньшим содержанием целлюлозы, меньшей плотностью на сжа­тие вдоль волокон, большой продольной усушкой и другими особенностями.

По высоте ствола также наблюдается изменение плотно­сти. По данным ИЛД для сибирских пород, у сосны, лиственни­цы, березы и осины плотность уменьшается по высоте ствола, а у ели она увеличивается. Отмечается большая изменчивость плот­ности по высоте ствола, чем по радиусу.

Зависимости, которые показаны на рис. 5.2, дают представление об изменении базисной плотности (р_б) древесных пород, произра­стающих в северо-западных районах европейской части страны.

Общность характера изменения плотности у ели и осины объяс­няется тем, что деревья этих пород (в отличие от сосны и березы) имеют низкоопущенную крону.

Рис. 5.2. Изменение плотности дре­весины по высоте ствола [16]:

/ — ель; 2 — сосна; 3 — береза; 4 -осина

Следует иметь в виду, что распределение плотности р^/ в расту­щем дереве иное.

Изменчивость свойств древесины в пределах породы. Влияние возраста сказывается в повышении плотности древесины у наи­более старых деревьев. В разновозрастных насаждениях изменчи­вость плотности больше, чем в одновозрастных. У хвойных пород для деревьев одного возраста наблюдается обратная связь между диаметром ствола и плотностью древесины. Последняя зависит от формы ствола. У сосны, ели, березы с увеличением сбежистости ствола средняя плотность уменьшается.

О влиянии положения дерева в древостое нет еди­ного мнения. В ряде работ отмечается, что наиболее плотная древе­сина наблюдается у мелких, угнетенных деревьев, однако в других работах было обнаружено, что такого качества древесина наблюда­ется у средних деревьев хвойных пород. Среди лиственных пород плотность древесины у наиболее крупных, господствующих дере­вьев выше, чем у отставших в росте. С увеличением густоты насаж­дения средняя плотность древесины хвойных пород увеличивается.

Широкий комплекс факторов, характеризующих влияние внеш­ней среды, входит в понятие условия произрастания. Эти условия включают качество и состояние почвы, климатические особенности, тип леса, высоту над уровнем моря, географиче­ское положение древостоя и др. У хвойных пород при худших ус­ловиях произрастания образуется более плотная древесина. Для лиственных пород (береза, осина) на северо-западе европейской части страны наблюдается тенденция к увеличению плотности с улучшением почвенных условий.

Географическое положение насаждения обуслов­ливает различия почвенных условий, количества осадков, про­должительности сезона вегетации, что, в свою очередь, влияет на плотность древесины. Многочисленные данные о плотности дре­весины из разных районов произрастания сосредоточены в табли­цах ГСССД 69-84 и ГСССД-Р-237-87 [1].

Л бесхозяйственные мероприятия (рубки ухода, осу­шение, удобрения и т.д.) также оказывают влияние на плотность

древесины. По данным Института леса КНЦ РАН и ряда других организаций, при внесении удобрений в почву происходит уве­личение прироста древесины, но снижается плотность древесины (для сосны примерно на 15%). Другие лесохозяйственные мероп­риятия, направленные на получение максимального прироста, также вызывают некоторое снижение плотности древесины.

Влияние времени рубки на плотность и другие физико-меха­нические свойства древесины экспериментально не было обнару­жено. Необходимо иметь в виду, что древесина, срубленная в те­чение вегетационного периода, имеет тенденцию к снижению стойкости против гниения.

Окорение на корню и подсочка не оказывают существенного влияния на плотность.