древесина

В зависимости от структуры выделяют кольцесосудистые и рассеяннососудистые лиственные породы.

Характерной особенностью кольцесосудистых пород является наличие крупных и мелких сосудов. Крупные сосуды расположены в ранней древесине и собраны в кольца. Мелкие сосуды расположены группами в поздней древесине. Благодаря этому ранние и поздние зоны в годовом слое четко различаются. Древесина при этом обладает значительно более высокой водопроницаемостью в направлении длины волокон, чем древесина хвойных пород.

Сосуды являются основными водопроводящими элементами и представляют собой длинные вертикальные тонкостенные широкополостные трубки с порами.

В отличие от кольцесосудистых лиственных пород, в рассеяннососудистых породах нет крупных сосудов. Мелкие сосуды равномерно распределены по всей ширине годового слоя, поэтому граница годового слоя между ранней и поздней древесиной выражена менее четко.

СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Как по структуре, так и по физико-механическим свойствам, древесина является природным

композиционным материалом

Истинная плотность древесины изменяется незначительно, так как древесина всех деревьев состоит в основном из одного и того же вещества –

целлюлозы.

 Истинная плотность древесины – 1,54 г/см3.

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.

С увеличением влажности возрастает и плотность древесины.

Средняя плотность – 400-600 кг/м3 – воздушно-сухой древесины, 700-800 свежесрубленной древесины.

Влажность древесины

Выражают обычно в % по отношению к массе сухой древесины. Древесина, имея волокнистое строение и большую пористость, обладает огромной внутренней поверхностью, которая легко

сорбирует водяные пары из воздуха (гигроскопичность).

При длительном нахождении влажной древесины на воздухе она постепенно высыхает и достигает равновесной влажности, которая зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха.

По содержанию влаги различают:

сплавную древесину (насыщенную водой) – 80-250%;

свежесрубленную – 60-80%;

воздушно-сухую – 15-25% (долгое время находящуюся на воздухе);

комнатно-сухую – 8-12% (долгое время находящуся в помещении);

стандартную – 12%;

сухую – 8%.

Показатели свойств (плотность, прочность), полученные при испытании древесины различной влажности, для возможности сопоставления приводят к стандартной влажности.

Вдревесине различают:

гигроскопическую влагу (физически связанную), связанную в стенках клеток и сосудов древесины в виде тончайших

гидратных оболочек на поверхности мельчайших элементов, слагающих стенки клеток, и

капиллярную влагу (свободную), которая свободно заполняет полости клеток и межклеточное пространство

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% (в среднем 30%) 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, накапливаясь 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.

Изменение влажности древесины от нуля до предела гигроскопической влажности вызывает изменение ее линейных размеров и объема – усушку или разбухание.

Величина усушки и разбухания зависит от количества испарившейся или поглощенной влаги и направления волокон.

Вдоль волокон линейная усушка 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.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Целлюлозные цепочки всегда представляют собой нитевидные молекулы. Растительная клетка имеет форму трубки, стенки которой образованы длинными, уложенными примерно параллельно нитевидными молекулами целлюлозы. Поскольку материал этих клеток по существу одинаков, то прочность древесины зависит от толщины стенок и, следовательно от средней плотности древесины.

Прочность древесины определяют испытанием малых, чистых (без видимых пороков) образцов древесины.

Прочность характеризуется пределами прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании.

Древесина анизотропна, ее прочность зависит от характера направления в конструкциях и строения. Хорошо работает на растяжение и сжатие вдоль волокон, плохо – поперек волокон.

Прочность древесины зависит также от породы дерева, средней плотности, косвенно характеризующей пористость древесины, наличия пороков и влажности.

Прочность при сжатии определяют вдоль и поперек волокон. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 3-6 раз больше, чем прочность поперек волокон.

Прочность при растяжении вдоль волокон в 2,5 раза превосходит предел прочности при сжатии вдоль волокон.

Прочность при статическом изгибе древесины очень высокая: примерно в 1,8 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон. Поэтому древесина чаще всего работает на изгиб.

Очень плохо работает на скалывание и на сдвиг вдоль волокон. Древесина – природный полимер, свойства полимеров со временем изменяются – древесина стареет (понижается прочность).

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Достоинства:

возобновляемый ресурс;

высокая прочность и упругость;

низкая теплопроводность;

древесина морозостойка , не растворяется в воде и органических растворителях

прочность древесины без дефектов приближается к прочности металлических сплавов;

хорошо работает как на растяжение, так и на сжатие;

по показателям средней плотности – теплоизоляционный материал;

легко обрабатывается (удобство скрепления деревянных компонентов с помощью клея, врубок, гвоздей и пр. ;

возможно применение различных технологий монтажа (пилка, рубка и т.д.);

обладает высокой декоративностью.

Недостатки:

неоднородность строения (древесина анизотропна – имеет разную теплопроводность, прочность вдоль и поперек волокон, разное строение в разных направлениях и т.д.);

гигроскопичность и, как следствие, влажностные деформации;

реальная древесина содержит большое количество дефектов (трещины, сучки и т.д.);

сгораемость;

загниваемость;

свойства древесины меняются со временем.