2.4 Свойства древесины

Свойства древесины определяются, прежде всего, структурой и составом её пород. Причём в пределах одной и той же породы свойства древесины могут различаться в зависимости от возраста дерева, места и условий произрастания, влажности, способов переработки и многих других факторов.

Важнейшими декоративными и эстетическими свойствами древесины являются её цвет, текстура и блеск.

Цвет древесины может изменяться в широких пределах – от светлого у ели, до чёрно-коричневого у чёрного ореха. Всё многообразие цветов и оттенков, которые имеет древесина, придают ей в основном красящие, дубильные и смолистые вещества. Однако у одной и той же породы цвет древесины может изменяться в зависимости от возраста, условий роста, времени после срубки и т.п. Древесина деревьев умеренного климата всегда светлее или бледнее тех же пород тропической зоны. Изменение цвета древесины может быть вызвано также разрушающими и окрашивающими грибами. Цвет древесины является важнейшим диагностическим признаком и служит, как правило, для распознавания породы дерева.

Текстура древесины – это рисунок на её поверхности, образующийся при перерезании слагающих древесину анатомических элементов (волокон, годичных слоёв, сердцевинных лучей, крупных сосудов) и зависит, прежде всего от особенностей строения и направления разреза. Чем сложнее строение древесины, тем разнообразие её текстура. Особенно выразительна текстура древесины у лиственных пород: дуба, бука ореха, клёна и др. Хвойные породы, как правило, обладают более однообразной текстурой.

Текстура определяет декоративную ценность древесины, что особенно важно при изготовлении художественного паркета, различных поделок, музыкальных инструментов и т.п.

Блеск древесины определяется плотностью породы, направлением ее разреза, наличием, размерами и характером размещения сердцевинных лучей. Чем крупнее сердцевинные лучи (например, у дуба) и чем плотнее древесина, т.е. чем кучнее расположены сердцевинные лучи (например, у клена), тем значительнее будет блеск древесины. Светотеневые переливы у одних пород хорошо заметны только на продольном разрезе ствола, у других – на всех разрезах. В тоже время наибольшим блеском обладают радиальные разрезы дерева. Особым блеском отличается древесина дуба, бука, белой акации. Матовый блеск имеют осина, липа, тополь; шелковистый – ясень, вяз; золотистый – черешня; серебристый – сибирский кедр.

Блеск древесины учитывается при составлении мозаичных наборов.

Истинная плотность у древесины всех пород примерно одинаковая и составляет 1,54 г/см³, поскольку древесина состоит в основном из одного вещества – целлюлозы.

Средняя плотность древесины разных пород изменяется в довольно широких пределах: от 150 кг/м³ (бальзовое дерево) до 1300 кг/м³ (бакаут). Однако для наиболее широко применяемых в строительстве пород она составляет от 450 кг/м³ (у ели) до 700 кг/м³(у клёна).

Пористость древесины связана с её плотностью и изменяется в широких пределах – от 30 до 80%, т.е. большую часть объёма древесины занимают поры.

Влажность древесины характеризует собой содержание воды и выражается в % по отношению к массе сухой древесины. Различают гигроскопическую влагу в древесине – связанную в стенках клеток, капиллярную или свободную – заполняющую полости клеток или межклеточное пространство и полную – арифметическую сумму гигроскопической и капиллярной влаги.

Гигроскопическая влажность может достигать 30% при полном насыщении клеток водой. Полная влажность может значительно превышать 30% и достигать у свежесрубленного дерева 120%, а при выдерживании в воде – 200% и более. Например, срубленное бальзовое дерево может иметь влажность доходящую до 600%.

При длительном нахождении влажной древесины на воздухе она постепенно высыхает и достигает равновесного состояния. Влажность воздушно-сухой древесины составляет 15-18%. Равновесная влажность комнатно-сухой древесины составляет 8-12%. Именно до такой влажности необходимо сушить паркетную клёпку, древесину, идущую на изготовление столярных изделий и т.п.

Для сопоставления свойств древесины (физических, механических и др.), испытываемых при различной влажности, их приводят затем к стандартной влажности – равной 12%.

Изменение гигроскопичной влажности приводит к усушке, разбуханию и короблению древесины. Капиллярная или свободная влажность не оказывает влияния на линейные параметры древесины, но изменяет плотность, тепло- и электропроводность, прочность и другие показатели.

Усушка древесины – это уменьшение линейных размеров и объёма древесины при высыхании. Усушка начинается после полного удаления свободной влаги и с начала удаления связанной влаги. В различных направлениях срезов ствола усушка древесины неодинакова. В зависимости от породы дерева линейная усушка составляет 0,1…0,3%, в радиальном направлении – 3…6% и в тангенциальном – 7…12%.

Разбухание древесины происходит при поглощении влаги до предела гигроскопичности. Увеличение содержания свободной влаги не вызывает разбухания. Деформации разбухания аналогичны деформациям усушки, но противоположны по знаку.

Неравномерность деформаций усушки и разбухания в разных направлениях сопровождаются возникновением внутренних напряжений и являются основной причиной растрескивания и коробления пиломатериалов и изделий.

Коробление может быть поперечным и продольным. Поперечное выражается в изменении формы сечения доски. Происходит это из-за разницы усушки в радиальном и тангенциальном направлениях. Сердцевинные доски уменьшают свои размеры к кромкам. Доски, у которых внешняя часть расположена ближе к тангенциальному направлению, усыхают больше, чем внутренние, имеющие радиальное направление. Чем ближе доска расположена к сердцевине, тем меньше ее коробление (рис.2.4).

Для предотвращения этих явлений необходима правильная укладка, хранение и сушка древесину до равновесной влажности, которую она будет иметь в условиях эксплуатации.

Теплопроводность древесины зависит от пористости, плотности, породы дерева, направления волокон, влажности и температуры. В среднем теплопроводность древесины составляет 0,16…0,30 Вт/(м·К). Однако вследствие анизотропности строения теплопроводность древесины вдоль волокон почти в два раза выше, чем поперёк. Например, для сосны соответственно 0,35 и 0,17 Вт/(м·К). Она также выше в радиальном направлении по отношению к тангенциальному.

Прочность древесины характеризуется пределами прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе и скалывании и зависит, прежде всего, от её плотности, пористости, содержания поздней древесины, наличия пороков, влажности, направления приложения механических сил и других факторов. Ввиду анизотропности и волокнистого строения прочностные показатели древесины в разных направлениях значительно отличаются друг от друга. Так, например, прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 4…6 раз больше, чем поперек и составляет для сосны соответственно 100 и 20…25МПа. Прочность при растяжении вдоль волокон для различных пород дерева находится от 80 до 190 МПа, а поперёк волокон от 2 до 10 МПа. Сопротивление статическому изгибу различных пород колеблется в пределах 50…100МПа. Прочность древесины на скалывание поперёк волокон составляет 24…40 МПа, в то время как вдоль волокон лишь 6…13МПа.

По степени твёрдости древесные породы подразделяются на мягкие (сосна, ель осина, ольха, липа и др.), твёрдые (берёза, дуб, клён, ясень) и очень твёрдые (граб, саксаул, самшит). Твёрдость является важной характеристикой качества древесины, применяемой для покрытия пола.

Важными свойствами древесины как строительного материала, являются также жесткость, деформативность, модуль упругости, коэффициент конструктивного качества и др. Однако качество или сортность древесины в отличие от некоторых других видов строительных материалов устанавливают не по прочностным показателям, а по наличию сучков, гнили, трещин, пороков роста ствола и других дефектов древесины.