57. Строение и свойства древесины

Ветви, листья и хвоя образуют крону дерева. При изучении строения древесины различают макроструктуру, видимую невооруженным глазом, и микроструктуру, видимую при сильном увеличении.

Ствол – основная и наиболее ценная часть дерева. Верхняя, наиболее тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя утолщенная – комлем. Поверхность среза дерева поперек ствола называется торцом.

Макроструктуру древесины изучают на разрезах ствола дерева по трем направлениям: поперечному (торцовому), проходящему перпендикулярно оси ствола; радиальному, проходящему вдоль ствола через его ось; тангенциальному, проходящему вдоль ствола на некотором расстоянии от оси (по хорде поперечного сечения). На поперечном разрезе ствола дерева четко видны кора, луб, камбий, заболонь, ядро, сердцевина, сердцевинные лучи и годичные слои.

Влажность и гигроскопичность. По содержанию влаги различают мокрую древесину с влажностью до 100% и более; свежесрубленную -35% и выше; воздушно-сухую – 15-20%; комнатно-сухую – 8-12% и абсолютно сухую древесину, высушенную до постоянной массы при температуре 103±2 °С. Стандартной считают влажность древесины 12%, при которой определяют и сравнивают ее свойства.

Вода в древесине может находиться в двух состояниях – свободном и физически связанном.

Усушка и разбухание. Как уже отмечалось, изменение влажности древесины от 0 до предела гигроскопичности вызывает изменение ее линейных размеров и объема – усушку или разбухание, величина которых зависит от количества испарившейся или поглощенной ею влаги и направления волокон.

Плотность. Вещественный состав древесины различных пород при­близительно один и тот же, поэтому истинная плотность древесины – величина постоянная и составляет 1,54 г/см³.

Пористость древесины главнейших пород, применяемых в строительстве, - 50-70%.

Теплопроводность. Древесина, как материал высокопористого и волокнистого строения, характеризуется относительно низкой теплопроводностью. Однако вследствие анизотропности теплопроводность вдоль и поперек волокон отличается примерно в два раза (например, для сосны вдоль волокон -0,35 Вт/(мК), а в поперечном направлении -0,17 Вт/(м·К)).

Стойкость древесины к действию агрессивных сред. При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рН12. Слабощелочные растворы почти не разрушают древесину. В морской воде древесина сохраняется значительно хуже, чем в пресной (речной, озерной). В воде большой биологической агрессивности стойкость древесины низкая.

Механические свойства. Прочность древесины (материала волокнистого строения) имеет большое различие вдоль и поперек волокон (при растяжении вдоль волокон в 20-30 раз, а при сжатии в 3…6 раз больше, чем поперек волокон). Прочность древесины зависит от того, под каким углом к волокнам направлено разрушающее усилие, а также от породы дерева, плотности, косвенно характеризующей пористость древесины, наличия пороков и особенно от влажности в пределах 0-30%. Поэтому при определении механических свойств древесины необходимо всегда учитывать ее влажность, направление действия нагрузки и применять стандартные образцы, не имеющие пороков (так называемые «малые чистые образцы»).

Методы определения механических свойств древесины регламентированы соответствующими техническими нормативными правовыми актами (ТИПА) – СТБ, ГОСТ.

Прочность при сжатии вдоль волокон достаточно высока и составляет в среднем 40-60 МПа, т.е. сопоставима с прочностью бетона. Это объясняется тем, что пустотелые волокна древесины работают как жесткие пространственные элементы.

Прочность при сжатии поперек волокон составляет примерно 0,15-0,3 от предела прочности вдоль волокон. Это объясняется тем, что при сжатии поперек волокон в действительности происходит смятие волокон древесины без явного разрушения стенок. Поэтому за прочность в этом случае принимают условный предел прочности, равный наибольшему напряжению, при котором еще сохраняется линейная зависимость между напряжением и деформацией.

Прочность при растяжении вдоль волокон в 2-3 раза больше прочности при сжатии в этом направлении и составляет 100-120 МПа. Прочность при растяжении сильно зависит от наличия некоторых пороков (сучки, косослой и др.), но мало изменяется от влажности.

Прочность при изгибе в 1,5-2 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон, но несколько меньше прочности при растяжении, и составляет в среднем 60-110 МПа. Прочность при изгибе древесины значительно выше, чем у большинства строительных материалов (бетон, керамика и т.д.) и сопоставима с прочностью металлов.

Прочность древесины при скалывании и перерезании имеет важное значение для соединения деревянных элементов (для врубок, шпонок, нагелей и т.д.).