2.3. Физические и механические свойства древесины

Физические и механические свойства древесины определяют способы ее переработки в строительные материалы и изделия, облас­ти применения и условия эксплуатации деревянных конструкций. К физическим свойствам древесины относятся: влажность, усушка, раз­бухание, истинная и средняя плотность, пористость, теплопровод­ность и др. (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Среднее значение физических свойств основных хвойных и лиственных пород (при влажности 12%)

Порода	Плотность, кг/м3		Пористость, %	Среднее число годовых слоев в 1 см
	При 12%-ной влажности	Свеже­срубленной
Сосна	530	860	53.. .70	6
Ель	460	790	62.. .75	12
Лиственница	680	840	46.. .73	10
Пихта	390	800	55. ..81	8
Дуб	720	1030	32. ..61	6
Береза	640	880	50.. .61	5
Бук	650	950	40.. .70	7
Осина	500	760	62.. .80	5

Для отделочных материалов немаловажную роль играют эсте­тические характеристики: цвет, блеск, текстура. Для древесины как конструкционного материала основными являются механические свойства: прочность на растяжение и сжатие (вдоль и поперек воло­кон), изгиб, сдвиг и др. Важными являются и технологические свой­ства древесины: легкость обработки различными инструментами, способность удерживать металлические крепления, хорошая окрашинаемость и склеиваемость и др.

Влажность (W, %) — количество воды, содержащееся в данный момент в древесине. Различают три вида влаги в древесине: капил­лярную (свободную), содержащуюся в полости клеток и межклеточном пространстве, гигроскопическую, находящуюся в стенках клеток, и химически связанную, входящую в химический состав веществ, из ко­торых состоит древесина. По степени влажности древесину разделяют на мокрую, долго находившуюся в воде (W = 100% и более); свеже­срубленную (W = 35...100%); воздушно-сухую (W = 15...20%); комнатносухую (W = 8...13%); абсолютно сухую (W = 0). Условно стандартной считают влажность, равную 12%. Все характеристики, полученные при определении плотности и прочности, должны быть приведены к стандартной влажности. В строительстве разрешается применять древесину с влажностью не более 20%. Однако следует учитывать, что повышенная влажность в древесине способствует поражению древе­сины плесенью, грибами, приводит к короблению, усушке и растрес­киванию деревянных деталей и конструкций.

Гигроскопичностью древесины называют ее способность по­глощать водяные пары из воздуха. Сухая древесина поглощает влагу, а влажная отдает влагу окружающему воздуху. Так как влажность воздуха не постоянна, то и влажность древесины также меняется. Равновесной называют влажность, которую получила древесина при длительном нахождении на воздухе при постоянной температуре и относительной влажности.

Усушкой древесины называют уменьшение ее линейных разме­ров и объема, происходящее при испарении из нее гигроскопической влаги.

Разбуханием древесины называют увеличение ее размеров и объема при поглощении гигроскопической влаги (оболочками кле­ток). Испарение капиллярной влаги не сопровождается усушкой, так же как и поглощение влаги клетками не сопровождается набуханием древесины.

Различают линейную и объемную усушку. Вследствие неодно­родности строения древесина усыхает или разбухает в различных на­правлениях неодинаково.

Обычно линейная усушка древесины бывает в пределах 0,1…0,3%, в радиальном направлении— 3...6, в тангентальном — 7...12%. Коэффициент объемной усушки в зависимости от породы де­рева колеблется в пределах 0,2...0,75%. Неравномерная усушка древесины в различных направлениях вызывает коробление и обра­зование трещин. Это в свою очередь уменьшает прочность древесины, снижает ее качество. В строительной практике усушка древесины вы­зывает образование щелей между деревянными конструктивными элементами, а разбухание приводит к выпучиванию.

Для уменьшения водопоглощения и гигроскопичности древеси­ны поверхность деревянных изделий покрывают лакокрасочными материалами.

Истинная плотность древесины для всех пород примерно оди­накова и равна 1,55 г/см³.

Средняя плотность у разных древесных пород различна. Вели­чина средней плотности зависит от строения древесины, пористости, влажности, условий роста и других факторов. Древесина сосны имеет среднюю плотность 500 кг/м³, дуба — 700 кг/м³.

Пористость древесины значительная, у разных пород колеблет­ся в широком интервале: для хвойных пород — от 46 до 85%, лист­венных — от 32 до 82%.

Механические свойства древесины зависят прежде всего от ее плотности, влажности и наличия пороков. Древесина большой плот­ности имеет более высокую прочность. При увеличении влажности от 8 до 30% снижается прочность и твердость древесных материалов и, наоборот, уменьшение количества влаги в рассматриваемых мате­риалах, например от 20 до 8%, заметно повышает их механические характеристики. На прочность древесины влияет процент поздней древесины, наличие пороков, гнили.

Прочность древесины характеризуется пределами прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе и скалывании (табл. 2.2).

Таблица 2.2