Таблица плотности древесины. Основные свойства древесины. Механические свойства древесины древесина

Плотность материала характеризуется отношением массы тела к объему, поэтому плотность древесины должна представлять собой именно объемную массу, а не объемный вес (как это до сих пор встречается в справочной и учебной литературе). Дело в том, что значение «веса» не может быть постоянным для разных географических точек Земли (зависит от ускорения свободного падения). Следовательно, принципиально неправильно характеризовать свойство древесины переменным показателем.

    Физические свойства.

    Строителя интересуют две стороны взаимодействия звука и материала:    звукопроводность — способность     материала проводить звук сквозь свою толщу и звукопоглощение — способность материала поглощать   и  отражать падающий на него звук. Звукопроводность зависит от массы материала и его строения. Если масса материала велика, то энергии звуковых волн не хватает, чтобы пройти сквозь него, так как для этого надо привести материал в колебание. Поэтому чем больше масса материала, тем меньше он проводит звук. Плохо проводят звук пористые и волокнистые материалы, так как звуковая энергия поглощается и рассеивается развитой поверхностью материала, переходя при этом в тепловую энергию. Плотность акации

    Звукопоглощение зависит от характера поверхности и пористости материала.   Материалы с гладкой   поверхностью отражают значительную часть падающего на них звука (эффект зеркала), поэтому в помещении с гладкими стенами из-за многократного отражения от них звука созда-    -ется постоянный шум. Если же поверхность материала имеет открытую пористость, то звуковые колебания, входя в поры, поглощаются материалом, а не отражаются. Так, мягкая   мебель,   ковры,   специальные  штукатурки и облицовки с мелкими открытыми порами хороши заглушают звук.

    Свойства древесины   

    Свойства древесины, обнаруживаемые при испытаниях, не приводящих к изменению химического состава, называются физическими.
    1. Внешний вид древесины
    2. Влажность древесины и свойства, связанные с её изменением
    3. Тепловые свойства
    4. Электрические свойстваТаблица плотности древесины
    5. Звуковые свойства
    6. Свойства древесины, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

    1. Внешний вид древесины

    Внешний вид древесиныВнешний вид древесины характеризуется следующими свойствами: цветом, текстурой, блеском, макроструктурой.

    Что такое цвет древесины? Это зрительное ощущение, которое зависит от спектрального состава отражённого ею светового потока. Цвет - важнейшая характеристика внешнего вида древесины. При выборе породы дерева для внутренней отделки помещений, изготовлении мебели, музыкальных инструментов, художественных поделок и т.д. обязательно учитывают цвет.

    Окраска древесины зависит в первую очередь от породы, а также от возраста дерева, климата местности произрастания. Древесина меняет цвет при выдержке под влиянием воздуха и света, при поражении грибами, а так же при длительном нахождении под водой (мореный дуб). Но все-таки, цвет многих пород настолько характерен, что может служить одним из признаков при их распознавании.

    Текстура - это рисунок, который образуется на поверхности древесины вследствие распила годичных слоёв, сердцевинных лучей, сосудов.

    Качество древесины по внешнему виду характеризуется шириной годичных слоёв и содержанием поздней древесины.

    Ширина годичных слоёв - число слоёв, приходящихся на 1 см отрезка, отмеренного на торцевой поверхности бревна по радиальному направлению.

    Содержание поздней древесины равно отношению суммарной ширины зоны поздней древесины к общей протяжённости (в радиальном направлении) участка измерения, включающего целое число слоёв (выражается в процентах).

    Блеск - это способность древесины направленно отражать световой поток. Наибольшим блеском из отечественных пород отличается древесина белой акации, дуба, бука, бархатного дерева; из иностранных - древесина атласного дерева и махагони (красного дерева).

    2. Влажность древесины

    Понятие влажность используется для количественной характеристики содержания воды в древесине. Влажность – это выраженное в процентах отношение массы воды, содержащейся в образце к массе сухой древесины: W = (M - M0) / M0 * 100, где M - начальная масса образца древесины, г, а M0 - масса образца абсолютно сухой древесины, г.

    Влажность может быть измерена прямыми или косвенными методами. Прямые методы основываются на выделении воды из древесины, например высушиванием. Эти методы простые, надёжные и точные, но довольно продолжительные. Этого недостатка лишены косвенные методы, которые основаны на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине (например, электропроводность). Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры. Но косвенные способы имеют свои недостатки: дают надёжные показания при влажности древесины в диапазоне от 7 до 30 % и лишь только в месте введения игольчатых контактов.

    Вода в древесине может находиться в двух формах: в связанной или в свободной. Связанная вода находиться в клеточных стенках и удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания сильно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах, удерживается только механическими связями. Свободная вода удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.

    Когда проводят испытания по определению физико-механических свойств древесины её приводят к нормализованной влажности – 12 %.

    По степени влажности древесина может быть:
    мокрая, W > 100%, длительное время находившаяся в воде;
    свежесрубленная, W = 50-100%, сохранившая влажность растущего дерева;
    воздушно-сухая, W = 15-20%, выдержанная на открытом воздухе;
    комнатно-сухая, W = 8-12%, долгое время находившаяся в теплом помещении; абсолютно-сухая, W = 0, сушка проводилась при температуре t=103±2°C.

    Усушка – это уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении из неё связанной воды. Удаление свободной воды не вызывает усушки. Чем больше клеточных стенок в единице объёма древесины, тем больше в ней связанной воды и выше усушка.

    Усушка древесины в тангенциальном направлении в 1,5 - 2 раза больше, чем в радиальном.

    Полная усушка (или максимальная усушка Bmax) - это уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении всего количества связанной воды.

    Формула для вычисления полной усушки, %, имеет вид:
    Bmax = (Аmax - Аmin) / Аmax * 100,

    где Аmax и Аmin - размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок и в абсолютно-сухом состоянии, мм (мм3).

    Полная линейная усушка древесины распространённых отечественных пород в радиальном направлении примерно 3-7 %, в тангенциальном 8-10 %, а вдоль волокон 0,1-0,3 %. Полная объёмная усушка составляет около 11-17 %.

    Усушка древесины учитывается при распиловке брёвен на доски (делаются припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д.

    В результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке возникают внутренние напряжения в древесине, не связанные с внешними нагрузками.

    Полные сушильные напряжения можно рассматривать как совокупность двух составляющих - влажностных и остаточных напряжений.

    Влажностные напряжения вызываются неоднородной усушкой материала. В поверхностной части доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски - сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения в отличие от влажностных не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения.

    Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, то появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

    Коробление это изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке или неправильном хранении. Коробление может происходить из-за различия усушки по разным структурным направлениям. Различают поперечную и продольную покоробленность. Поперечная покоробленность бывает: желобчатая, трапециевидная, ромбовидная, овальная. Продольная покоробленность бывает по кромке, по пласти и крыловатость.

    Коробление может возникать при механической обработке сухих пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.

    Влагопоглощение – это способность древесины вследствие её гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воздуха. Влагопоглощение практически не зависит от породы. Сухая древесина, помещённая в очень влажную среду, сильно увлажняется, что ухудшает её физико-механические характеристики и снижает биостойкость. Для защиты древесины от влияния влажного воздуха, поверхность деревянных деталей и изделий покрывают лакокрасочными и плёночными материалами.

    Разбухание –это увеличение линейных размеров и объёма древесины при повышении в ней содержания связанной воды. Разбухание происходит при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде. Это - свойство, обратное усушке, и подчиняется, в основном, тем же закономерностям. Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперёк волокон, а наименьшее - вдоль волокон.

    Разбухание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединений (в бочках, чанах, судах, топорищах).

    Водопоглощение – это способность древесины увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с капельножидкой водой. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной воды и наибольшего количества свободной воды. Количество свободной воды зависит от объёма полостей в древесине, поэтому, чем больше плотность древесины, тем меньше её влажность, характеризующая максимальное водопоглощение.

    Способность древесины поглощать воду, а также другие жидкости важно в процессах варки древесины для получения целлюлозы, при пропитке её растворами антисептиков и антипиринов, при сплаве леса.

    Плотность. Это свойство характеризуется массой единицы объёма материала, и имеет размерность в кг/м3 или г/см3.

    а) Плотность древесинного вещества Рд.в., г/см, т.е. плотность материала клеточных стенок, равна: Рд.в. = Мд.в. / Vд.в., где Mд.в. и Vд.в. - соответственно масса, г, и объем, см3, древесинного вещества.

    Этот показатель равен для всех пород 1,53 г/см3, поскольку одинаков химический состав клеточных стенок древесины.

    б) Плотность абсолютно сухой древесины P0 равна: P0 = M0 / V0, где M0, V0 - соответственно масса и объём древесины при W=0%.

    Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества, так как учитываются пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненные воздухом).

    Относительный объём полостей, заполненных воздухом, характеризует пористость древесины П: П = (V0 - Vд.в.) / V0 * 100, где V0 и Vд.в. - соответственно объём образца и содержащегося в нём древесинного вещества при W=0%. Пористость древесины колеблется в пределах от 40 до 80%.

    в) Плотность влажной древесины: Pw = Mw / Vw, где Mw и Vw - соответственно масса и объём древесины при влажности W. Плотность древесины зависит от её влажности. При влажности W меньше Wпн плотность изменяется незначительно, а при увеличении влажности выше Wпн наблюдается значительный рост плотности древесины.

    г) Парциальная влажность древесины P`w характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объёма влажной древесины: P`w = M0 / Vw, где M0 - масса абсолютно сухой древесины, г или кг; Vw - объем, см3 или м3, древесины при данной влажности W.

    д) Базисная плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца M0 к его объёму при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок Vmax: Pб = M0 / Vmax. Этот основной показатель плотности, который не зависит от влажности, широко используется для оценки качества сырья в деревообработке, целлюлозно-бумажной промышленности и в других случаях.

    Величина плотности древесины изменяется в очень широких пределах. Среди пород России и ближнего зарубежья древесину с очень малой плотностью имеет пихта сибирская (345), ива белая (415), а наиболее плотную - самшит (1040), ядро фисташки (1100). Диапазон изменения плотности древесины иностранных пород шире: от 100-130 (бальза) до 1300 (бакаут). Значения плотности здесь и ниже даны в килограммах на метр кубический (кг/м3).

    По плотности древесины при 12% влажности породы делятся на 3 группы:
    малая плотность Р12 < 540,
    средняя плотность 550 < P12 < 740,
    высокая плотность P12 > 740.

    Проницаемость – это способность древесины пропускать жидкости или газы под давлением.

    Водопроницаемость древесины вдоль волокон значительно больше, чем поперёк волокон, при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных.

    3.Тепловые свойства

    К тепловым свойствам относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.

    Теплоёмкость. Показателем способности древесины аккумулировать тепло является удельная теплоёмкость С, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того чтобы нагреть 1 кг массы древесины на 1 градус цельсия. Удельная теплоёмкость для всех пород одинакова. С увеличением влажности теплоёмкость увеличивается.

    Теплопроводность – свойство, характеризующее интенсивность переноса тепла в материале. Коэффициент теплопроводности, с увеличением температуры, влажности и плотности увеличивается. Вдоль волокон теплопроводность в 2 раза больше, чем поперёк.

    Температуропроводность характеризует способность древесины выравнивать температуру по объёму.

    Тепловое расширение - способность древесины увеличивать линейные размеры и объём при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз меньше, чем у металла, бетона, стекла.

    4.Электрические свойства

    Электропроводность – это способность древесины проводить электрический ток, которая находится в обратной зависимости от электрического сопротивления.

    Сухая древесина относится к диэлектрикам. С повышением влажности древесины сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение ( в десятки миллионов раз) сопротивления наблюдается при увеличении содержания связанной воды. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки или сотни раз. Этим объясняется снижение точности определения влажности электровлагомерами в области, выше Wпн.

    Электрическая прочность - способность древесины противостоять пробою, т.е. снижению сопротивления при больших напряжениях.

    Диэлектрические свойства характеризуют поведение древесины в переменном электрическом поле. Показатели: диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь.

    Диэлектрическая проницаемость равна отношению ёмкости конденсатора с прокладкой из древесины к ёмкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Этот показатель для сухой древесины равен 2-3.

    Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует долю подведённой мощности тока, которая поглощается древесиной и превращается в тепло.

    Пьезоэлектрические свойства проявляются в том, что под действием механических усилий на поверхности древесины возникают электрические заряды.

    5. Звуковые свойства

    Одно из этих свойств - звукопроводность, показателем которой являются скорость звука. Скорость звука С, м/с, в древесине можно определить по формуле: C = (E / p), где Е - динамический модуль упругости, Н/м2; р - плотность древесины, кг/м3.

    Другой важный показатель, характеризующий способность древесины отражать и проводить звук, - акустическое сопротивление, Па*с/м:
    R = p * C.

    6. Свойства древесины, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений

    Поверхностные зоны древесины могут эффективно прогреваться с помощью невидимых инфракрасных лучей. Лучи видимого света проникают в древесину значительно глубже - до 10-15 см. По характеру отражения световых лучей оценивается наличие видимых пороков древесины. Световое лазерное излучение прожигает древесину и используется для выжигания деталей сложной конфигурации.

    Ультрафиолетовые лучи проникают гораздо хуже в древесину, но вызывают свечение - люминесценцию, которое может быть использовано для определения качества древесины.

    Рентгеновские лучи используются для определения особенностей тонкого строения древесины, выявления скрытых пороков и в других случаях.

    Из ядерных излучений можно отметить бета-излучения, которые используются при денсиметрии растущего дерева. Гораздо шире могут применятся гамма-излучения, которые глубже проникают в древесину и используются при определении её плотности, обнаружении гнилей в рудничной стойке, конструкциях и т.д.

     Диэлектрические свойства древесины

    Древесина, находящаяся в переменном электрическом поле, проявляет свои так называемые диэлектрические свойства, которые характеризуются двумя показателями. Первый из них – диэлектрическая проницаемость ε. Этот показатель численно равен отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Второй показатель – тангенс угла диэлектрических потерь tgδ, определяет долю подведенной мощности, которая вследствие дипольной поляризации древесины поглощается ею и превращается в теплоту. При этом вектор тока опережает вектор напряжения на угол меньший, чем 90°. Угол δ, дополняющий угол сдвига фаз до прямого, и называется углом диэлектрических потерь. Чем больше рассеиваемая мощность, тем больше угол δ.Плотность акации

     Диэлектрическая проницаемость основных компонентов древесинного вещества (целлюлозы и лигнина) всего лишь в 2 раза больше диэлектрической проницаемости воздуха (ε воздуха равно 1). Поэтому диэлектрическая проницаемость абсолютно сухой древесины сравнительно мало зависит от ее плотности. Диэлектрическая проницаемость поперек волокон абсолютно сухой древесины средней плотности составляет примерно 1,8...2,2. Вдоль волокон диэлектрическая проницаемость в 1,5...2 раза больше, чем поперек.

    С повышением влажности древесины диэлектрическая проницаемость увеличивается, так как ε воды равняется 81  Такая зависимость ε от W наблюдается в широком диапазоне исследованных частот. При постоянной влажности древесины увеличение частоты приводит к снижению диэлектрической проницаемости.

     Тангенс угла диэлектрических потерь древесины зависит от ее плотности. Поскольку потери в древесинном веществе значительно выше, чем в воздухе, с увеличением плотности древесины tgδ возрастает. Так же, как и диэлектрическая проницаемость, tgδ вдоль волокон примерно в 2 раза больше, чем поперек (разницы между тангенциальным и радиальным направлением практически не наблюдается). Повышение частоты влияет на величину tgδ.

    При исследовании диэлектрических свойств в широком диапазоне частот от 3•102 до 109 Гц, были обнаружены весьма сложные зависимости tgδ от частоты при разной влажности древесины. Так, например, для древесины бука вдоль волокон при влажности 12 % с повышением частоты tgδ вначале резко падает, достигает минимума при частоте 105 Гц и затем также резко возрастает.

     

    Механические свойства древесины

        Свойства лесоматериалов

    К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твёрдость, жёсткость, ударная вязкость и другие.

    Прочность — способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

    Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.

    Вертикальные статические нагрузки — это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, её определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кг с/см2).

    Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангенциальном направлении. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.

    Чаще всего древесина работает на сжатие, например, стойки и опоры. Сжатие вдоль волокон действует в радиальном и тангенциальном направлении (рис. 1).

    Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см2. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

    Прочность древесины при растяжении поперёк волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперёк волокон. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.Плотность древесины формула
    Рис. 1. Испытание механических свойств древесины на сжатие: а — вдоль волокон; б — поперек волокон — радиально; в — поперек волокон — тангенциально.

    Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперёк волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твёрдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

    Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2.

    Прочность древесины при сжатии поперёк волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперёк волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

    Древесину испытывают на сжатие поперёк волокон в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных — наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.Плотность древесины таблица
    Рис. 2. Испытание механических свойств древесины на изгиб.

    Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.Плотность древесины      Рис. 3. Сдвиг древесины: а — вдоль волокон; б — перпендикулярно волокнам.

     

    Рис. 4. Сдвиг деталей: а — обыкновенный; б — двойной.

    Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

    Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочноПлотность акациисти при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.

    Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

    Таблица плотности древесиныРис. 5. Направление сил в деревянной конструкции, находящейся под нагрузкой: 1 — сдвиг на скалывание; 2 — сжатие; 3 — растяжение; 4 — изгиб; 5 — сжатие.

    Твёрдость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие — торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твёрдые — торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твёрдые — торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

    Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

    Основные свойства древесины

    Деревянное здание, несмотря на его «древность», достаточно технологично. Длительность его эксплуатации от 50 до 100 лет. Срок службы во многом зависит от регулярности и правильности ухода за древесиной. Хороший бревенчатый дом практически не требует отделки. Это немаловажно, ведь обычно стоимость отделочных работ соизмерима с затратами на возведение основной конструкции сооружения. К тому же дерево обладает свойствами, которые не только делают его технически и функционально пригодным для применения в строительстве, но и побуждают испытывать симпатию к самому материалу.

    Все породы деревьев подразделяют на хвойные и лиственные (единой классификации в мире не существует - во многих странах она отличается от принятой у нас). Свойства древесины определяются ее строением. Это необходимо знать и учитывать для правильной обработки данного природного материала и идентификации отдельных пород.

    Древесина имеет волокнистую структуру. Выделяют три главных среза: поперечный, или торцовый, - поперек волокон; радиальный - вдоль оси ствола и тангенциальный - по плоскости вдоль ствола, отстоящий на любом расстоянии от оси. В центральной части ствола расположена сердцевина. У хвойных пород деревьев ее диаметр равен 2-3 мм, а у некоторых лиственных может достигать 8-10 мм.

    Древесина нарастает вокруг сердцевины концентрическими окружностями - годичными слоями, которые имеют неоднородное строение: раннюю (ближе к сердцевине) и позднюю (ближе к коре) части. Первая (у хвойных она более светлая, у лиственных - более пористая) нарастает весной и в начале лета, когда в почве много влаги, вторая - в конце лета и осенью. Ширина годичных слоев зависит от возраста дерева, условий роста, породы. Они хорошо различаются почти у всех хвойных и некоторых лиственных растений.

    У одних пород древесина однородного светлого цвета (ольха, береза, граб), у других - более темная в центральной части (дуб, лиственница, сосна). Темная часть ствола - это ядро, светлая периферическая - заболонь. Первая состоит из мертвых клеток, вторая - из живых.

    На поперечном разрезе древесины можно увидеть светлые, часто блестящие, направленные от центра к коре линии - сердцевинные лучи. У самшита, березы, осины и всех хвойных пород они очень узкие, практически незаметные; у клена, вяза, ильма, липы - узкие, трудно различимые; у бука, дуба (настоящие широкие) и у граба, ольхи, лещины (ложноширокие - пучки сближенных узких лучей) - хорошо видимые невооруженным глазом.

    На радиальном разрезе сердцевинные лучи представляют собой блестящие полоски, или ленты, расположенные поперек волокон, на тангенциальном - штрихи с заостренными концами или чечевицеобразные полосы, расположенные вдоль волокон. У хвойных сердцевинных лучей в два-три раза меньше, чем у лиственных. На радиальном разрезе древесины дуба, бука, платана, граба, ольхи они создают очень красивый рисунок.

    На поперечном разрезе лиственных пород видны отверстия - сечения сосудов, проводящих влагу. Если крупные сосуды расположены сплошным кольцом в ранней древесине, а мелкие собраны группами в поздней, то такая древесина называется кольцесосудистой. Породы, у которых крупные и мелкие сосуды распределены равномерно по всему годичному слою, называются рассеянно-сосудистыми.Плотности древесины

    Цвет древесины определяют находящиеся в полостях клеток дубильные, смолистые и красящие вещества. Он может быть белым, красным, оранжевым, розовым, желтым, фиолетовым, коричневым, черным, серым со множеством оттенков в зависимости от породы, возраста дерева, места и условий его произрастания, режима хранения древесины. Полностью окраска проявляется лишь после отделки поверхности, нанесения на нее прозрачного покрытия. Без обработки цвет меняется.

    Текстура - естественный рисунок на срезе древесины. Она зависит от породы дерева и направления среза: торцовый дает концентрические окружности, радиальный - продольные полосы, тангенциальный - извилистые линии. Текстура влияет на декоративные качества материала и определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске ранней и поздней частей, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, расположением волокон. У хвойных и мягких лиственных пород текстура более простая, чем у твердых. Лиственные дают красивый рисунок на радиальном и тангенциальном срезах, хвойные - на тангенциальном. Особенно интересная текстура у карельской березы и сибирской лиственницы.

    Плотность древесины, то есть отношение ее массы к объему, зависит от породы, влажности (прямо пропорциональна), условий произрастания дерева. Даже на различных участках одного и того же ствола она может не совпадать. Породы условно делят на три группы: малой плотности (до 540 кг/куб. м) - сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, ива, ольха; средней плотности (550-740 кг/куб. м) - лиственница, тис, береза, бук, вяз, груша, дуб, ильм, клен, яблоня, ясень; высокой плотности (750 кг/куб. м и выше) - акация белая, береза железная, граб, самшит, кизил, рябина. От плотности древесины зависит ее прочность, которая меняется в пределах годичных слоев: поздний слой в два-три раза прочнее раннего.

    Влажность (абсолютная) древесины - это отношение массы воды, находящейся в данном объеме, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Различают мокрую, длительное время пролежавшую в воде (влажность свыше 100%), свежесрубленную (50-100 %), воздушно-сухую, долгое время хранящуюся на воздухе (15-20%, в зависимости от климатических условий и времени года), камерной сушки (8-12%) и абсолютно сухую (О %) древесину.

    Перемена влажности влечет за собой изменение объема и линейных параметров заготов¬ки - ее усушку или разбухание. Неодинаковое уменьшение или увеличение размеров в разных направлениях и различных частях ствола может привести к короблению и растрескиванию изделий. Трещин бояться не надо. В течение первого года в процессе усушки бревно начинает интенсивно растрескиваться по всей поверхности. После этого определяется и расширяется основная трещина, которая, как правило, проходит в месте нарушения годовых колец (район теплового замка или компенсационного пропила), а почти все остальные трещины стягиваются. Бревно в большинстве случаев опять становится ровным и гладким.

    При поперечном короблении изменяется форма соответствующего сечения заготовки. При продольном из-за разницы в усушке по радиальному и тангенциальному направлениям заготовка изменяется по длине, изгибаясь и приобретая форму дуги и винтовой поверхности (крыловатость). Больше подвержена деформации та часть ствола, которая располагается ближе к сердцевине. Лучшее средство против коробления - правильная укладка и хранение.

    При выборе материала необходимо учитывать его механические свойства.

    Твердость - это способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. Она зависит от плотности древесины и неодинакова по различным направлениям. Например, твердость торцовой поверхности среза ствола лиственных деревьев выше тангенциальной и радиальной на 30%, хвойных - на 40%. К мягким породам относятся ель, сосна, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан, ива; к твердым - лиственница, береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач (берест), платан, рябина, клен, грецкий орех, ясень, яблоня; к очень твердым - акация белая, граб, кизил, самшит, береза железная, фисташковое дерево, тис.

    Твердость древесины зависит от многих факторов: климатических особенностей, доли поздней древесины в годичных слоях, места произрастания дерева, времени заготовки. Например, повышение влажности на 1%уменьшает торцовую твердость на 3%, а тангенциальную и радиальную - на 2%. Увеличение количества поздней древесины повышает плотность и улучшает механические свойства материала. Сосны, выросшие на сухом месте (прямые высокие стволы), тверже укоренившихся на болотистом грунте.

    Прочностью называют способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы под действием внешних нагрузок. Различают пределы прочности (моменты разрушения образца) при сжатии, растяжении, изгибе, кручении, сдвиге. Их значения во многом зависят от направления волокон в детали, подвергающейся нагрузке. Так, предел прочности на сжатие и на растяжение поперек волокон ниже, чем вдоль, примерно в 8 и 20 раз соответственно.

    Раскалываемость - это способность древесины разделяться (расщепляться) вдоль волокон под действием клина и нагрузки. Данное свойство необходимо учитывать при подготовке тонкоствольного материала, при выборе деталей, соединяемых гвоздями и шурупами. У лиственных пород сопротивление раскалыванию по радиальной плоскости меньше, чем по тангенциальной, поскольку в первом случае сердцевинные лучи, совпадая с плоскостью раскола, облегчают расщепление. У хвойных пород все наоборот - раскалывание быстрее происходит по тангенциальной плоскости (по менее прочной ранней древесине). 

    Таблица плотности древесины

     Плотность материала характеризуется отношением массы тела к объему, поэтому плотность древесины должна представлять собой именно объемную массу, а не объемный вес древесины (как это до сих пор встречается в справочной и учебной литературе). Дело в том, что значение «веса» не может быть постоянным для разных географических точек Земли (зависит от ускорения свободного падения). Следовательно, принципиально неправильно характеризовать свойство древесины переменным показателем.Плотность (раньше применялся термин «удельный вес») древесинного вещества, которое образует оболочки клеток, мало зависит от породы; это объясняется практически одинаковым химическим составом древесины различных пород. Относительная плотность древесинного вещества представляет собой безразмерную величину, равную отношению плотности рд совокупности веществ, слагающих клеточную оболочку, к плотности воды при 3,98° С:

    Плотность древесины таблица Имеются различные способы определения величины d. Например, этот показатель можно установить путем погружения очень тонких (микротомных) срезов древесины в раствор азотнокислого кальция разной концентрации; плотность раствора, в котором срезы останутся во взвешенном состоянии, будет равна плотности древесинного вещества. В зависимости от способа определения значения d несколько различаются. По данным различных авторов, d находится в пределах 1,499—1,564 и в среднем принимается равной 1,54. Плотность древесины определяется по формуле:Плотность древесины

    где pw — плотность древесины при данной влажности W, кг/см3; mw — масса образца древесины при влажности W, кг; Vw — объем древесины при влажности W, м3.

     

    Для экспериментального определения плотности древесины используют образцы в виде прямоугольной призмы основанием 20X20 мм и высотой (вдоль волокон) 30 мм. Массу образца можно установить единственным методом — взвешиванием на рычажных весах. Взвешивание проводится на весах с точностью до 0,001 г. Объем образца может быть определен двумя способами: по трем линейным измерениям (ширине, толщине и высоте) и специальным прибором — объемомером. Кроме того, необходимо установить влажность образца в момент испытаний и иногда коэффициент объемного разбухания. Для этого приходится образец доводить в сушильном шкафу до абсолютно сухого состояния и измерять его массу (иногда объем).

     

    Для определения объема по первому методу ширину и толщину образца измеряют посередине высоты, а высоту — между центрами оснований. Измерение проводят каким-либо мерительным инструментом (микрометром, штангенциркулем, прибором с индикаторами часового типа и т. д.) с точностью до 0,01 мм. Объем образца равняется произведению полученных трех величин и выражается в долях кубического метра. Вполне очевидно, что точность определения объема образца по описанному способу зависит от тщательности изготовления образца и может снижаться, если образец по форме отличается от прямоугольного параллелепипеда. При использовании объемомера образец может иметь любую форму, так как прибор основан на измерении объема несмачивающей древесины жидкости после погружения в нее образца. Объем образца вычисляется с точностью 0,01 см3 по формуле:

    Плотность акации

    где п — цена одного деления круговой шкалы на обойме.

    Подставив найденные значения mw и Vw в формулу, плотность вычисляют с точностью до 1 кг/м3. Плотность существенно зависит от влажности древесины. В справочной литературе обычно приводятся данные о плотности древесины при влажности 15% (p15). Иногда в расчетах участвуют значения плотности древесины в абсолютно сухом состоянии. Часто приходится оперировать данными о плотности и при других значениях влажности. Указанные показатели можно определить непосредственно экспериментальным путем по массе и объему образца, соответствующей заданной влажности.

    Однако часто бывает достаточно определить плотность при любой влажности ниже или выше предела гигроскопичности, а затем, используя пересчетные формулы, получить сначала значение р15, а затем искомую величину плотности при заданной влажности. Если в момент испытаний влажность образца находилась в диапазоне от нуля до предела гигроскопичности (т. е. до 30%) по любому найденному значению плотности можно вычислить плотность при влажности 15% по формуле:

     

    Таблица плотности древесины

    где p15 — плотность древесины при влажности 15%; pw — плотность древесины в момент испытаний; W — влажность образца, изменяющаяся в диапазоне от 0 до 30%; Кр.об — коэффициент объемного разбухания, %. Принимая в среднем для древесины белой акации, березы, бука, граба и лиственницы Kр. , равным 0,6, получим из формулы следующее выражение:

    Плотности древесины

    Для остальных пород при Кр.об, равном 0,5, плотность р15 можно вычислить но формуле:

    Плотность древесины таблица

    Формулы используются в том случае, если в процессе испытаний не определяется точного фактического значения коэффициента разбухания. Если влажность древесины в момент испытаний составляет более 30%, для пересчета найденной плотности к p15 используют следующие формулы: для древесины белой акации, березы, бука, граба и лиственницы:

    Плотность древесины

    для древесины остальных пород:

    Плотность акации

    Для многих расчетов очень удобно иметь характеристику плотности древесины, не зависящую от ее влажности,— условную плотность древесины. Условная плотность древесины определяется по формуле:

    Таблица плотности древесины

    где mо — масса образца древесины в абсолютно сухом состоянии, кг; Vmax — объем образца при влажности выше предела гигроскопичности, м3.

    Экспериментальным путем условную плотность древесины определяют на образцах (20X20X30 мм), выпиленных из предварительно выдержанных в воде (до приобретения максимального объема) заготовок. Измеряют длину, ширину и толщину каждого образца и на основании этих данных определяют Vmax. Затем образцы сушат и устанавливают массу в абсолютно сухом состоянии— mо. Подставив найденные значения в формулу, вычисляют русл с точностью до 1 кг/м3. Величина условной плотности очень близка к величине плотности древесины в абсолютно сухом состоянии. Соотношение между этими показателями выражается формулой:

    Плотности древесины

    где У — полная усушка. Условную плотность древесины белой акации, березы, бука, граба и лиственницы можно вычислить также, если известно значение p15 по формуле:

    Плотность древесины таблица

    Условную плотность остальных пород — по формуле:

    Плотность древесины

    Величина плотности древесины различных пород изменяется в очень широких пределах: среди наших пород древесину с очень малой плотностью имеет пихта сибирская (380), ива белая (420) и др., а наиболее плотную — самшит (970), береза железная (980), саксаул (1050) и ядро фисташки (1110). По плотности древесины при 15% -ной влажности все наши породы можно разделить на три группы:

    породы малой плотности (плотность 550 и менее); к этой группе из хвойных пород относятся сосна, ель (все виды), пихта (все виды), кедр (все виды), можжевельник обыкновенный, из лиственных — тополь (все виды), липа (все виды), ива (все виды), осина, ольха черная и белая, каштан посевной, орех белый, серый и маньчжурский, бархат амурский;

    породы средней плотности (плотность 560—750); в эту группу входят из хвойных пород лиственница (все виды) тисс, из лиственных — береза бородавчатая, пушистая, желтая и черная, бук восточный и европейский, вяз, груша, дуб летний, восточный, болотный, монгольский, ильм, карагач, клен (все виды) , лещина, орех грецкий, платан, рябина, хурма, яблоня, ясень обыкновенный и маньчжурский;

    породы высокой плотности (плотность 760 и выше): акация белая и песчаная, береза железная, гледичия каспийская, глоговина, гикори белый, граб, дзельква, дуб каштанолистный и араксинский, железное дерево, земляничное дерево, кизил, маклюра, саксаул белый, самшит, фисташка и хмелеграб.

    Среди иноземных пород есть как с очень малой (например, бальза из тропической зоны Южной Америки, 100—130), так и с очень высокой плотностью (например, бакаут с плотностью 1350). Средние значения плотности p15 и русл для наиболее распространенных пород приведены в табл. 19.

    Таблица 19. Средние значения плотности р15 и русл.

    Порода

    Плотность p15 кг/м3

    Условная плотность Русл кг/м3

    Порода

    Плотность p15 кг/м3

    Условная Русл кг/м3

    Лиственница

    670

    520

    Клен

    700

    550

    Сосна обыкновенная

    510

    400

    Ясень обыкновенный

    690

    550

    Ель

    450

    360

    Бук

    680

    530

    Кедр (сосна кедровая)

    440

    350

    Вяз

    Береза

    660

    640

    520

    500

    Пихта сибирская

    380

    300

    Орех грецкий

    600

    470

    Граб

    810

    630

    Ольха

    530

    420

    Акация белая

    810

    630

    Осина

    500

    400

    Груша

    720

    570

    Липа

    500

    400

    Дуб

    700

    550

    Тополь

    460

    360

    Есть более подробные таблицы плотности древесины с указанием вида древесной породы и района ее произрастания. Приводимые в них данные представляют собой средние показатели, вычисленные по сильно изменчивым величинам.

    Иногда необходимо определить пористость древесины, характеризующую объем внутренних пустот (полостей клеток, межклеточных пространств), выраженный в процентах от объема древесины в абсолютно сухом состоянии. Зная относительную плотность древесинного вещества (1,54) и плотность древесины в абсолютно сухом состоянии ро, можно подсчитать величину пористости П по формуле:

    Плотность акации

    С увеличением плотности от 300 до 800 кг/м3 пористость снижается от 81 до 55%.

    Похожие товары

    Изображение
    Зависимость свойств древесины от влажности
    Дерево является природным материалом, восприимчивым к колебаниям температуры и влажности. К ее основным свойствам относится гигроскопичность, то есть способность изменять влажность в соответствии с окружающими условиями. Говорят, что древесина "дышит", то есть поглощает пары воздуха (сорбция) или выделяет их (десорбция), реагируя на изменения в микроклимате помещения. Поглощение или выделения...
    Отзывы :0шт.
    Где купить древесину? Выбор древесины для дома из дерева и его основные моменты. Выбор древесины для строения рубленых домов
    Есть такая проблема у любителя в Москве, да и других городах. Где купить древесину для изделий, а большинство торговых организаций ориентированы на профессионалов. Кто-то расположен у черта на куличках, кто-то работает строго в будни с 10 до 18, кто-то не берет наличные, кто-то продает только большими объемами. На этой странице собран в основном мой небольшой опыт покупки древесины в Москве в...
    Отзывы :0шт.
    Древесина эвкалипта - ценнейший материал. Его свойства и характеристики. Изделия из эвкалипта. Что за дерево Эвкалипт?
    Одно из замечательнейших качеств эвкалипта - его редкая способность осушать заболоченные земли. Предполагают, что из-за этого он и получил свое название: "эвкалипт" в дословном переводе - "хороший воздух".
    Отзывы :0шт.
    Древесины - натуральный строительный материал и отличный материал для использования в разных сферах.
    Заготовки - это доски и бруски, прирезанные применительно к заданным размерам и качеству древесины, используемой для изготовления деталей с припусками на механическую обработку и усушку.
    Отзывы :0шт.
    Преимущества конструкции домов из оцилиндрованного бревна. Дома из оцилиндрованного бревна.
    Одним из самых популярных строительных материалов используемых при строительстве домов и коттеджей, являются оцилиндрованые бревна. Дома, построенные из таких бревен, будут теплыми, поскольку бревна обладают низкой теплопроводностью, и высокой теплоемкостью. Оцилиндрованые бревна - это очень надежный и добротный материал, защищённый от пожаров и плесени специальным составом.
    Технология...
    Отзывы :0шт.