Древесина обладает целым рядом физических и механических свойств, о которых непременно нужно знать для успешного её использования в строительных целях. Попробуем рассмотреть наиболее важные характеристики данного материала.
Начнём же освещение темы с такого вопроса, как физические свойства древесины, (физическими они называются потому, что определить их можно с помощью обычных физических способов: внешнего осмотра образца дерева, а также различных его измерений).
Естественно, оценивая древесину, в первую очередь обращают внимание на её внешний вид – цвет, блеск, текстуру и иные легко различимые невооруженным глазом особенности.
Текстура древесины – это рисунок, получаемый при её обработке и зависящий от различных факторов. Так, к примеру,текстура одних пород особенно красиво смотрится в тангенциальном разрезе (это, касается, в первую очередь, хвойных деревьев), а других (допустим, дуба) – в радиальном. В некоторых случаях пороки строения древесины могут придать её текстуре интересный и оригинальный вид – завиток, свилеватость, глазки.
Что касается цвета древесины, то он, как и, впрочем, текстура, особенно важен, когда деревянные изделия планируется оставить в натуральном виде, покрыв их лишь лаком для защиты от влияния окружающей среды. Стоит сказать, что без этой меры дерево со временем приобретёт серый оттенок. Материал также может стать темнее (вплоть до чёрного), если древесина какое-то время пробыла в воде.
На насыщенность цвета древесины влияет её происхождение (выросшие в южных районах деревья имеют более яркую древесину), условия хранения, возраст. Расцветку же, соответствующую определённой породе, можно посмотреть в специальных каталогах.
Блеск – это способность материала отражать свет. Хорошим блеском может похвастаться плотная древесина дуба, бука, ильмы, клёна, белой акации, платана.
Запах дерева – довольно непостоянная характеристика, ибо срубленная древесина со временем перестаёт сильно пахнуть, так как эфирные масла и другие летучие вещества испаряются. Некоторые породы деревьев (например, можжевельник и дуб) обладают весьма характерным запахом, который сложно спутать с запахом других растений.
Следующие важные физические свойства древесины и её характеристики – это влажность, гигроскопичность, водопоглощение, плотность
Влажность определяется содержанием на 100 граммов абсолютно сухого материала воды (тоже в граммах) и выражается в процентах. По степени влажности древесина бывает:
- абсолютно сухая (0% влажности);
- комнатно-сухая (8-12%) – влажность в 12% является стандартной;
- воздушно-сухая (15-20%)
- свежесрубленная (влажность свежесрубленной древесины более 35%)
- мокрая (100% влажность).
Влага, содержащаяся в древесине, может быть свободной (то есть заполнять пространство между клетками и внутри них) либо гигроскопичной (в этом случае вода содержится в стенках клеток). Если образец дерева подвергнуть сушке, то во время исследования под микроскопом можно заметить, что при высыхании сначала исчезает свободная вода, а уж затем только гигроскопическая. Если же говорить об обратном процессе, то влага, находящаяся в воздухе, проникает только в стенки клеток, заполнение же водой пространства между ними возможно лишь при непосредственном контакте материала с жидкостью. Способность древесины поглощать влагу из воздушной среды, называется гигроскопичностью, а её способность впитывать воду во время прямого соприкосновения с ней– водопоглощение. Для насыщения водой твёрдых пород дерева требуется больше воды, чем для насыщения мягких.
Когда древесина разбухает под действием жидкости, её линейные размеры увеличиваются неравномерно, при усушке те же процессы происходят в обратную сторону: так, наиболее сильно усушка и разбухание заметны в тангенциальном направлении, чуть менее в радиальном, и совсем малозаметны вдоль волокон материала. Все эти моменты и отрицательно влияют на деревянные изделия – при усушке и разбухании может иметь место коробление (изменение формы предметов из дерева).
Следующий параметр, который мы рассмотрим – это плотность древесины. Влажность здесь играет существенную роль – при увеличении влажности материала плотность его увеличивается.
Характеризуют древесину с данной точки зрения две величины – значение истинной плотности и значение средней плотности. Истинная плотность постоянна и для древесины она равняется 1,54 г/см3 (определяют её путём соотношения массы твёрдого вещества к его объёму без пустот). Средняя плотность древесины находится также как отношение массы материала к объёму, но в данном случае в объём включаются и всевозможные пустоты и поры внутри осматриваемого образца. Существует немало параметров, от которых зависит плотность древесины, влажность же в этом списке стоит на одном из первых мест. Именно поэтому общепринято проводить измерения плотности при стандартной влажности в 12%.
Средняя плотность древесины варьируется в довольно широких пределах и для удобства материал по её значениям подразделяют на три группы:
- породы с малой плотностью (средняя плотность древесины – 510 кг/м3 );
- породы со средней плотностью (средняя плотность древесины находится в промежутке от 550 до 740 кг/м3);
- породы с высокой плотность (средняя плотность древесины – выше 750 кг/м3).
Древесина с высокой плотностью легка в обработке и хорошо эксплуатируется, поэтому она более ценится, чем её аналоги с меньшей плотностью.
Следующие физические свойства древесины, о которых необходимо знать специалистам – её пористость, тепло- , звуко- и электропроводность.
Пористость древесины определяется объёмом пустот внутри материала и выражается в процентах от объёма древесины, находящейся в полностью сухом состоянии.
Теплопроводность характеризуется способностью древесины проводить через себя тепло, величина эта низкая из-за значительной пористости материала.
Звукопроводность древесины (её способность проводить через свою толщу звук) различается в зависимости от направления движения звука: вдоль волокон он движется быстрее, в радиальном направлении – медленнее, в тангенциальном направлении звук вообще плохо проводится.
Электропроводность – способность древесины оказывать сопротивление электрическому току. Данный параметр, как правило, невелик и зависит от породы дерева, его температуры, влажности, направления волокон у древесины.
А теперь рассмотрим механические свойства древесины – именно эти характеристики материала ответственны за его сопротивление воздействию внешних сил.
Прочность характеризуется способностью древесины не разрушаться под влиянием механических сил. Зависит она, как и многие другие механические свойства древесины, от целого ряда факторов: влажности материала, его плотности, направления волокон, действующей силы. Пороки строения древесины также оказывают существенное воздействие на уровень её прочности.
Следует сказать, что прочность при сжатии вдоль волокон гораздо выше, чем при сжатии волокон поперёк – в первом случае допустимая нагрузка может приближаться к 40-60 МПа, во втором она в раз восемь ниже.
Предел прочности при растяжении древесины также вдоль волокон больше (но уже не в восемь, а в целых 10-20 раз) и равняется он приблизительно 1200 кг/см2. Пределом прочности древесины на изгиб является сумма пределов прочности на растяжение и сжатие, ибо с одной стороны образец древесины растягивается, а с другой – сжимается.
Упругость – это возможность восстановления древесиной исходной формы после того, как на неё перестанет действовать нагрузка. Зависит значение упругости от влажности материала, его возраста, а также от того, сколько и каких сердцевидных лучей в образце. Самая упругая древесина – это древесина с большой плотностью, зрелая, прямослойная и ядровая.
Пластичность – данное свойство древесины является противоположным упругости. Усиливает пластичность деревянных предметов их нагревание и смачивание водой. Очень пластичные породы – ясень, дуб и бук.
Раскалываемость – свойство древесины, благодаря которому она расщепляется вдоль своих волокон при воздействии клина.
И, наконец, заканчивая рассказывать про механические свойства древесины, необходимо упомянуть ещё такой важный параметр, как твёрдость (свойство древисины сопротивляться при проникновении в него твёрдых тел).
По твёрдости древесину принято делить на три группы:
-
- мягкая древесина (тополь, пихта, липа, осина);
- твёрдая (вяз, клён, берёза, яблоня, лиственница, бук);
- очень твёрдая (граб, самшит, кизил, акация белая).
