Строительные материалы и изделия

ВАЖНЕЙШИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Физические свойства. Влажность и гигроскопичность. По содержа­нию влага различают мокрую древесину с влажностью до 100 % и ■юнее; свежесрубленную — 35 % и выше; воздушно-сухую — 15...20 %; і омиатно-сухую — 8...12 % и абсолютно сухую древесину, высушенную in постоянной массы при температуре 103 ± 2° С. Стандартной • читают влажность древесины 12 %, при которой определяют и срав­нивают ее свойства.

Иода в древесине может находиться в двух состояниях — свободном и физически связанном.

Свободная или капиллярная вода заполняет полости клеток и

■ оеудов и межклеточное пространство. Связанная или гигроскопическая мода находится в стенках клеток и сосудов древесины в виде тончайших і идратных оболочек на поверхности мельчайших элементов, слагаю­щих стенки клеток.

Влажность древесины, когда стенки клеток насыщены водой (пре - и'льное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточ­ные пространства свободны от воды (отсутствие капиллярной воды), называют пределом гигроскопической влажности или точкой насыще­ния волокон. Для древесины различных пород она находится в пределах ні 23 до 35 % (в среднем 30 %).

Древесина, имея волокнистое строение и большую пористость (от '■0 до 80 %), обладает огромной внутренней поверхностью, которая наивно сорбирует водяные пары из воздуха. Влажность, которую приобретает древесина в результате длительного нахождения на воздухе

■ постоянной температурой и влажностью, называется равновесной. Между равновесной влажностью древесины и параметрами окружаю­щего воздуха (относительной влажностью и температурой) существует определенная зависимость. Эта зависимость выражена в форме диаг­раммы на рис. 3.8.

Г игроскопическая вода, покрывая поверхность мельчайших частиц н стенках клеток водными оболочками, увеличивает и раздвигает их. При этом объем и масса древесины увеличиваются, а прочность снижается. Свободная вода, накапливаясь в полостях клеток, сущест­венно не изменяет расстояния между элементами древесины и поэтому почти не влияет на ее прочность и объем, увеличивая лишь массу и теплопроводность.

Усушка и разбухание. Как уже отмечалось, изменение влажности ирсвесины от 0 до предела гигроскопичности вызывает изменение ее линейных размеров и объема — усушку или разбухание, величина

которых зависит от количества испарив­шейся или поглощенной екувлаги и на - правления волокон (рис. 3.9). Вдоль волокон линейная усушка для большин­ства древесных пород не превышает 0,1%, в радиальном направлении — 3...6 %, а в тангентальком — 7... 12 %. Это сопро­вождается возникновением внутренних напряжений: в древесине, что может вы­звать ее коробление и растрескивание. Так, боковые края досок стремятся вы­гнуться в сторону выпуклости годовых слоев. Наибольшему короблению под­вержены доски, выполненные ближе к поверхности бревна, и широкие доски (рис. 3.10).

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

Средняя плотность древесины раз­ных пород и даже одной и той же породы зависит от

многих факторов, связанных с условиями роста дерева. У большинства древесных по­род плотность сухой древесины меньше 1000 кг/м3, т. е. меньше плотности воды. С изменением влажности средняя плотность древесины меняется, поэтому принято сравнивать плотность древесины при одной и той же стандартной влажности, равной 12 %.

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/(м • К), а в поперечном направлении — 0,17 Вт/(м • К)].

1 — вдоль волокон; 2 — в радиаль­ном направлении; 3 — в танген - тальном направлении; 4 — объемное

™ Стойкость древесины к действию

агрессивных сред. При длительном воз­действии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рII <2. Слабощелочные растворы поч­ти 11с разрушают древесину. В морской иоде древесина сохраняется значитель­но хуже, чем в пресной (речной, озер­ной) воде. 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 і) .30 % (рис. 3.11). 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 гйпйств древесины регламен-

шрованы соответствующими ГОСТами и описаны в лабораторной циботе № 4.

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 у 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.).

При скалывании вдоль волокон целостность самих древесных волокон не нарушается, а разрушение древесины происходит вследствие нару­шения сцепления между волокнами. Предел прочности при скалыва­нии вдоль волокон составляет 10...20 % от предела прочности при сжатии в этом же направлении.

При перерезании внешние силы направлены перпендикулярно во­локнам. Для разрушения древесины в этом случае необходимо разрезать волокна, что значительно трудней, чем расщепить. Поэтому предел прочности при перерезании в 3...4 раза выше, чем при скалывании.

Зависимость прочности от влажности. В связи с тем, что механиче­ские свойства древесины зависят от влажности (рис. 3.11), для полу­чения сравнимых результатов испытания прочность древесины при фактической влажности пересчитывают на прочность при стандартной 12 %-ной влажности. При фактической влажности 8...20 % пересчет производят по формуле

Rn = Rw[l + <x(W - 12)|, Г;

где R,2и Ли — предел прочности образцов соответственно при 12 %-ной

и фактической влажности W в момент испытаний; а — поправочный коэффициент на влажность, показывающий, насколько изменяется прочность при изменении влажности на 1 %. Значения а при сжатии и изгибе составляют 0,04, при смятии —0,035.

Основные физико-механические свойства древесины хвойных и лиственных пород, применяемых в строительстве, приведены в табл. 3.1 (средние значения при влажности 12 %).

Стандартные методы определения механических свойств на малых чистых» образцах позволяют сравнивать между собой прочность дре - игсины одной породы или разных пород и оценивать качество древе - ■ и мы из данного лесонасаждения.

Фактическая прочность строительной древесины в изделиях стандартных размеров (досок, брусьев, бревен), имеющих те или иные дефекты строения и другие особенности, существенно ниже стандартной прочности; поэтому при нормировании допускаемых напряжений (расчетных сопротивлений) устанавливают относи­тельно большие коэффициенты запаса.

Кроме того, при долговременном действии нагрузки разрушение дк-несины наступает при напряжениях меньших, чем при стандартных і' питаниях. Так, предел долговременного сопротивления при изгибе і и гавляет 0,6. ..0,65 от предела прочности при стандартном испытании.

При многократных нагружениях наблюдается усталость древеси­ны, Предел выносливости при изгибе равен в среднем 0,2 от статиче - кого предела прочности.