Свойства и качество древесины

Дома из дерева – это классика строительства. Дерево было традиционным материалом наших предков. В качестве строительного материала, дерево имеет множество важных характеристик и преимуществ. Легко соединяется шурупами или гвоздями, легко обрабатывается и отделывается. По плотности, прочности и другим свойствам может сравниваться с металлами.

Самой комфортной по санитарно-гигиеническим требованиям является хвойная древесина. Кроме того, она имеет низкую теплопроводность. Хвойные породы подходят больше, чем лиственные по той причине, что имеют более правильную форму ствола и меньше подвержены загниванию. Основные свойствами древесины, которые определяют ее использование как строительного материала:

— прочность дерева;
— плотность;
— стойкость к растрескиванию;
— стойкость против гниения;
— износостойкость дерева;
— низкая сучковатость;
— невысокая твердость материала;
— высокая колкость;
— легкость.

Прочность древесины зависит от породы дерева, его плотности, влажности и наличием пороков. Влажность древесины бывает свободной и связанной. Свободная влажность легко испаряется из дерева. А вот связанная влага, наоборот, испаряется медленно и долго. Для того чтобы высушить эту влагу, не прибегая при этом к помощи спецтехнологий, может понадобиться несколько лет. Прочность древесины напрямую зависит от количества связанной влаги, чем меньше влаги, тем оно прочнее. Когда же количество такой влаги менее 30%, влажность перестает оказывать влияние на прочность древесины.

Кроме того, есть еще одно различие между свободной и связанной влагой. Оно заключается в том, что при испарении свободной меняется только вес дерева, а при испарении связанной изменяется объем, то есть происходит усушка. Уменьшение объема древесины при ее усушки неодинаково по длине и ширине — в толщину больше, чем в длину.

В зависимости от усушки древесины ее разделяют на три группы:

— малоусыхающая: ель, пихта, кедр, белый тополь, сосна;
— среднеусыхающая: дуб, вяз, бук, осина, ясень, черный тополь, мелколистная липа;
— сильноусыхающая: клен остролистный, граб, лиственница, береза.

При сушке дерева влага испаряется неравномерно. Испарение начинается с внешних слоев древесины, а после — из внутренних. Впоследствии такого неравномерного испарения влаги в древесине возникает внутреннее напряжение, растягивающее ее на поверхности и сжимающее внутри, в результате чего на дереве могут проявиться трещины.

Способность удерживать внутри металлические изделия связана с плотностью и влажностью древесины. То есть, чем больше плотность древесины, тем выше сопротивление выдергиванию гвоздя или шурупа. Влажность, также, облегчает забивание гвоздей в древесину.

Твердость древесины — это ее способность сопротивляться проникновению в нее твердых тел. По степени твердости дерево разделяют на три группы:

— мягкие породы: сосна, ель, кедр, пихта, осина, липа, ольха, тополь;
— твердые породы: береза, бук, вяз, лиственница сибирская, ясень, ильм, карагач, клен, яблоня;
— очень твердые породы: граб, кизил, самшит, акация белая, береза.

Износостойкость древесины — это ее способность противостоять разрушению в процессе трения. Износостойкость зависит от твердости и плотности древесины, чем они выше, тем ниже изнашиваемость.

Гниль в дереве возникает в результате жизнедеятельности различных бактерий и грибков, которые паразитируют в древесине и приводят ее в не пригодность.

Сучковатость древесины — это наличие зародышей ветвей — сучков. Сучковатость дерева нарушает однородную структуру полотна, понижает его прочность и затрудняет обработку.

Легкость — это свойство древесины, которое определяет вес дерева. Это одно из важнейших качеств древесины, особенно для строительства. Оно определяет легкость ее использования.

Механические свойства древесины

Показатели механических свойств древесины определяют обычно при следующих видах испытаний:

— растяжении;
— сжатии;
— изгибе;
— сдвиге.

Поскольку древесина — анизотропный материал, т.е. материал с различными свойствами в разных направлениях, указывают направление действия нагрузок: вдоль или поперек волокон (в радиальном или тангенциальном направлении). Из-за сопротивления древесины внешним нагрузкам в ней возникают внутренние силы. Эти силы, отнесённые к единице площади сечения (1 см2) называются напряжениями.

Максимальное напряжение, предшествующее разрушению тела, называют пределом прочности. Предел прочности определяют на малых, чистых и не имеющих пороках образцах в лабораториях на испытательных машинах. Эти образцы имеют базисное сечение с размерами 20х20 мм и должны включать не менее 4—5 годичных слоёв. Некоторые виды испытаний производят на образцах, сечение которых отличается от указанного. Применение древесины в качестве конструкционного материала обусловлено способностью сопротивляться действию усилий, т.е. механическими свойствами.

Различают следующие свойства древесины, проявляющиеся под воздействием механических нагрузок:

— прочность — способность сопротивляться разрушению;
— деформативность — способность сопротивляться изменению размеров и формы;
— технологические и эксплуатационные свойства.

Таблица. Коэффициенты качества древесины

Материал	Плотность (объемная масса), кг/м3	Растяжении	Сжатии
Ель	445	2,315	1,000
Лиственница	660	1,894	0,977
Дуб	690	—	0,833
Бук	670	1,836	0,828
Ясень	680	2,132	0,868
Береза	630	2,667	0,873

Износостойкость древесины. Способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.

Уникальным свойством древесины, как отмечалось выше, является способность удерживать крепления: гвозди, шурупы, скобы, костыли и др. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.

Технологическая операция гнутья древесины основана на её способности сравнительно легко деформироваться при действии избегающих усилий. Способность гнуться выше у кольцесосудистых пород — дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых — бука; хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие образования замороженных деформаций при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.