Свойства и пороки древесины

Истинная плотность древесины определяется совокупностью веществ, слагающих оболочку клеток. Так как клетки имеют схожее строение для всех пород, то истинная плотность древесины колеблется в пределах от 1490 до 1560 кг/м³.

Средняя плотность зависит от влажности и пористости породы. Значение средней плотности указывается применительно к нормальной 12%-ной влажности.

Влажность древесины существенно влияет на ее физико-механические свойства и в ряде случаев определяет ее пригодность. Вода в древесине может находиться в трех видах: в свободном состоянии, гигроскопическом и химически связанном. Свободная, или капиллярная, вода заполняет полости клеток и сосудов и межклеточное пространство; гигроскопическая вода находится в стенках клеток и химически связанная вода входит в химический состав веществ. По степени влажности древесину подразделяют на мокрую, свежесрубленную, воздушносухую, комнатносухую и абсолютно сухую. Мокрая имеет влажность свыше 100%, свежесрубленная - 35% и выше, воздушносухая - 15-20%, комнатносухая - 8-12% и абсолютно сухая - 0%.

За стандартную влажность условно принята влажность, равная 12%.

Гигроскопичностью называют способность древесины поглощать из воздуха парообразную воду. Противоположная характеристика гигроскопичности - влагоотдача - способность древесины отдавать воду в окружающую среду. Гигроскопичность и влагоотдача зависят от температуры и относительной влажности воздуха. Состояние древесины, когда в ней содержится только гигроскопическая вода и отсутствует капиллярная, называется точкой насыщения волокон, или пределом гигроскопичности. Для разных пород деревьев она составляет 25-35%.

Усушкой называют уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка не происходит при испарении свободной и начинается только при удалении гигроскопической воды. Усушка древесины в различных направлениях неодинакова. Вдоль волокон она составляет 0,1-0,3%, в радиальном направлении - 3-6 и в тангенциальном - 7-12%. Объемная усушка, выражаемая коэффициентом объемной усушки, составляет 0,2-0,75%.

Набуханием называют способность древесины увеличивать свои размеры при поглощении воды. Набухание вдоль волокон составляет 0,1-0,8%, в радиальном направлении - 3-5%, в тангенциальном - 6-12%. Усушка приводит к появлению щелей между деревянными элементами, образованию трещин.

Свойства древесины по разному изменять свои размеры при усушке и набухании приводит к короблению.

Теплопроводность древесины составляет 0,16-0,3 Вт/(м·°С). Вдоль волокон она в 1,8 раза выше, чем поперек.

Звукопроводность древесины вдоль волокон в 16 и поперек волокон в 3-4 раза выше звукопроводности воздуха. Вдоль волокон она составляет 5000, поперек волокон в радиальном направлении - 1450 и в тангенциальном - 850 м/с.

Важнейшей характеристикой древесины является прочность.

Показатели прочности древесины должны быть пере­считаны на влажность 12% (в случае необходимости - на влажность 15%). Прочность древесины понижается, когда ее влажность возрастает от 0 до 30 % (до предела гигроскопичности), при этом в интервале влажности 8-20 % понижение прочности пря­мо пропорционально приросту влажности

R₁₂ = R_w (1 + a(W-12))

где R _w - предел прочности образца с влажностью W в момент ис­пытания; R₁₂- то же, при влажности 12%; а - коэффициент сни­жения прочности древесины при увеличении ее влажности на 1 %.

Прочность древесины характеризуется пределами ее прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании. Кроме того, могут определяться условный предел прочности при местном смятии и предел прочно­сти при перерезании поперек волокон.

Пороки древесины

Сучки и трещины

Сучки - части ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон и затрудняют механическую обра­ботку. По состоянию древесины различают сучки здоро­вые, загнившие, гнилые и табачные. По степени сраста­ния сучки могут быть сросшиеся, частично сросшиеся, несросшиеся и выпадающие несросшиеся. По взаимному расположению выделяют три разновидности сучков: раз­бросанные, групповые и разветвленные.

Трещины представляют собой разрывы древесины вдоль волокон. Они нарушают целостность лесоматериалов, снижают их механическую прочность и долговечность.

Метиковые трещины - это радиально на­правленные трещины в ядре или заболони, отходящие от сердцевины. Они возникают в растущем дереве и увеличиваются в срубленном дереве при его вы­сыхании. Простые метиковые трещины состоят из одной или двух трещин, расположенных на обоих торцах брев­на в одной плоскости. Сложные метиковые трещины со­стоят из одной или нескольких трещин, расположенных на торцах бревна в разных плоскостях.

Морозные трещины образующиеся в растущем дере­ве, направлены радиально, проходят из заболони в ядро и имеют значительную протяженность по длине ствола дерева.

Трещины усушки, возникающие в срубленном дереве по мере его высыхания, тоже направ­лены по радиусу торцового среза. Они от­личаются от метиковых и морозных трещин меньшей глубиной и протяженностью (не более 1 м).

Отлупные трещины проходят между годичными слоями, возникая в растущем дереве, увеличиваются в срубленном дереве при его высушивании.

Пороки формы ствола

Сбежистость - это уменьшение диаметра круглых ле­соматериалов от толстого к тонкому концу, превышаю­щее нормальный сбег, равный 1 см на 1 м длины бревна. Сбежистость увеличивает отходы при распиловке и лущении бревен, обусловливает появление радиального наклона волокон в пиломатериалах и шпоне, а следовательно, и снижение прочности этих материалов.

Закомелистость проявляется в виде резкого увеличе­ния комлевой (нижней) части ствола дерева. Различают округлую и ребристую закомелистость со звездчато-ло­пастной формой поперечного сечения бревна.

Нарост - резкое местное утолщение ствола, име­ющее различную форму и размеры.

Кривизна - искривление продольной оси бревен, обу­словленное кривизной ствола дерева. Бывает простая и сложная кривизна характеризующаяся несколькими изгибами.

Пороки строения древесины

Наклон волокон - непараллельность волокон древе­сины продольной оси изделий (бревен, досок, брусьев и т. п.). Наклон увеличивает прочность древесины при раскалывании, но затрудняет ее механи­ческую обработку и снижает прочность пиломатериалов при растяжении и изгибе вследствие перерезания воло­кон древесины.

Крень - ненормальное утолщение поздней древеси­ны в годовых слоях; свойственно наклонно стоящим и искривленным деревьям.

Свилеватость - волнистое или беспорядочное расположение волокон дре­весины, чаще встречающееся у лиственных пород, преи­мущественно в комлевой части ствола.

Завиток - местное резкое искривление годовых слоев под влиянием сучков и проростей.

Сердцевина - узкая центральная часть ствола, со­стоящая из рыхлой древесной ткани; попадая в деревян­ные изделия, усиливает их растрескивание. Двойная сердцевина в виде двух сердцевин со своими системами годовых слоев увеличивает отходы при обработке дре­весины, усиливает ее растрескивание.

Пасынок - отмершая вторая вершина или толстый сук, пронизывающие ствол под острым углом к его про­дольной оси. Ухудшает однородность и механические свойства древесины.

Водослой - это участки ядра или заболони с ненор­мальной темной окраской, возникающие в растущем де­реве вследствие повышенной влажности этих участков. Этот порок нередко является причиной растрескивания и гниения древесины, снижения ударной вязкости при из­гибе.

Прорость в виде обросшего древесиной участка по­верхности ствола с омертвевшими тканями и отходящая от него радиальная трещина возникает в растущем де­реве при зарастании повреждений.

Рак - рана, возника­ющая на поверхности ствола растущего дерева вследствие жизнедеятельности грибков и бактерий. Сухобокость возникает в местах повреждений (заруба, ожога, ушиба и т. п.); представляет собой омертвевший участок ство­ла.

Засмолок -участок древесины, обильно пропитан­ный смолой; присущ только хвойным породам. Он сни­жает ударную вязкость и водопроницаемость, затрудня­ет отделку - лакировку, окраску. Смоляной кармашек в виде полоски, заполненной смолой, встречается у хвой­ных пород, чаще всего у ели. Препятствует лицевой от­делке и склейке древесины.

Химические окраски и грибные поражения

Неестественные окраски возникают в срубленном де­реве в результате химических и биохимических процессов, в большинстве случа­ев, вызывающих окисле­ние дубильных веществ. Бывают светлые и темные химические окраски, они не влияют на физико-ме­ханические свойства дре­весины, но могут портить внешний вид облицовоч­ных материалов.

Ядровая гниль, развивающаяся в растущем дереве под действием дереворазрушающих грибов, существенно снижает механические свойства и сортность древесины.

Наружная трухлявая гниль возникает вследствие пора­жения древесины дереворазрушающими грибами; на по­верхности пораженной древесины наблюдаются тяжи грибницы и плодовые тела, при этом пораженная древе­сина распадается на части и растирается в порошок.

Такие пороки, как плесень, грибные окраски (побурение заболони), ма­ло изменяют прочность древесины.

Прочие пороки

Червоточиной называ­ют ходы и отверстия, про­деланные в древесине на­секомыми.

Различают чер­воточину: 1) поверхност­ную - проникающую в древесину не более чем на 3 мм; 2) не­глубокую- проникающую не более чем на 15 мм в круглых лесоматериалах и не более чем на 5 мм - в пиломатериалах; 3)сквоз­ную- выходящую на две противоположные сторо­ны материала.

Инородные включения - это присутствующие в дре­весине посторонние тела недревесного происхождения (песок, камни, гвозди и т. п.).

Механические повреждения (заруб, запил, скол, вы­рыв и т. п.) являются следствием небрежного или неуме­лого применения механизмов и инструментов при обра­ботке древесины. Они не только снижают механическую прочность, но и затрудняют использование лесоматериа­лов по назначению.

Покоробленность - это искривление пиломатериала, возникающее при распиловке, сушке и хранении. Разли­чают простую, сложную покоробленность и крыловатость. Поскольку покоробленность изменяет форму пило­материалов, то она затрудняет их обработку и использо­вание по назначению.

 

Ащита древесины.

Ограничивает срок службы древесины ее способность гнить и гореть. Кроме того, древесину повреждают насекомые.

Стойкость древесины против гниения зависит от породы, ее строения и подразделяется на четыре класса:

I - стойкие: сосна, ясень, ядро дуба и лиственница;

II - среднестойкие: ель, пихта, периферийная часть кедра, заболонь лиственницы, центральная зона бука;

III - малостойкие: заболонь березы, бука, граба, дуба, клена;

IV - нестойкие: ольха, осина, заболонь липы, центральная зона березы.

Дереворазрушающие бактерии и грибы могут повреждать древесину. Это заболонная и ядреная гнили, побурение, грибные окраски и пр.

Гниение происходит при благоприятных условиях - влажности древесины 20-60% и температуре воздуха от +2 до +40 °С. При более низкой и высокой влажности и температуре древесина не гниет. Предохраняет древесину от гниения сушка, различные конструктивные приёмы, защищающие от увлажнения, антисептирование.

Важнейшим мероприятием, предохраняющим древесину от гниения, является сушка. Сушат древесину до транспортной влажности 18-25% или до эксплуатационной - 7-12%. Различают следующие виды сушки: конвективную, кондуктивную, диэлектрическую. В их основу положен характер теплообмена материала со средой.

Для предупреждения загнивания древесины принимают ряд конструктивных мер: изолируют ее от грунта, камня и бетона, устраивают специальные каналы для проветривания, защищают деревянные конструкции от атмосферных осадков, делают отливы у наружных оконных переплетов и т. п.

При применении древесины с влажностью более 20% и если нет возможности предохранить от увлажнения конструктивными приемами, ее пропитывают антисептиками - химическими веществами, консервирующими древесину.

Антисептики должны быть токсичными к грибам, но безвредными для людей и животных, в течение заданного срока не терять токсичные свойства, не ухудшать физико-механические свойства древесины.

К водорастворимым антисептикам относят фторид натрия, кремнефторид натрия, кремнефторид аммония, хлорид цинка, антисептический препарат ХМХЦ.

Фторид натрия - NaF - белый порошок высокой токсичности. Применяют в виде водного раствора 1,5-3%-ной концентрации для конструкций, не смачиваемых водой. При взаимодействии с известью, цементом, мелом, гипсом образует малотоксичный фтористый кальций.

Кремнефторид натрия - Mа₂SiF₆ - белый или светло-серый порошок с темноватым оттенком.

Кремнефторид аммония - (NaH₄)₂SiF₆ - порошок белого цвета без запаха. По токсичности превышает фторид натрия. Применяют в виде водного раствора 5-10%-ной концентрации. Легко вымывается водой.

Хлорид цинка - ZnCI₂ - порошок серого цвета или твердый прозрачный материал без запаха. Коррозирует металл. Применяют в виде раствора 5%-ной концентрации.

Антисептический препарат ХМХЦ - смесь бихромата натрия или калия, медного купороса и хлорида цинка в соотношении 2:1:7. Применяют в виде раствора 3-5%-ной концентрации.

К маслянистым антисептикам относят каменноугольное креозотовое и антраценовое масла, масло сланцевое, растворы пентохлорфенола в маслах.

Масло креозотовое - темно-коричневая жидкость с резким запахом. Является очень сильным антисептиком.

Масло антраценовое - зеленовато-желтая жидкость, получаемая из каменноугольного дегтя. Обладает сильным антисептическим свойством, имеет резкий запах.

Масло сланцевое - темно-коричневая жидкость с резким запахом фенола. Получают из горючих сланцев. Токсичность его ниже каменноугольных масел.

Маслянистые антисептики применяют для глубокой пропитки шпал, конструкций мостов, воздушных опор. Из-за резкого запаха и высокой токсичности их нельзя применять внутри жилых зданий, складов пищевых продуктов. Из-за огнеопасности не следует применять возле горючих мест..

Антисептирование древесины может выполняться следующими способами: поверхностное нанесение, пропитка в горячехолодных ваннах, автоклавах, обработка пастами

Защита древесины от насекомых. Поражают древесину насекомые-короеды, жуки-точильщики, жуки-усачи и их личинки. Они образуют ходы, называемые червоточиной. Короеды прокладывают извилистые борозды под корой дерева на небольшую глубину. Глубокие ходы прокладывают жуки-точильщики. Такую древесину не следует применять для изготовления несущих конструкций.

Основные способы борьбы с насекомыми при хранении древесины на складах - соблюдение санитарных норм и своевременное окуривание круглого леса. При обнаружении насекомых на складах и при ремонтных работах древесину обрабатывают инсектицидами - хлорофосом (диметилтрихлороксиэтил-фосфонатом техническим), хлороданом, хлорпикрином и др. Защищают древесину, обрабатывая ее путем пропитки, опрыскивания, опыления или окуривания.

Для предупреждения возгорания деревянных элемен­тов следует предусматривать соответствующие конструк­тивные меры: необходимо удалять дерево от источников нагревания; устраивать разделки из несгораемых мате­риалов (бетона, кирпича и т. п.), покрывать деревянные части слоем малотеплопроводного минерального мате­риала (асбестового, пористой штукатуркой и т. п.). Для предохранения от огня поверхность деревянных конст­рукций покрывают огнезащитными красочными состава­ми или пропитывают огнезащитными веществами - антипиренами