Основные показатели древесины
Основными показателями древесины являются плотность, влажность, тепло– и звукопроводность, коррозийная стойкость, а также цвет, блеск, запах и текстура.
Плотность древесины – это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см3 или кг/м3. Этот показатель зависит от породы древесины, возраста, условий роста, ее влажности. Нет необходимости подробно изучать данный показатель; достаточно знать, что древесина, отличающаяся большей плотностью, служит гораздо дольше и меньше подвержена необратимым изменениям, чем менее плотная (однако следует учесть, что для чистоты сравнительного анализа плотность древесины измеряют на образцах влажностью 15 %). Самая большая плотность у дуба, далее по убывающей следуют: ясень, клен, лиственница, бук, береза, сосна, липа, осина, ель и т. д.
Влажность лесоматериалов, используемых в строительстве и при изготовлении деревянных изделий, является показателем ее качества и долговечности. Различают следующие виды древесины:
– комнатно‑сухую (влажность 8–12 %);
– воздушно‑сухую искусственной сушки (влажность 12–18 %). Этот и предыдущий виды получают путем сушки пиломатериалов в сушильных камерах;
– атмосферно‑сухую естественной сушки (влажность 18–23 %). Ее получают в результате продолжительного хранения лесоматериалов, уложенных штабелями на прокладках в сухих проветриваемых помещениях или под навесом, без допуска воздействия прямых солнечных лучей;
– влажную (влажность более 23 %).
Чем меньше показатель влажности древесины, тем меньше она подвержена гниению. Однако не следует стремиться использовать материалы наименьшей влажности. Дело в том, что структура древесины очень гигроскопична: она легко отдает переизбыток влаги при повышении температуры и уменьшении влажности окружающей среды и с такой же легкостью впитывает влагу при снижении температуры и повышении влажности окружающей среды. Это неминуемо приводит: в первом случае – к усушке древесины (уменьшению ее размеров), во втором – к ее разбуханию (увеличению размеров).
И усушка, и разбухание изменяют размеры деревянной детали неодинаково в различных направлениях. В результате происходит коробление древесины, деформация деревянных конструкций, что в конечном итоге приводит их в негодность. Самый простой способ предупреждения коробления – применение древесины, влажность которой в момент использования соответствует эксплуатационной влажности.
Дерево хорошо удерживает тепло. Здоровая древесина способна распространять звук вдоль волокон: если после удара по комлевой части бревна, доски или бруса слышится чистый звенящий звук, это говорит о высоком качестве древесины; прерывистый, глухой звук свидетельствует о ее загнивании.
Коррозионная стойкость древесины очень важна для строений и изделий, изготовленных из нее, особенно тех, которые эксплуатируются в основном под открытым небом. Следует отметить, что хвойные породы более стойки к коррозии по сравнению с лиственными, поскольку хвойная древесина пропитана природными смолистыми веществами.
Цвет, блеск, запах и текстура являются физическими свойствами древесины, позволяющими визуально определить ее породу.
Цвет способен указать на качество: например, синеватая окраска хвойной древесины свидетельствует о начальной стадии загнивания (цвет здоровой сосны – от коричневато‑желтого в зонах, насыщенных смолой, до светло‑желтого; цвет ели – от светло‑желтого до белого). Черные и темно‑коричневые пятна на буковой древесине также являются признаком загнивания (цвет здорового бука – от желто‑бежевого до розовато‑бежевого).
Свидетельствовать о пороках древесины может и изменение запаха: если в помещении, где хранится древесина бука, ощущается стойкий запах прелой листвы, а запах в помещении, где хранятся сосновые лесоматериалы, затхлый – это явный признак процессов гниения.
Текстура древесины зависит от распила, а механическая прочность тех или иных досок или брусков – от вида разреза. Различают три вида разреза: поперечный (рис. 20), радиальный (рис. 21) и тангентальный.
Цвет, блеск и текстура имеют чисто декоративное значение.
Рис. 20. Строение ствола (поперечный разрез): 1 – лубяной слой коры; 2 – камбий; 3 – заболонь; 4 – ядро; 5 – сердцевина; 6 – сердцевидные лучи.
Рис. 21. Виды разрезов и текстуры древесины: 1 – поперечный; 2 – радиальный; 3 – тангентальный.
Механическая прочность древесины – это ее возможность противостоять различным статическим и динамическим нагрузкам. По направлению действия нагрузок различают прочность на сжатие, изгиб, скалывание (сдвиг), растяжение (рис. 22). При этом предел прочности древесины на сжатие и растяжение при направлении нагрузки вдоль волокон значительно выше, нежели при направлении нагрузки поперек волокон. Именно от них зависит прочность и долговечность ставен.
Рис. 22. Испытание древесины на прочность (направление нагрузки): 1 – вдоль волокон; 2 – поперек волокон радиально; 3 – поперек волокон тангентально.
Механическая прочность древесины зависит от ее физических свойств: увеличение влажности снижает прочность, а плотная древесина более прочна, чем легкая и рыхлая.
Пластичность – способность деревянной детали изменять форму под воздействием нагрузки и сохранять эту форму после снятия приложенной нагрузки. Это свойство имеет значение при изготовлении гнутых деталей: важно знать, что с увеличением влажности и температуры древесины ее пластичность увеличивается, поэтому детали, которые нужно выгнуть, обрабатывают горячей водой или паром. Высокой пластичностью (по убывающей) обладает древесина бука, вяза, дуба, ясеня. Хвойные породы древесины пластичностью, достаточной для сгибания деталей, не обладают вследствие прямолинейной структуры волокон.
Твердость древесины обусловлена ее способностью сопротивляться внедрению инородных тел. По этому признаку древесину разделяют на твердую – бук, дуб, клен, ясень, вяз, лиственница (самые твердые – самшит и акация) и мягкую – липа, ель, сосна, ольха. Твердость определяет еще одно механическое свойство древесины – ее износостойкость, способность противостоять трению. Чем тверже древесина, тем выше показатель ее износостойкости.