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.