Основные физико-механические свойства древесины

Строение древесных материалов. Макроструктура древесины

Строительным материалом является только определенная часть ствола дерева — древесина. Дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны (совокупность ветвей, листьев, хвои). Ствол составляет 70...90% от всего объема дерева и имеет слоисто-волокнистую структуру, т. е. анизотропное строение.

Строение древесины изучают на трех разрезах ствола — поперечном или торцевом, радиальном, проходящем через ось ствола, и тангенциальном, параллельном оси ствола.

Древесина состоит из концентрически расположенных годичных слоев. Каждый годичный слой представлен ранней (весенней) и поздней (летней) древесиной. Ранняя древесина образуется весной и в начале лета, поздняя — летом и в начале осени. Чередуясь, ранняя и поздняя древесина создают слоистость в строении дерева. Летняя древесина является более плотной, чем весенняя.

Главным показателем механических свойств, древесины является ее прочность, способность противостоять расщеплению при воздействии внешних сил. Для определения технологичности очень важным показателем будет твердость, т.е. сопротивляемость обработке различным инструментом. Пластичность является также важным показателем технологичности, т.к. это свойство древесины изменять свою форму без признаков разрушения в процессе гнутья. Пластичность предполагает сохранение древесиной приданной гнутьем формы после снятия нагрузки. Упругость же, наоборот, предполагает восстановление первоначальной формы после снятия внешней нагрузки. Большое значение имеют плотность древесины, влажность, показатели усушки, разбухания, теплопроводности. Рассмотрим их подробнее:

1. Плотность.

При условии влажности не более 12% по показателям плотности древесину можно разделить на следующие группы:

· высокой плотности... 750 и выше

· средней плотности... 550 - 740

· малой плотности... 540 и ниже

(плотность основных пород приведена в таблице 1, в приложении).

2. Влажность.

Свойство древесины, характеризующее количество содержащейся в ней влаги. Структура древесных волокон такова, что влага лучше всего проникает через торцевые поверхности. Влага, находящаяся в полостях клеток и межклеточном пространстве, называется свободной, а в клеточных стенках - связанной или гигроскопической. Под относительной влажностью подразумевается соотношение массы заключенной в ней влаги к массе сухой древесины.

По степени влажности древесина может быть:

· абсолютно сухой (влажность равна 0%)

· комнатно-сухой (влажность от 8 до 15%)

· воздушно-сухой (влажность от 16 до 20%)

· полусухой (влажность от 21 до 23%)

· сырой (влаги более 23%)

· свежесрубленной (влажность от 40 до 75%)

· мокрой (влажность более 75%)

(в таблице 2, в приложении, приведены показатели средней влажности древесины в свежесрубленном состоянии).

3. Теплопроводность.

Способность древесины проводить тепло от одной поверхности к другой. Теплопроводность зависит от ее влажности и объемного веса. Влажная древесина имеет более низкий коэффициент теплопроводности. Вес древесины зависит от породы: хвойные имеют меньшую плотность, а следовательно, и меньшую теплопроводность. Превосходство по теплопроводности дерева над кирпичом очевидно, поскольку кирпичные стенки толщиной 510 мм (в два кирпича) обладают такими же термоизоляционными свойствами, как и стена из деревянного бруса толщиной 100 мм, а по стоимости эти материалы несравнимы. К тому же, деревянные стены "накапливают" тепло и распределяют его по всему помещению. В таком доме будет тепло даже в самый лютый мороз.

4. Звукопроводность.

Свойство дерева проводить звук. Звук в различных направлениях распространяется с неодинаковой интенсивностью. Звукопроводность древесины вдоль волокон в 4-5 раз выше, чем поперек волокон.

5. Усушка.

Уменьшение общего объема древесины из-за испарения из нее влаги. Усушка прямо пропорциональна степени уменьшения влажности древесины. В различных направлениях древесина усыхает неодинаково. При уменьшении влажности от 30 до 0% усушка составляет следующие величины: вдоль волокон - 0,1%, по радиальному направлению - от 4 до 8%, по тангенциальному - от 8 до 12%.

6. Разбухание.

Процесс, обратный усушке. Высокая гигроскопичность является причиной того, что древесина хорошо впитывает влагу, при этом она разбухает, увеличивается в объеме, в результате чего небольшие трещины исчезают. Избыток влаги в древесине ухудшает ее физико-механические свойства. При сушке влага испаряется очень медленно. Повышенная влажность готового изделия приводит к изменению его геометрических размеров, короблению, что резко снижает ее качество.

Пороки древесины.

Недостатки отдельных участков древесины, снижающие ее качество и ограничивающие возможность ее использования, называют пороками древесины. Они могут быть следствием неправильного роста древесины, разрушения ее тканей грибками, насекомыми, механическим воздействием, а также вызваны неправильным хранением. В соответствии с ГОСТ 2140-81 все пороки древесины делят на 9 групп:

трещины;

сучки;

пороки формы ствола;

пороки строения древесины;

химические окраски;

грибные поражения;

биологические повреждения;

инородные включения, механические повреждения и пороки обработки;

покоробленности.

Сучки представляют собой основание ветвей в стволе. По разным признакам (расположению, форме, степени срастания с древесиной, состоянию древесины сучка и др.) они делятся на 27 разновидностей. Это основной сортоопределяющий порок древесины почти во всех сортиментах и деталях из древесины. Сучки снижают показатели механических свойств и не только из-за области, ими занятой, а из-за искривления волокон вокруг них. Однако в отдельных случаях сучки увеличивают прочность, например при скалывании вдоль волокон в тангентальном направлении.

Трещины — это продольные разрывы древесины, возникающие, как правило, под действием внутренних напряжений, превосходящих предел ее прочности при растяжении поперек волокон. Трещины по типам, положению в сортименте, глубине и ширине распространения делятся на 17 разновидностей. Влияние трещин на свойства древесины зависит от положения их по отношению к действующим силам и видам нагрузки.

В группу пороков формы ствола входят сбежистость, закомелистость, овальность, наросты и кривизна. Диаметр ствола деревьев постепенно от комля к вершине уменьшается. Такое уменьшение называется сбегом. Если диаметр резко уменьшается, это считается пороком.

Сбежистость — порок древесины, при котором диаметр ствола дерева уменьшается более, чем на 1 см на каждый метр высоты ствола.

Закомелистость — это резкое увеличение диаметра нижней части ствола. Она затрудняет использование материала, увеличивает количество отходов, вызывает появление наклона волокон в пиломатериалах.

Овальность — форма поперечного сечения торца круглого ствола дерева, у которого больший диаметр не менее чем в полтора раза превышает меньший.

Овальность увеличивает количество отходов при лущении.

Нарост — местное утолщение ствола дерева, которое может быть гладким или с неровной поверхностью и свилеватым строением древесины, которое называют капами. Наросты считают условным пороком. В древесине, применяемой как конструкционный материал, — это порок. Для художественной отделки мебели свилеватые капы — ценная часть древесины.

Кривизна — это искривление ствола дерева по длине. Она уменьшает полезный выход пиломатериалов и шпона.

К группе пороков строения древесины относятся следующие пороки.

Наклон волокон — это отклонение направления от продольной оси бревна или пиломатериала. Наклон волокон может быть тангентальный, хорошо видимый на цилиндрической поверхности окоренного бревна (он связан со спиралеобразным расположением волокон в растущем дереве) и радиальный, вызванный сбегом ствола и хорошо заметный на радиальных распилах пиломатериалов. Радиальный наклон волокон зависит от строения древесины и от направления плоскостей пропилов относительно направления волокон при раскрое. Этот порок древесины снижает прочность пиломатериала, увеличивает усушку вдоль волокон и приводит к крыловатости при сушке. Качество механической обработки заготовок из древесины с наклоном волокон ухудшается.

Свилеватость — это извилистое или беспорядочное расположение волокон. Свилеватость снижает прочность при растяжении, сжатии и изгибе и повышает прочность при скалывании и ударном изгибе. Она создает красивую текстуру и высоко ценится при декоративной отделке, поэтому ее считают условным пороком.

Завиток — местное искривление волокон (чаще всего около сучков). Снижение прочности древесины зависит от размеров и формы завитка и площади материала, занятого им.

Крень — ненормально усиленное развитие поздней зоны древесины. Образуется она в сжатой зоне изогнутых стволов хвойных пород древесины. У лиственных пород подобное строение, встречающееся в растянутой зоне искривленных или наклоненных стволов, называется тяговой древесиной.

Глазки — следы неразвившихся в побег (заросших в древесину) спящих почек.

Засмолок — участок древесины, обильно пропитанный смолой. Обычно засмолок образуется в результате ранения ствола хвойных пород древесины. Засмоленная древесина более стойка к загниванию, но хуже отделывается и склеивается.

Кармашек — полость внутри ствола, заполненная смолой. Встречаются кармашки у хвойных пород древесины, чаще всего у ели. Из открытого кармашка на поверхности пиломатериалов смола вытекает, образуя полости. При малых размерах деталей и больших размерах кармашка прочность древесины снижается на 10-15% при растяжении и сжатии вдоль волокон.

Прорость — это омертвевший участок древесины или коры, частично или полностью заросший в стволе дерева. Прорость нарушает целостность древесины и сопровождается искривлением годичных слоев.

Пороки строения древесины: а – косослой; б – свилеватость; в – завиток; г – крень; д – внутренняя заболонь; е – двойная сердцевина; ж – пасынок; з – прорость; и – засмолок.

Природные каменные материалы.

Что представляют собой природные каменные материалы? Все они являются строительными камнями и подразделяются на две основные группы: материалы, используемые в первоначальном природном виде — рыхлые каменные материалы (например, песок, гравий) и материалы, пригодные для строительных целей лишь после соответствующей механической обработки (распиловка, шлифовка, дробление и др.) — массивные горные породы (например, гранит, известняк, мрамор). Из камней второй группы получают пиленый стеновой, облицовочный, дорожный (бортовой, брусчатка и др.) материал, кровельную плитку.

Основные показатели изделий из строительного камня — это средняя плотность, прочность и стойкость к различным условиям. По показателям средней плотности различают легкие и тяжелые камни. Легкие камни (плотность 1,8) имеют пористое строение, и поэтому могут быть использованы в виде штучного камня и блоков для стен зданий и щебня для легких бетонов. К ним относятся такие горные породы, как плотный известняк, доломит, травертин, гипсовый камень, пемза, вулканический туф, известняк пористый. Тяжелые (плотность выше 1,8) камни широко применяют для сооружения фундаментов, подпорных стен, плотин, волноломов, мощения земляных откосов, дорожных работ, декоративной облицовки и др. К тяжелым камням относятся гранит, диорит, сиенит, габбро, кварцит, лабрадорит, базальт, диабаз, андезит и породы средней твердости: мрамор белый и серый, мрамор цветной и мраморовидный известняк, песчаник.

Блоки и строительные камни применяются для кладки стен (наружных и внутренних) монументальных зданий, для фундаментов и стен подвалов. Естественный облицовочный камень применяется для покрытия внешних поверхностей зданий и сооружений, оформления интерьеров, изготовления архитектурно-строительных деталей (колонны, капители, пилястры, ступени и т.д.) и скульптур. В качестве облицовочных материалов используют граниты, сиениты, диориты, габбро, кварцит, андезит, мраморы, травертин, известняки, туфы, доломиты, сланцы, песчаники.

Для облицовки камень применяется как в необработанном виде — пластины неправильной формы с рваными краями, так и в виде плит. Облицовочные плиты в зависимости от метода изготовления делят на плиты тесаные и плиты пиленые. Пиленые плиты легче получить, поэтому они значительно дешевле тесаных. При обработке поверхности плиты ей придают ту или иную фактуру. В зависимости от приемов обработки камня (скалыванием или абразивная) установлены стандартные виды внешней поверхности каменных изделий: бугристо-скальная — скол с крупными чередующимися буграми и впадинами на поверхности без следов их получения; рифленая — рельефная с правильным чередованием гребней и впадин до 2 мм; бороздчатая — равномерно шероховатая с прерывистыми бороздками глубиной от 0,5 до 1 мм; точечная — равномерно шероховатая с точечными углублениями от 0,5 до 2 мм. Обработка абразивными материалами дает следующие фактуры: пиленую — неравномерно бороздчатую с бороздками глубиной до 2 мм; шлифованную — равномерно шероховатую с рельефом глубиной до 0,5 мм; лощеную — гладкую, бархатисто-матовую с выявленным рисунком камня; зеркальную — гладкую с зеркальным блеском. Основные требования, выдвигаемые к плитам — однородность построения горных пород, используемых для их изготовления, прочность, устойчивость к выветриванию, хорошая обрабатываемость, отсутствие трещин.

Брусчатка — это колотые и тесаные бруски камня, имеющие форму параллелепипеда с прямоугольной лицевой поверхностью. Брусчатку изготавливают из таких горных пород, как базальт, диабаз, гранит, имеющих прочность на сжатие не ниже 100 МПа и обладающих хорошей обрабатываемостью. Используют для мощения улиц, площадей, дорожек.

Кровельную плитку изготавливают из кровельных сланцев путем раскалывания и обрезки, а иногда — из слоистых песчаников. Готовые плитки из сланцев называют природным шифером — это самый долговечный кровельный материал. Срок его службы исчисляется сотнями лет.

Камень для внутренней и наружной отделки, мощения, кладки фундаментов, подпорных стен, сооружения водоемов, альпийских горок, плиты для облицовки, художественные изделия из гранита, мрамора, известняка, доломита, песчаника, сланца, андезита, порфирита, туфа, травертина и др.

Дата добавления: 2014-11-16