Что относится к физическим свойствам древесины влажность плотность

Физические свойства древесины

Испытания, которые не приводят к изменению химического состава древесины, выявляют ее физические свойства. К физическим относят следующие свойства древесины. Физические свойства древесины:

Рассмотрим каждое из физических свойств древесины более подробно.

Внешний вид древесины

К внешнему виду, в разрезе физических свойств древесины относят следующие:

Влажность древесины

Отношение массы воды, содержащейся в древесине к массе сухой древесины является физическим показателем влажности древесины. Влажность древесины вычисляют прямым и косвенным методами.

К косвенному методу относится измерение кондуктометрическим электровлагомером, который определяет электропроводность древесины. Использование косвенного метода экономит время, но его показания могут иметь погрешность до 30%.

Прямые методы занимают значительно больше времени для измерения влажности. Суть прямых методов заключается на выделении тем или иным образом воды из древесины, при высушивании, например.

Вода, содержащаяся в древесине различают по двум типам — связанную, находящуюся в клеточных стенках и свободную, находящуюся в полостях клеток и межклеточных пространствах. Свободная вода удаляется легче, чем связанная.

Поры древесины

Показатель нормализованной влажности составляет 12%, если нет примечаний.

Физические свойства древесины. По степени влажности различают

Усушка древесины

При удалении связанной воды происходит уменьшение объема древесины и линейных размеров. Это свойство и называют усушка. Усушки не вызывает удаление свободной воды. Большее количество клеточных стенок на единицу объема древесины, способствует более сильной усушке.

Без участия внешних нагрузок, в древесине возникает внутреннее напряжение, которое образуется при неодинаковых изменениях объема древесины.

В поверхностных зонах доски влажность ниже, чем в центре. Поэтому из-за того что свободная сушка стеснена, возникают напряжения «растягивающие». При этом внутри доски возникают сжимающие напряжения.

Если будет достигнут предел прочности на растяжение поперек волокон, растягивающего напряжения, на древесине появятся трещины. Внутренние и поверхностные.

Коробление древесины

Коробление древесины различают поперечную и продольную. Под термином «коробление» понимают изменение формы пиломатериалов.

Коробление может происходить при выпиловке, неправильном хранении, при несимметричном строгании,ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных направлений. Чаще всего при сушке. Из-за усушки по разным структурным направлениям.

Покоробленность делят на два вида: продольная (по кромке, по пласти и крыловатость) и поперечная

Покоробленности древесины

Влагопоглощение древесины

Влагопоглощение из окружающего воздуха древесиной не зависит от породы. Способность к влагопоглощению это отрицательная характеристика древесины. Поэтому изделия и постройки из дерева покрывают различными пленочными и лакокрасочными материалами.

Увлажненная древесина становится хуже, ухудшаются ее механические характеристики и биостойкость.

Разбухание древесины

При повышении в древесине связанной воды происходит изменение объема и линейных размеров, которое происходит при нахождении древесины в воде или на влажном воздухе.

Поперек волокон древесина разбухает больше, чем вдоль волокон. Разбухание, в целом, отрицательное свойство, но полезно для обеспечения плотности соединений элементов, например в бочках, судах.

Водопоглощение древесины

Древесина способна увеличивать свою естественную влажность при непосредственном контакте с водой. Количество свободной воды зависит от объема полостей. Чем больше плотность древесины, тем меньше ее влажность и тем больше у нее водопоглощение.

Для получения целлюлозы и при пропитке древесины растворами антисептиков и протрав, способность поглощать влагу является важным и весьма полезным.

Бумажная фабрика

Плотность древесины

Плотность древесины выражается в кг/м3 или г/см, характеризуется массой единицы объема материала.

Для оценки качества сырья в деревообработке, основным показателем плотности является базисная плотность. Базисная плотность выражается отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения стенок клеток древесины.

По плотности древесину разделяют на три группы (при 12 процентной влажности):

Проницаемость древесины

Степень проницаемости определяют, выявляя способность древесины пропускать газы или жидкости под давлением

Тепловые свойства древесины

Тепловые свойства древесины складываются из трех показателей:

Звукопроводность древесины

Скорость распространения звука в древесине определяет ее звукопроводность. Самая низкая звукопроводность в тангентальном направлении волокон. Самая высокая звукопроводность у древесины наблюдается вдоль волокон, средняя – в радиальном направлении.

В 16 раз звукопроводность древесины в продольном направлении превышает звукопроводность воздуха. В поперечном в 4 раза. Это свойство называют резонированием звука. Используется при изготовлении музыкальных инструментов

Электропроводность древесины

Способность древесины проводить электрический ток. Эта способность древесины находится в обратной зависимости от электрического сопротивления.

Сухую древесину относят к диэлектрикам. Сопротивление уменьшается с повышением влажности древесины.

В десятки миллионов раз снижается сопротивление при увеличении связанной воды в древесине.

Диэлектрические свойства древесины

Диэлектрические свойства характеризуют поведение древесины в переменном электрическом поле.

Диэлектрическая проницаемость равна отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами

Под действием механических усилий на поверхности древесины возникают электрические заряды проявляются пьезоэлектрические свойства древесины.

Источник

Физические и механические свойства древесины

К физическим свойствам древесины относятся: ее внешний вид, характеризуемый цветом и текстурой, запах, гигроскопичность, вес, теплопроводность, звукопроводность и электропроводность. Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних СИЛ. К ним относятся: прочность, твердость, упругость, гибкость, хрупкость, раскалываемость и гвоздимость.

Физические свойства древесины

По цвету древесины можно судить о ее состоянии; так, например, появление на древесине бурых или синих пятен и полос свидетельствует о наличии грибковых заболеваний.

Текстурой древесины называют характерный и свойственный лишь данной породе рисунок на поверхности продольного или поперечного разреза ствола.

Для древесины, используемой в плотничных работах, цвет и текстура дерева не имеют практического значения, однако в столярно-отделочных работах, при изготовлении мебели, паркета и т. п. древесина с красивыми цветом и текстурой ценится высоко.

Запах древесины также является отличительной особенностью породы дерева; так, например, характерный, присущий только этим породам дерева запах имеет древесина сосны, березы, осины. Кроме того, изменение запаха древесины является одним из признаков появления грибов. Запах древесины важен для лесоматериалов, идущих на изготовление тары для пищевых и косметических товаров.

Гигроскопичностью называется способность материала легко поглощать влагу из воздуха и отдавать ее в сухую воздушную среду. Древесина является пористым материалом: общий объем пор для разных пород составляет от 30 до 80% объема древесины, причем величина и форма пор различны. Вследствие большой пористости гигроскопичность древесины велика.

Это часто является причиной деформации изделий (коробления, появления трещин и т. п.). Поэтому стремятся понизить гигроскопичность древесины путем окрашивания поверхностей изделий масляной краской, лаком, эмалями и другими негигроскопичными составами. Следует иметь в виду, что покрытие древесины нужно периодически повторять, так как защитная способность покрытий с течением времени уменьшается.

Влажностью называется степень насыщенности материала влагой. Вследствие пористости и гигроскопичности древесины влажность ее может колебаться в значительных пределах. Влажность понижает прочность древесины, повышает ее способность к загниванию и др. Поэтому использовать для изготовления деревянных наземных конструкций древесину, имеющую влажность выше 25%, запрещается. Для определения влажности древесины образец ее высушивают до постоянного веса, определяют вес испарившейся воды, делят эту величину на вес высушенного образца и умножают на 100. Если образец до высушивания весил 230 г, а после высушивания 200 г, то влажность его будет:
Влажность, определенная таким путем, носит название абсолютной в отличие от относительной влажности, определяемой путем деления потери веса на вес влажного образца.

По степени влажности древесину различают:

В результате неодинаковой усушки древесины в радиальном и тангентальном направлениях, а также из-за неравномерности высыхания возникает коробление и растрескивание древесины.

На рис. 2, а показано, в каких направлениях меняются после сушки размеры и формы заготовок, выпиленных из разных частей ствола.

Так как усушка в тангентальном направлении больше, чем в радиальном, то боковые края досок стремятся подняться в сторону выпуклости годичных слоев, следовательно, выпуклость доски при короблении всегда будет обращена в сторону сердцевины. Срединная доска не коробится, но по краям становится тоньше. Широкие доски коробятся больше, чем узкие. Так как в большинстве случаев волокна в дереве не параллельны оси ствола, доски могут перекашиваться винтообразно; это явление носит название крыловатости, или продольного коробления (рис. 2, б). При быстром испарении влаги с поверхности бревна, доски или бруска наружный слой уменьшается в объеме. При этом сближению клеток мешают прилегающие сырые внутренние слои, в результате чего происходит разрыв или растрескивание древесины. Трещины обычно расположены в радиальном направлении. Наибольшее количество радиальных трещин наблюдается в торцах бревна, доски или бруса, так как через торцы происходит наиболее быстрое испарение влаги.

При изготовлении деревянных конструкций и изделий также следует принимать ряд мер, например: использовать для обшивки стен более узкие доски; при настилке дощатых полов прибивать вначале не все доски, а каждую пятую и лишь nocлe окончательного высыхания их сплачивать и прибивать все; для уменьшения коробления плоскостей-из досок соединять последние в шпунт и гребень, а смежные доски в щитах располагать сердцевинной частью в разные стороны.

Усушка древесины связана с ее гигроскопичностью, поэтому Меры, принимаемые для уменьшения гигроскопичности древесины, ведут также и к уменьшению ее усушки.

Вес

Объемный вес древесины зависит от ряда причин и в первую очередь от ее строения: чем толще оболочки клеток и чем меньше их внутренние полости, тем выше объемный вес древесины. Поэтому объемный вес служит косвенным показателем прочности и других механических свойств древесины.

Так как растущее дерево является живым организмом, то даже для одной и той же породы объемный вес может колебаться в довольно значительных пределах, в зависимости от условий роста и развития дерева. Кроме того, объемный вес древесины зависит и от части ствола, откуда взят образец. Поэтому для оценки объемного веса принимают обычно средний объемный вес древесины.

Говоря об объемном весе древесины, всегда необходимо указывать, к какой влажности он относится, вследствие того, что содержание влаги может доходить до 100% и более по отношению к весу сухой древесины.

В табл. 1 приведены данные о среднем объемном весе наиболее распространенных в строительстве пород деревьев (объемный вес дан при влажности 15%).

Теплопроводностью называется способность материала пропускать тепло. Теплопроводность древесины сравнительно низка. Это объясняется ее большой пористостью, волокнистым строением и замкнутостью пор.

Древесина проводит тепло примерно втрое хуже, чем кирпич, что дает возможность делать деревянные стены, например, в средних районах СССР, толщиной 220 мм, тогда как толщина кирпичных стен в этих же условиях должна быть 640 мм (2/з кирпича).

Теплопроводность древесины зависит от ее влажности, объемного веса, породы и температуры воздуха. Более плотная и влажная древесина лучше проводит тепло, чем менее плотная и сухая. Теплопроводность зависит также от направления, в котором передается тепло; теплопроводность древесины вдоль волокон примерно в 1,8 раза больше, чем поперек волокон. Это следует учитывать, например, при выпуске наружу торцов балок в зданиях с рублеными бревенчатыми стенами.

Звукопроводностью называется способность материала проводить звук. Звукопроводность древесины довольно значительна. Это необходимо учитывать при устройстве перегородок, междуэтажных перекрытий и других конструкций, к которым предъявляются требования звукоизоляции. Поэтому приходится прибегать к дополнительным мерам звукоизоляции, например засыпке шлаком, обивке войлоком и т. п.

Механические свойства древесины

Прочностью материала называется способность его сопротивляться внешним воздействиям. В зависимости от направления и характера приложения нагрузок деревянные элементы могут работать на сжатие, изгиб, растяжение, скалывание и перерезание.

На сжатие работают сваи, колонны, стойки и другие элементы. В зависимости от направления усилия по отношению к направлению волокон древесины различают сжатие вдоль волокон (рис. 3, а) и поперек волокон (рис. 3, б).

Сопротивляемость древесины сжатию поперек волокон в 5-10 раз меньше, чем вдоль волокон.

Сопротивление древесины на изгиб достаточно высоко. Это дает возможность широко использовать в строительстве, в том числе в ответственных сооружениях, деревянные элементы, работающие на изгиб (балки, прогоны, стропила, мостовые брусья и др.).

Сопротивление древесины растяжению вдоль волокон довольно высоко, но меняется для одной и той же породы в значительных пределах, что связано со строением древесины, длиной волокон, углом их наклона по. отношению к направлению действующей силы и др.

На растяжение вдоль волокон работают такие элементы деревянных конструкций, как затяжка висячих стропил (рис. 4, б).

Сопротивление растяжению поперек волокон у древесины незначительно и составляет около 2-5% прочности на растяжение вдоль волокон. В строительных конструкциях древесина на растяжение поперек волокон, как правило, не работает.

Скалывание древесины имеет место при работе соединений на шпонках. Различают скалывание вдоль волокон (рис. 5, а), когда внешние силы, действуя параллельно волокнам, стремятся переместить одну их часть относительно другой по длине волокон, и скалывание поперек волокон, когда внешние силы, направленные перпендикулярно волокнам, стремятся переместить одну часть их относительно другой в плоскости, параллельной волокнам (рис. 5, б).

Скалывание, при котором внешние силы, направленные перпендикулярно волокнам, стремятся перерезать последние перпендикулярно их длине, называется перерезанием (рис. 5, в).

На скалывание вдоль волокон работают, например, элементы конструкций, соединяемые на деревянных призматических шпонках (см. рис. 121). Шпонки же в подобных конструкциях работают на скалывание поперек волокон. Примером элементов, работающих на перерезание, могут служить пластинчатые нагели, применяемые в составных по высоте балках (см. рис. 127).

Наибольшей сопротивляемостью Обладает древесина при работе на перерезание; в этом случае приходится перерезать волокна древесины, тогда как при скалывании вдоль и поперек волокон необходимо лишь преодолеть сцепление между ними, и механические свойства древесины характеризуются в первую очередь пределом прочности.

В табл. 2 приведена средняя прочность древесины основных пород. На прочность древесины большое влияние оказывает ее влажность. Считают, что повышение влажности древесины на 1% (в пределах от 8 до 23%) понижает сопротивление изгибу и сжатию на 4-5%.

Твердость древесины имеет большое значение для деталей, работающих на сжатие. Чем тверже древесина, тем меньше ока подвержена истиранию, что важно при устройстве полов. Однако излишняя твердость затрудняет обработку древесины.

Упругостью материала называется способность его восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия нагрузки, если эта нагрузка не достигла определенного предела.

Древесина обладает довольно большой упругостью, которая увеличивается по мере уменьшения влажности древесины.

Гибкость древесины может быть увеличена путем ее пропаривания или проваривания. Однако следует иметь в виду, что после пропаривания прочность древесины понижается. Сырое свежесрубленное дерево можно сделать более гибким путем простого нагревания.

Гвоздимостью называется способность материала удерживать металлические предметы (гвозди, костыли и шурупы).
Забиваемый в древесину гвоздь раздвигает волокна и частично перерезает их. Благодаря упругости волокон гвоздь зажимается в древесине и для его вытаскивания нужно затратить определенное усилие, величина которого зависит от породы дерева, его плотности и влажности,- а также от направления гвоздя по отношению к направлению волокон.

Древесина твердых пород обладает большей гвоздимостью, чем мягких. Забить гвоздь во влажную древесину легче, чем в сухую, но после высыхания ее гвоздь будет держаться слабо, так как уменьшится его трение о волокна. Гвоздь, забитый в торец дерева параллельно волокнам, легче извлечь (примерно на 25%), чем гвоздь, забитый перпендикулярно волокнам. При забивке гвоздей слишком близко один от другого возникает опасность раскалывания древесины, поэтому величина расстояния между гвоздями нормируется. В ряде случаев перед забивкой гвоздей большого диаметра в древесине, особенно твердых пород, просверливают отверстия.

Прочность древесины

Стандартная плотность древесины

Для определения плотности высушенной древесины за основу берут 12% влажность. Однако показатели плотности не высушенной древесины приблизительны, поскольку зависят от влажности древесины во время измерения. Плотность измеряется в кг/ м³.

Соединение древесины

Соединение – классификация прочности видов древесины в конструкции соединения. Значения варьируются от 1 (очень высокая прочность) до 6 (очень низкая прочность).

Цвет древесины

Цвет высушенных твёрдых пород древесины может изменяться между видами и часто внутри вида. Представленная информация должна использоваться только как общее руководство. В большинстве случаев, цвет заболонь имеет цвет либо светлых оттенков сердцевины, либо белый/кремовый.

Предел прочности при кручении (высушенной древесины)

Предел прочности при кручении – мера максимального напряжения, которое может выдержать древесина при медленной и непрерывной нагрузке. Измеряется в МПа (мегапаскаль).

Модуль упругости (высушенной) древесины

Максимальная прочность при сжатии (высушенная) древесины

Прочность при сжатии – способность древесины выдерживать нагрузку поперек волокон. Измеряется в МПа (мегапаскаль).

Прочность (высушенная) древесины

Измеряет возможность древесины выдерживать удары; синоним ударной вязкости. Измеряется в Нм (ньютонметр).

Твёрдость (не высушенная)

Показатель относится к тесту твёрдости Янка и измеряет сопротивление древесины механическим повреждениям.

Стойкость древесины

Стойкость определяется внутренней устойчивостью древесины к процессу гниения или разрушения насекомыми и ли морскими древоточцами. На стойкость проверяются только твёрдые породы древесины. Шкала с показателем от низкого до высокого (4 класс стойкости – низкая; 1 класс – высокая) приспособлена к стойкости в земле и над ней.

Стойкость древесины к воздействию морских древоточцев

Указывает, является ли вид устойчив (R) или не устойчивы (NR) к разрушению морскими древоточцами.

Определяет склонность материала к воспламенению, измеряется по шкале от 0 до 20. Индекс 0 указывает, что материал не воспламеняется в течение 20 минут, которые занимает тест. А индекс 20 означает, что материал воспламеняется на первой минуте.

НПБ – Индекс распространения пламени древесины

Cклонность материала к быстрому горению и распространению пламени по шкале от 0 до 10, где 0 означает, что материал не вызывает пламени достигающее потолка, и 10 показывает, что материал может вызвать пожар, достигающий потолка комнаты в течение 10 секунд от момента возгорания.

Показатель концентрации дыма (измеряется оптической плотностью), который выделяют материалы при горении. Показатель основан на условной шкале от 0 до 10. Чем выше индекс, тем больше риск возникновения дыма.

Стойкость древесины

Стойкость древесины к воздействию древогрыза указывает на то, подвержена ли древесина или нет воздействию древогрыза.

Стойкость древесины к повреждению термитами указывает на то, устойчива ли или не древесина к термитам.

Напряжение древесины

Ударостойкость древесины

Ударостойкость – способность древесины поглощать энергию при разрушении. Определяется методом испытания по Изоду и измеряется в Дж (джоуль).

Огнестойкость, зона тушения

Это значение определяется объемом дыма в расчёте на рассевание массы тестируемого образца в процессе «Тестирования на коническом калориметре» согласно АС/НЗС 3837 (австралийский и новозеландский стандарт по пожарной безопасности).

Источник

Свойства древесины

Очень важную роль в строительстве играет качество материалов. Как и другие строительные материалы, древесина (любые пиломатериалы) различается по свойствам и характеристикам. Зависят эти характеристики от породы дерева, применяемого в качестве используемого материала. Для тех или иных задач и назначений подбирают соответствующие породы древесины, способные выполнять поставленные перед ними задачи.

Свойства относящиеся к древесине:

Плотность древесины

Что такое плотность древесины

Плотность древесины зависит от её влажности. Как и все остальные показатели физико-механических свойств древесины, она определяется при влажности 12 %. Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. При определении плотности древесинного вещества его массу определяют взвешиванием, а объем рассчитывают по разнице объема образца древесины и объема жидкости, заполнившей пустоты в этом образце.

По плотности древесины при влажности 12 % все породы делят на три группы:

Необходимо отметить, что почти вся древесина у хвойных пород деревьев, за исключением лиственницы и некоторых видов сосны, имеет низкую плотность.

Твёрдость древесины

Суть метода Бринелля заключается в способности древесины сопротивляться внедрению (вдавливанию) в неё более твёрдого тела (индентора). При измерениях по Бринеллю используются инденторы в виде шариков из закалённой стали. Первоначально индентор устанавливают на проверяемом образце древесины, следом прилагается основная нагрузка. Спустя определенное время после приложения, нагрузку снимают и измеряют глубину оставшегося на дереве отпечатка. Рассчитывают твёрдость древесины по Бринеллю таким образом: приложенную нагрузку делят на площадь поверхности отпечатка, при этом соответствующими нормативными документами определены диаметры индентора и время экспозиции.

При методе Янка также используется индентор в виде металлического шарика, однако оценивается не глубина вдавливания, а сила, которую надо приложить, чтобы вдавить шарик в древесину на половину диаметра.

Все древесные породы по твёрдости делят на три группы:

Влажность древесины

Влажность это соотношение массы влаги (воды), находящейся в данном объёме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах ( % ). В древесине вода пропитывает клеточные оболочки и заполняет полости клеток и межклеточные пространства. Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной. Влага, заполняющая полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной.

Различают следующие степени влажности древесины:

Абсолютно сухая влажность 0 %, древесина высушена при температуре t = 103°C.

Содержание влаги в стволе растущего дерева изменяется по высоте и радиусу ствола, а также в зависимости от времени года. Например, влажность заболони сосны в 3 раза выше влажности ядра. У лиственных пород изменение влажности по диаметру более равномерное. По высоте ствола влажность заболони у хвойных пород увеличивается вверх по стволу, а влажность ядра не изменяется. У лиственных пород влажность заболони не изменяется, а влажность ядра вверх по стволу снижается.

Влажность у молодых деревьев выше и её колебания в течение года больше, чем у старых деревьев. Наибольшее количество влаги содержится в зимний период (ноябрь-февраль), минимальное – в летние месяцы (июль-август).

КОЭФФИЦИЕНТЫ УСУШКИ ДРЕВЕСИНЫ, %

Усушка, разбухание и коробление древесины

Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

Наличие различных напряжений внутри древесины может привести к её короблению.

Раскалываемость древесины

Износостойкость и гибкость древесины

Наибольшей способностью к гнутью (загибу) обладают лиственные кольце-сосудистые породы деревьев (дуб, ясень) и рассеянно сосудистые (бук, берёза). У хвойных пород эта способность очень невысока.

Способность к гнутью широко используется при изготовлении мебели, предметов интерьера.

Тепловые свойства

К тепловым свойствам относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.

Деформативность

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.

Источник