Древесина, как строительный материал. Часть 2. Физические свойства древесины

Физическими называются свойства, наблюдаемые без изменения химического состава и целостности древесины. Остановимся на следующих физических свойствах:

  • внешний вид,
  • влажность,
  • плотность,
  • твёрдость

Это интересно
Исследования показали, что древесина дуба на сжатие выдерживает давление 450-500 килограммов на квадратный сантиметр, а на растяжение − до 1050 килограммов! То есть её прочность на растяжение соперничает с лучшими сортами нейлоновых тканей. Для разных пород эти показатели могут быть разными.

Внешний вид

Внешний вид древесины характеризуется цветом, блеском, текстурой.

Цвет древесине придают находящиеся в ней экстрактивные вещества.

Древесина видов, растущих в различных климатических условиях, имеет различный цвет: от молочно-белого (осина, ель, липа) до чёрного (эбеновое дерево).

Виды деревьев, растущие в тропических и экваториальных районах имеют более яркую окраску древесины по сравнению с древесиной пород умеренного пояса.

В пределах климатической зоны древесине каждого вида присущ свой особый цвет, который может служить дополнительным признаком для её распознавания. Например, древесина граба имеет светло-серый цвет, дуба и ясеня − бурый, ореха − коричневый. Под влиянием света и воздуха древесина многих пород теряет свою яркость, приобретая на открытом воздухе сероватую окраску.

Блеск − это способность древесины отражать световые лучи. Блеск древесины зависит от её плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей.

Особым блеском отличается древесина дуба, бука, платана, чинары, белой акации. Матовый блеск имеют тополь, липа, осина, тик; шелковистый − ива, вяз, ясень, черемуха; золотистый − черешня; серебристый − сибирский кедр; муаровый − берёза, серый клён, лавровишня.

Текстура − это рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезании её волокон, годичных слоёв и сердцевинных лучей. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза. Она определяется шириной годичных слоёв, разницей в окраске ранней и поздней древесины, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, неправильным расположением волокон (волнистое или путаное). Хвойные виды деревьев на тангенциальном разрезе из-за резкого различия в цвете ранней и поздней древесины дают красивую текстуру. Лиственные виды с ярко выраженными годичными слоями и развитыми сердцевинными лучами (дуб, клён, каргач, ильм, платан) имеют очень красивую текстуру на радиальном и тангенциальном разрезах. Особенно красивый рисунок имеет древесина с неправильным расположением волокон. Текстура определяет декоративную ценность древесины, что особенно важно при изготовлении художественного паркета, различных поделок, музыкальных инструментов и др. ### Влажность

Свойства древесины очень сильно зависят от содержания влаги.

Абсолютной влажностью древесины называют отношение массы влаги, находящейся в данном объёме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах.

Относительная влажность древесины − это отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии, выраженное в процентных. Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Влага, находясь в полостях клеток и межклеточных пространствах, называется свободной, или капиллярной, а в клеточных стенках − связанной или гигроскопичной. В первую очередь из древесины испаряется свободная влага, при дальнейшей сушке начинается процесс испарения связанной влаги, в результате которого происходит значительное изменение физико-механичеких свойств древесины.

У живого (свежесрубленного) дерева содержание влаги будет обычно составляет 50% -100%. После рубки содержание влаги снижается. Вначале испаряется свободная влага, пока не будет достигнута так называемая точка насыщения волокна.

Схема содержания воды в древесине
Рис. Схема содержания воды в древесине

Это та точка, при которой вся свободная вода ушла, а оставшаяся влага связана внутри стенок клетки. Эта точка зависит от температуры, но для большинства видов древесины составляет 30% (в пересчёте на сухой вес).

При удалении из древесины связанной влаги происходит уменьшение линейных размеров и объёма древесины. Такой процесс называется усушкой. Усушка по разным направлениям не одинакова. В поперечном направлении степень усушки вдвое выше усушки в радиальном направлении. Продольная усушка незначительна и практически не имеет значения.

Усушка обычно зависит от плотности древесины, при этом лиственные виды деревьев дают большую усушку, чем хвойные. Вследствие различий в усушке по трём основным направлениям, высыхание древесины может приводить к деформации.

Процесс потери влаги продолжается до тех пор, пока уровень влаги в древесине не достигнет определённого предела (равновесной влажности), который напрямую зависит от температуры и влажности окружающего воздуха.

Это интересно.
Только что срубленное бальсовое дерево может иметь влажность, доходящую до 600% и весить очень много. А в сухом состоянии это дерево легче пробки.
Из бальсового дерева был сделан плот Kontiki знаменитого норвежского путешественника Тура Хейердала.

Плотность

Плотность древесины − это отношение массы древесины к ее объёму. Выражают плотность в кг/м3 . Плотность древесины зависит от её влажности. Все показатели физико-механических свойств древесины определяют при влажности 12%.

Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжёлая древесина, как правило, является более прочной. Плотность определяется количеством древесинного вещества в единице объёма.

По плотности при влажности 12% древесину можно разделить на 3 группы:

Порода Плотность, г/см3 Лёгкая Бальса 0.15 Пихта сибирская 0.39 Ель 0.45 Ива 0.46 Осина 0.51 Сосна 0.52 Липа 0.53 Средняя плотность Конский каштан 0.56 Орех грецкий 0.64 Береза 0.65 Вишня 0.66 Лиственница 0.66 Тиковое дерево 0.67 Бук 0.68 Дуб 0.69 Свитения (махагони) 0.70 Платан 0.70 Плотные породы Ясень 0.75 Слива 0.80 Пекан (кария) 0.83 Самшит 0.96 Хурма эбеновая 1.08

Плотность древесины имеет большое практическое значение. Более плотная древесина хуже пропитывается антисептиками, менее подвержена истиранию на таких местах как полы, лестницы, перила.

Твёрдость

Твёрдостью называют способность древесины сопротивляться внедрению в неё более твёрдых тел. На величину твёрдости оказывает влияние влажность древесины.

По степени твёрдости все древесные породы при 12%-ной влажности можно разделить на три группы:

  • мягкие — сосна, ель, тополь, липа, осина
  • твёрдые — лиственница, береза, бук, вяз, клен, ясень
  • очень твёрдые — акация белая, эбен, эвкалипт, кизил, самшит

Твёрдые породы древесины более износостойки по сравнению с мягкими. Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, распиловке.

Источник: Компания «Сенеж-препараты»