Влияние влажности на свойства древесины.

 

Физико-механические свойства древесины.

Плотность. Древесина относится к классу легких конструктивных материалов. Ее малая плотность определяется трубчато-пористым строением и зависит от относительного объема отверстий, пор и содержания в них влаги. Стандартная плотность древесины должна определяться при влажности 12%. Она колеблется в пределах одной породы и одного ствола.

Свежесрубленная хвойная древесина имеет плотность 850 кг/м³. В помещениях с нормальной влажностью воздуха, принимается равной 500 кг/м³, а в помещениях с влажностью воздуха более 75% и на открытом воздухе — 600 кг/м³.

Порочность. По прочности древесина относится к среднепрочным конструктивным материалам, однако ее относительная проч­ность с учетом малой плотности позволяет сравнивать ее со сталью. Прочность древесины определяется ее трубчато-волокнистым, анизотропным и неоднородным строением и характеризуется значительными колебаниями в зависимости от породы, располо­жения в составе ствола и процентного содержания поздней дре­весины. Прочность и плотность древесины связаны прямой про­порциональностью.

Прочность древесины очень зависит от направления действия усилий по отношению к направлению волокон. При действии уси­лий вдоль волокон древесина показывает наибольшую прочность.

Прочность древесины при рас­тяжении, сжатии и скалывании в этом случае не превосходит 6,5 МПа. Неоднородность строения, наличие пороков значительно (примерно на 30%) снижают прочность древесины при сжатии, изгибе и особенно (примерно на 70%) при растяжении.

Длительность действия нагрузки существенно влияет на проч­ность древесины. При неограниченно длительном нагружении ее прочность, характеризуемая пределом длительного сопротивления, составляет только 0,5 от предела прочности при стандартном кратковременном нагружении. Наибольшую прочность, в 1,5 раза превышающую кратковременную, древесина показывает при кратчайших ударных и взрывных нагрузках.

Вибрационные нагрузки, вызывающие в древесине переменные по знаку напряжения, тоже снижают ее прочность.

Жесткость и твердость древесины относительно невелики ввиду ее трубчато-волокнистого строения. Жесткость — степень деформативности древесины при действии нагрузок — существенно зависит от направления их по отношению к волокнам, их длительности и влажности древесины. Деформации древесины состоят из упругих (от кратковременных нагрузок), эластичных и остаточных (от дли­тельных нагрузок). Упругие деформации исчезают вскоре после разгружения, эластичные тоже исчезают через некоторый период времени, а остаточные остаются навсегда. Например, балки, про­гнувшиеся во время длительной эксплуатации, не могут быть вы­прямлены полностью при разгружении. Жесткость древесины определяется модулем упругости Е..

Соответственно мала и твердость древесины. Она выражается в ньютонах нагрузки, требуемой для вдавливания стальной полу­сферы радиусом 5,64 мм. Для древесины сосны поперек годичных слоев она равна только 1000 Н. Это свойство облегчает обработку древесины, но делает ее поверхность легко повреждаемой. Малая твердость и волокнистое строение дают возможность относительно легко забивать гвозди в древесину, которые прочно удерживаются там окружающими волокнами, раздвинутыми острием гвоздей.

Влияние влажности на свойства древесины.

Влияние влажности. Влажность древесины w — это процентное содержание свободной воды в полостях и гигроскопической воды в порах древесины. Наибольшую влажность (до 200%), набран­ную в период пребывания в воде, имеет сплавная древесина. Влаж­ность до 100% имеет свежесрубленная древесина. В процессе хра­нения на складах, естественной и искусственной сушки влажность древесины снижается до нормативных значений — 40, 25, 20 и 15%. Степень влажности значительно влияет на свойства древеси­ны и деревянных конструкций и строго ограничивается в зависи­мости от условий их изготовления и эксплуатации.

Из древесины неограниченно высокой влажности можно изго­товлять только конструкции, постоянно соприкасающиеся с водой. Из древесины влажностью до 40% можно изготовлять конструк­ции, эксплуатируемые на открытом воздухе, не зависящие от усушки, из древесины влажностью до 25% — конструкции, эксплуа­тируемые в помещениях с повышенной влажностью и соприкасаю­щиеся с грунтом. Из древесины влажностью до 20% можно изго­товлять также неклееные конструкции, эксплуатируемые в любых условиях, из древесины влажностью до 12% —любые конструкции, в том числе клееные.

В процессе уменьшения или увеличения влажности до 30% за счет гигроскопической влаги в оболочках клеток размеры дере­вянных элементов уменьшаются или увеличиваются. Происходит усушка или разбухание, которые тем больше, чем больше плот­ность древесины. Наибольшая усушка и разбухание происходят поперек волокон, перпендикулярно годичным слоям, и достигают 10%, а в тангентальном направлении — параллельно годичным слоям и достигают 5%. Наименьшие усушка и разбухание, не пре­восходящие 0,3%, происходят вдоль волокон. При дальнейшем увеличении влажности сверх 30% за счет свободной влаги усушки и разбухания не происходит.

Высыхание деревянного элемента и развитие деформаций усуш­ки происходят неравномерно от поверхности к центру. Этот факт, ^а также разница величин радиальной и тангентальной усушки приводят к возникновению значительных внутренних напряжений растяжения в наружных и сжатия во внутренних частях элемента поперек волокон и в результате к короблению и растрескиванию древесины: