Есть мнение Деревянное домостроение и деревянные конструкции Основные свойства древесины

Основные свойства древесины

Человек, решивший заняться возведением собственного дома, сталкивается с проблемой выбора не только его проекта, но и основного материала для строительства. И естественно, что в первую очередь он останавливает свое внимание на самом древнем и универсальном материале - древесине.

Деревянное здание, несмотря на его «древность», достаточно технологично. Длительность его эксплуатации от 50 до 100 лет. Срок службы во многом зависит от регулярности и правильности ухода за древесиной. Хороший бревенчатый дом практически не требует отделки. Это немаловажно, ведь обычно стоимость отделочных работ соизмерима с затратами на возведение основной конструкции сооружения. К тому же дерево обладает свойствами, которые не только делают его технически и функционально пригодным для применения в строительстве, но и побуждают испытывать симпатию к самому материалу.

Все породы деревьев подразделяют на хвойные и лиственные (единой классификации в мире не существует - во многих странах она отличается от принятой у нас). Свойства древесины определяются ее строением. Это необходимо знать и учитывать для правильной обработки данного природного материала и идентификации отдельных пород.

Древесина имеет волокнистую структуру. Выделяют три главных среза: поперечный, или торцовый, - поперек волокон; радиальный - вдоль оси ствола и тангенциальный - по плоскости вдоль ствола, отстоящий на любом расстоянии от оси. В центральной части ствола расположена сердцевина. У хвойных пород деревьев ее диаметр равен 2-3 мм, а у некоторых лиственных может достигать 8-10 мм.

Древесина нарастает вокруг сердцевины концентрическими окружностями - годичными слоями, которые имеют неоднородное строение: раннюю (ближе к сердцевине) и позднюю (ближе к коре) части. Первая (у хвойных она более светлая, у лиственных - более пористая) нарастает весной и в начале лета, когда в почве много влаги, вторая - в конце лета и осенью. Ширина годичных слоев зависит от возраста дерева, условий роста, породы. Они хорошо различаются почти у всех хвойных и некоторых лиственных растений.

У одних пород древесина однородного светлого цвета (ольха, береза, граб), у других - более темная в центральной части (дуб, лиственница, сосна). Темная часть ствола - это ядро, светлая периферическая - заболонь. Первая состоит из мертвых клеток, вторая - из живых.

На поперечном разрезе древесины можно увидеть светлые, часто блестящие, направленные от центра к коре линии - сердцевинные лучи. У самшита, березы, осины и всех хвойных пород они очень узкие, практически незаметные; у клена, вяза, ильма, липы - узкие, трудно различимые; у бука, дуба (настоящие широкие) и у граба, ольхи, лещины (ложноширокие - пучки сближенных узких лучей) - хорошо видимые невооруженным глазом.

На радиальном разрезе сердцевинные лучи представляют собой блестящие полоски, или ленты, расположенные поперек волокон, на тангенциальном - штрихи с заостренными концами или чечевицеобразные полосы, расположенные вдоль волокон. У хвойных сердцевинных лучей в два-три раза меньше, чем у лиственных. На радиальном разрезе древесины дуба, бука, платана, граба, ольхи они создают очень красивый рисунок.

На поперечном разрезе лиственных пород видны отверстия - сечения сосудов, проводящих влагу. Если крупные сосуды расположены сплошным кольцом в ранней древесине, а мелкие собраны группами в поздней, то такая древесина называется кольцесосудистой. Породы, у которых крупные и мелкие сосуды распределены равномерно по всему годичному слою, называются рассеянно-сосудистыми.

Цвет древесины определяют находящиеся в полостях клеток дубильные, смолистые и красящие вещества. Он может быть белым, красным, оранжевым, розовым, желтым, фиолетовым, коричневым, черным, серым со множеством оттенков в зависимости от породы, возраста дерева, места и условий его произрастания, режима хранения древесины. Полностью окраска проявляется лишь после отделки поверхности, нанесения на нее прозрачного покрытия. Без обработки цвет меняется.

Текстура - естественный рисунок на срезе древесины. Она зависит от породы дерева и направления среза: торцовый дает концентрические окружности, радиальный - продольные полосы, тангенциальный - извилистые линии. Текстура влияет на декоративные качества материала и определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске ранней и поздней частей, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, расположением волокон. У хвойных и мягких лиственных пород текстура более простая, чем у твердых. Лиственные дают красивый рисунок на радиальном и тангенциальном срезах, хвойные - на тангенциальном. Особенно интересная текстура у карельской березы и сибирской лиственницы.

Плотность древесины, то есть отношение ее массы к объему, зависит от породы, влажности (прямо пропорциональна), условий произрастания дерева. Даже на различных участках одного и того же ствола она может не совпадать. Породы условно делят на три группы: малой плотности (до 540 кг/куб. м) - сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, ива, ольха; средней плотности (550-740 кг/куб. м) - лиственница, тис, береза, бук, вяз, груша, дуб, ильм, клен, яблоня, ясень; высокой плотности (750 кг/куб. м и выше) - акация белая, береза железная, граб, самшит, кизил, рябина. От плотности древесины зависит ее прочность, которая меняется в пределах годичных слоев: поздний слой в два-три раза прочнее раннего.

Влажность (абсолютная) древесины - это отношение массы воды, находящейся в данном объеме, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Различают мокрую, длительное время пролежавшую в воде (влажность свыше 100%), свежесрубленную (50-100 %), воздушно-сухую, долгое время хранящуюся на воздухе (15-20%, в зависимости от климатических условий и времени года), камерной сушки (8-12%) и абсолютно сухую (О %) древесину.

Перемена влажности влечет за собой изменение объема и линейных параметров заготов¬ки - ее усушку или разбухание. Неодинаковое уменьшение или увеличение размеров в разных направлениях и различных частях ствола может привести к короблению и растрескиванию изделий. Трещин бояться не надо. В течение первого года в процессе усушки бревно начинает интенсивно растрескиваться по всей поверхности. После этого определяется и расширяется основная трещина, которая, как правило, проходит в месте нарушения годовых колец (район теплового замка или компенсационного пропила), а почти все остальные трещины стягиваются. Бревно в большинстве случаев опять становится ровным и гладким.

При поперечном короблении изменяется форма соответствующего сечения заготовки. При продольном из-за разницы в усушке по радиальному и тангенциальному направлениям заготовка изменяется по длине, изгибаясь и приобретая форму дуги и винтовой поверхности (крыловатость). Больше подвержена деформации та часть ствола, которая располагается ближе к сердцевине. Лучшее средство против коробления - правильная укладка и хранение.

При выборе материала необходимо учитывать его механические свойства.

Твердость - это способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. Она зависит от плотности древесины и неодинакова по различным направлениям. Например, твердость торцовой поверхности среза ствола лиственных деревьев выше тангенциальной и радиальной на 30%, хвойных - на 40%. К мягким породам относятся ель, сосна, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан, ива; к твердым - лиственница, береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач (берест), платан, рябина, клен, грецкий орех, ясень, яблоня; к очень твердым - акация белая, граб, кизил, самшит, береза железная, фисташковое дерево, тис.

Твердость древесины зависит от многих факторов: климатических особенностей, доли поздней древесины в годичных слоях, места произрастания дерева, времени заготовки. Например, повышение влажности на 1%уменьшает торцовую твердость на 3%, а тангенциальную и радиальную - на 2%. Увеличение количества поздней древесины повышает плотность и улучшает механические свойства материала. Сосны, выросшие на сухом месте (прямые высокие стволы), тверже укоренившихся на болотистом грунте.

Прочностью называют способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы под действием внешних нагрузок. Различают пределы прочности (моменты разрушения образца) при сжатии, растяжении, изгибе, кручении, сдвиге. Их значения во многом зависят от направления волокон в детали, подвергающейся нагрузке. Так, предел прочности на сжатие и на растяжение поперек волокон ниже, чем вдоль, примерно в 8 и 20 раз соответственно.

Раскалываемость - это способность древесины разделяться (расщепляться) вдоль волокон под действием клина и нагрузки. Данное свойство необходимо учитывать при подготовке тонкоствольного материала, при выборе деталей, соединяемых гвоздями и шурупами. У лиственных пород сопротивление раскалыванию по радиальной плоскости меньше, чем по тангенциальной, поскольку в первом случае сердцевинные лучи, совпадая с плоскостью раскола, облегчают расщепление. У хвойных пород все наоборот - раскалывание быстрее происходит по тангенциальной плоскости (по менее прочной ранней древесине).

Разумеется, каждое из вышеперечисленных свойств материала в разных случаях может быть расценено и как достоинство, и как недостаток. Изучив особенности различных пород древесины, человек начал использовать их избирательно, применительно к тем или иным конкретным целям.