Какое свойство древесины не относится к механическим
Значения физико-механических параметров древесины в большинстве случаев становятся определяющим фактором во время выбора строительных материалов для возведения зданий и архитектурных конструкций (срубы, лестницы, стропильные системы, перекрытия) и производства различных изделий (окна двери, полы, мебель и т. д.). Рассмотрим более подробно эти характеристики для пиломатериалов в сравнении с другими используемыми строительными материалами.
Физические свойства пиломатериалов
К физическим свойствам относят характеристики макроструктуры, внешний вид, плотность, звуко- и теплопроводность и показатели, связанные с влажностью (растрескивание, разбухание, усушка, коробление).
Внешний вид – определяется макроструктурой, цветом, блеском и текстурой.
- Цвет — древесина получает за счет наличия в ней различной концентрации дубильных соединений, смолистых и красящих веществ, может иметь нехарактерные оттенки из-за поражения грибковыми заболеваниями. Очень важная характеристика, играет решающую роль во время подбора дизайнерских решений внутренней и внешней отделки строений, например при выборе имитации бруса и породы древесины из которой она изготавливается. Изготовление мебели, дверей, окон и других столярных изделий тоже основывается на этой характеристике.
- Текстура — так называется рисунок, видимый на разрезах древесины. Зависит от ширины и расположения годичных слоев, крупных внутренних сосудов и сердцевинных лучей. Большинство пиломатериалов на тангенциальном срезе имеют более красивую текстуру, породы хвойных деревьев не отличаются высокими характеристиками по красоте текстуры.
- Блеск — свойство отражать падающий световой поток, определяется плотностью и особенностями макростроения пиломатериалов. Можно искусственно увеличить блеск пиломатериалов за счет шлифовки и покрытия лаком.
- Влажность — измеряется по формуле W = (m–m0) / m0 × 100, где m – масса проверяемого образца, m0 – масса образца абсолютно сухого. Метод очень точный, но очень длительный по времени определения, требует наличия специальных приборов и приспособлений. В настоящее время разработаны приборы, которые почти моментально определяют значение влажности древесины за счет изменения показаний электропроводности в зависимости от количества воды.
С влажностью пиломатериалов связаны явления усушки, разбухания, растрескивания и коробления. Влажность – это очень важный показатель, который в значительной степени оказывает влияние на устойчивость геометрических форм различных конструкций и изделий из пиломатериалов. Следует отметить как существенный – показатель устойчивости древесины к повышенной влажности. Хвойные породы по этим значениям имеют отличные характеристики. Уменьшение влажности пиломатериала приведет к увеличению положительных характеристик, а именно – снижению показателей теплопроводности и звукопроницаемости, а также увеличит срок эксплуатации изделия или постройки. Изменять показатель влажности, уменьшая содержание влаги, возможно разными способами от технологичных в промышленных масштабах, до традиционных в домашних условиях. Например с помощью атмосферной сушки подробно описанной в ГОСТ 3808.1-80. Подробно ознакомится со способами сушки на основании государственных стандартов и норм, а так же с учетом практического опыта вы можете в статье – технология атмосферной сушки.
Среди других пород особо стоит отметить осину. Она превосходит по устойчивости к повышенной влажности хвойные породы и служит идеальным материалом во время строительства бань, парилок и других архитектурных элементов, работающих в условиях высокой влажности или прямого контакта с водой.
Коэффициенты объемной усушки (Ку) и разбухания (Кр) пиломатериалов по направлению к волокнам
| Порода пиломатериалов | Объемно | Радиально | Тангенциально | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ку | Кр | Ку | Кр | Ку | Кр | |
| Лиственница | 0.52 | 0.61 | 0.19 | 0.20 | 0.35 | 0.39 |
| Сосна | 0.44 | 0.51 | 0.17 | 0.18 | 0.28 | 0.31 |
| Кедр | 0.37 | 0.42 | 0.12 | 0.12 | 0.26 | 0.28 |
| Осина | 0.41 | 0.47 | 0.14 | 0.15 | 0.28 | 0.30 |
* Чем ниже коэффициенты – тем лучше древесина, тем качественнее будут из нее изделия.
- Усушка – уменьшение линейных параметров пиломатериалов вследствие потери влаги.
- Коробление. Изменение геометрических размеров и формы пиломатериалов под влиянием показателей влажности называется короблением. Может быть продольным, поперечным, дугообразным, винтовым и т. д.
- Плотность. Зависит от породы пиломатериалов и показателей влажности. От плотности зависят многие механические показатели прочности древесины.
- Звукопроводность. Свойство материалов проводить звуковые волны без потери их мощности. Лучше всего звук в древесине распространяется по направлению волокон, значительно хуже – в радиальном направлении. Показатели звукопроводности зависят от плотности и особенностей строения пиломатериалов. В строительстве используют коэффициент поглощения звуковых волн, этот показатель играет существенную роль в создании комфортных условий пребывания в помещениях людей.
Коробление пиломатериалов
Средние значения плотности пиломатериалов, кг/м3
| Порода древесины | Плотность абсолютно сухих пиломатериалов | Плотность при влажности 12% |
|---|---|---|
| Лиственница | 630 | 660 |
| Ель | 420 | 445 |
| Кедр | 410 | 435 |
| Сосна обыкновенная | 470 | 500 |
| Осина | 470 | 495 |
| Пихта сибирская | 350 | 375 |
Предлагаем ознакомится с таблицей звукоизоляционных свойств древесины и изделий из нее (пиломатериалов), где вы сможете сравнить их с другими стройматериалами.
Показатели коэффициентов звукопоглощения различных строительных материалов
| Наименование | Коэффициент звукопоглощения при колебаниях 1000 Гц |
|---|---|
| Дерево | 0.06–0.1 |
| Кирпич | 0.032 |
| Бетон | 0.015 |
| Минеральная вата | 0.45–0.95 |
- Теплопроводность. Одна из главнейших характеристик всех строительных материалов. Теплопроводность напрямую связана с показателями гидроизоляционных и пароизоляционных характеристик. По теплопроводности пиломатериалы занимают одно из ведущих мест среди всех видов стройматериалов. Паропроницаемость и воздухопроницаемость – свойство древесины к обмену воздуха между внутренними и внешними поверхностями. Пиломатериалы могут «дышать», что благоприятно сказывается на показателях микроклимата в помещениях.
Сравнительная таблица теплопроводности и паропроницаемости
| Материал | Теплопроводность, Вт/м2×С° | Паропроницаемость, Мг/(м2×ч×Па) |
|---|---|---|
| Железобетон | 1.69 | 0.03 |
| Бетон | 1.51 | 0.03 |
| Кирпич, силикатный | 0.70 | 0.11 |
| Кирпич керамический пустотелый | 0.35 | 0.17 |
| Пенобетон | 0.29 | 0.11 |
| Кирпич красный глиняный | 0.56 | 0.11 |
| Керамзитобетон | 0.66 | 0.09 |
| Сосна, ель вдоль волокон | 0.18 | 0.32 |
| Сосна, ель поперек волокон | 0.09 | 0.06 |
| ДСП, ОСП | 0.15 | 0.12 |
| Фанера клееная | 0.12 | 0.02 |
Механические свойства пиломатериалов
Способность выдерживать статические и динамические нагрузки без изменения первоначальных форм или разрушения целостности – показатели механической прочности древесины. Чем выше механические характеристики – тем выше качество пиломатериалов.
- Прочность – свойство пиломатериалов сопротивляться разрушениям Основные виды действующих усилий: сжатие, длительный статический изгиб, растяжение и сдвиг. Показатели прочности во многом зависят от направления действия сил по отношению к волокнам. Пиломатериалы могут выдержать поперек волокон только 1/20 усилий, выдерживаемых вдоль волокон. Хвойные породы древесины занимают промежуточное место по характеристикам прочности среди всех видов древесины. Неплохими показателями обладает береза, из нее можно изготавливать нагруженные целостные конструкции или отдельные конструктивные элементы: нагели, детали мебели, износостойкие элементы отдельных архитектурных конструкций и столярных изделий. Показатели физической прочности измеряются в специализированных лабораториях с учетом действующих государственных нормативных актов.
Определение прочности при изгибе
Определение прочности при сжатии
Определение прочности при растяжении
Определение прочности при скалывании
Прочность во время сжатия поперек волокон древесины в восемь раз ниже прочности вдоль волокон. Пиломатериалы хвойных пород имеют свойство уплотняться до 1/3 начальных параметров по высоте без видимых разрушений. Испытания могут проводиться в различных направлениях по отношению к расположению волокон, в том числе и тангенциальном. Хвойные породы, в отличие от лиственных, в тангенциальном направлении имеют более высокие показатели. Подробности про виды распилов можете узнать здесь.
- Твердость. Свойство пиломатериалов оказывать сопротивление внедрению твердых предметов. Торцовая твердость всегда выше боковой. По твердости дерево уступает большинству строительных материалов.
- Ударная вязкость. Способность поглощать динамические нагрузки без видимых разрушений или нарушений линейности поверхности. Пиломатериалы имеют относительно большие значения ударной вязкости.
- Раскалывание. В радиальной плоскости сопротивление раскалыванию хвойных пород существенно меньше, чем в других направлениях.
Максимальный предел прочности, МПа
| Порода древесины | Статический изгиб | Сжатие вдоль волокон | Раскалывание вдоль волокон | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Радиальное | Тангенциальное | ||||
| Сосна обыкновенная | 86/50 | 49/21 | 7,5/4,3 | 7,3/4,5 | |
| Лиственница | 112/62 | 65/26 | 9,9/6,3 | 9,4/5,8 | |
| Пихта | 69/41 | 39/18 | 6,4/4,5 | 6,5/4,2 | |
| Ель | 80/44 | 45/20 | 6,9/4,1 | 6,8/4,4 | |
| Береза | 110/60 | 55/23 | 11/5,9 | 11,2/5,9 | |
| Осина | 78/46 | 73/19 | 6,3/3,6 | 8,6/5 | |
- Способность удерживать металлические метизы. Гладкие гвозди частично разрезают, а частично раздвигаю волокна, фиксируются усилиями трения. Шурупы по дереву цепляются за волокна. Сопротивление выдергиванию шурупов в два раза больше, чем сопротивление выдергиванию гвоздей.
- Способность к изгибам. Важное свойство во время изготовления различной мебели или декоративных архитектурных конструкций. Хвойные породы в сухом состоянии гнутся плохо, перед изгибом их нужно обязательно вымачивать с последующей сушкой под напряжением до требуемых технологией производства значений влажности.
- Износостойкость – способность противостоять длительным нагрузкам трения на поверхностные зоны пиломатериалов. Важная характеристика, оказывающая влияние на время эксплуатации изделий и конструкций из дерева. Зависит от направления распила и природных свойств древесины. Наиболее высокие показатели имеют торцевые поверхности, на втором месте тангенциальный распил. Сухая древесина изнашивается значительно медленнее, чем влажная.
Во время проектирования нагруженных деревянных конструкций принимаются не расчетные лабораторные показатели механической прочности, а используется специальный корректировочный коэффициент. Он учитывает возможное наличие природных пороков древесины, болезней, и гнилостных процессов. Описание пороков древесины, их классификацию и влияние на качество пиломатериала, вы можете изучить в материале – классификация дефектов древесины или пороки древесины.
Кроме того, выполняется корректировка значений с учетом сортности пиломатериалов. Методы и критерии сортировки пиломатериалов по сортам описаны в статье – сорта доски обрезной и бруса. На практике все показатели механической прочности понижаются не менее чем в два раза, только эти значения берутся за исходные данные во время проведения инженерных расчетов различных конструкций зданий и строений.
Технологические преимущества хвойных пиломатериалов
- Экологические характеристики. По безопасности для людей с пиломатериалами может сравниться только красный кирпич. Все остальные существующие сегодня строительные материалы выделяют в воздух вредные химические соединения в том или ином количестве. Особенно это касается клееных материалов (фанера, плиты ОСП, МДФ и ДСП), клееных пиломатериалов. Количество вредных веществ, которое принято считать безопасным, определяется государственными органами, в каждой стране оно имеет свои значения. Показатели безопасности не носят объективного характера, а зависят от существующего законодательства.
- Эксплуатационные характеристики. К ним относятся тепловые потери, звуконепроницаемость, несущие показатели и долговечность использования. По совокупности этих показателей дерево считается самым лучшим материалом в строительстве. По теплосберегающим свойствам или энергоэффективности, обрезной брус хвойных пород (сосны или ели,) толщиной 20 см заменяют кирпичную стену толщиной 60 см и бетонную стену толщиной 1,2 метра. В таких же соотношениях располагаются показатели по звукопроницаемости. Отношение прочности к теплопроводности у пиломатериалов на первом месте, они выдерживают нагрузку многоэтажных строений. Длительность эксплуатации во многом зависит от условий, некоторые старинные строения стоят до сих пор. Для повышения устойчивости к загниванию и открытому огню применяются специальные пропитки – первоначальные характеристики существенно улучшаются.
- Дизайнерские характеристики. Красота натуральной фактуры древесины не имеет себе равных, ни один искусственный материал не может сравниться с природным рисунком.
- Технологичность обработки. Древесина легко обрабатывается всеми станками, электрическим и ручным столярными инструментами. Она отлично держит метизы, для фиксации отдельных элементов изделий нет надобности сверлить дополнительные отверстия под дюбели. Небольшой удельный вес облегчает процесс перевозки и складирования пиломатериалов.
- Стоимость. Есть материалы дешевле, но по одному показателю цены не следует ориентироваться. Опытные строители советуют обращать внимание на отношение цены ко всем остальным характеристикам. Только таким образом можно добиться существенной экономии не только на строительстве дома, но и на его содержании. Комплексная оценка характеристик пиломатериалов выводит их на первое место среди всех используемых сегодня строительных, отделочных и декорирующих материалов.
- Широкий ценовой диапазон. В зависимости от сортности и породы древесины пиломатериалы могут по цене отличаться в несколько раз. Это позволяет сделать оптимальный выбор для каждого индивидуального случая, подбирать материалы с учетом конкретного места их использования, возможных нагрузок и требований по дизайнерскому виду.
Изделия из дерева отличный выбор как для строительства дома, так и для его отделки. Важно знать, что для безопасной и долгосрочной эксплуатации домов и помещений из дерева необходимо учитывать строительные нормы и правила, связанные с обработкой деревянных конструкций, монтажа электрических систем, а также отопительных приборов. Подробнее в следующих материалах…
Источник
Древесина – это достаточно популярный материал, который находит свое применение в разнообразных сферах человеческой жизни. При этом далеко не каждый человек знает о том, что сырье обладает целым рядом уникальных характеристик. Сегодня в нашей статье мы подробно рассмотрим механические свойства древесины.
Особенности
Механические свойства древесины характеризуют общее качество материала и находятся с ним в прямо пропорциональном соотношении. К важнейшим показателям механической прочности относится способность дерева выдерживать нагрузки как статического, так и динамического типа.
Для того чтобы определить механические свойства, которыми обладает материал, его растягивают, сжимают, изгибают и сдвигают. При этом стоит иметь в виду тот факт, что древесину называют анизотропным материалом, соответственно, сырье может обладать различными свойствами в зависимости от того, в каком направлении на него оказывается воздействие. Всего существует 2 направления: радиальное и тангенциальное.
Что такое прочность и от чего зависит?
Важнейшая механическая черта древесины – это ее прочность. Прочностные характеристики оказывают прямое влияние на то, каким образом и на каком уровне материал может сопротивляться и противостоять нежелательным разрушениям.
Стоит отметить тот факт, что существует прямая зависимость между прочностью и направлением воздействия на древесину. Так, прочность сырья в 20 раз увеличивается при оказании воздействия вдоль волокон, чем если давление будет оказываться поперек.
Средний (так называемый «промежуточный») класс занимают хвойные породы деревьев. Более высокие показатели характерны, например, для березы – именно поэтому из нее очень часто изготавливают различные опорные и несущие конструкции, а также элементы, для которых важна повышенная износостойкость.
Это интересно. Показатели допустимой прочности и ее пределы (как минимальные, так и максимальные) невозможно определить самостоятельно в домашних условиях. Подобные процедуры производятся исключительно в лабораторных условиях. При этом опыты и эксперименты осуществляются исключительно на основании действующих государственных нормативных актов.
Следует отметить тот факт, что на уровень прочности и упругости влияет уровень влажности. Так, при увлажнении происходят специфические реакции внутри древесины, которые уменьшают ее прочность. При этом данное положение является актуальным только в том случае, если уровень влаги поднимается до 25%. Дальнейшее увлажнение не отличается какими-либо существенными реакциями и не влияет на показатели прочности. Это понимают специалисты.
Для того чтобы сравнить показатели прочности разных пород, необходимо убедиться в том, что показатели их влажности являются идентичными – только в таком случае можно говорить об объективном и беспристрастном результате.
Помимо влажности при измерении прочности также важно обращать внимание на характер и продолжительность нагрузок. Так, например, статические нагрузки отличаются постоянством. Кроме того, для них характерно медленное и постепенное возрастание. С другой стороны, динамические нагрузки являются относительно короткими. Так или иначе, разрушать древесину могут и те, и другие нагрузки.
Стоит также иметь в виду, что показатели прочности, ее пределы и лимиты различаются в зависимости от конкретного вида деформации.
- Растяжение. Если говорить о прочности древесины на растяжение, то данный показатель составляет 1 300 кгс/см2 (причем данный параметр является актуальным для всех сортов). В такой ситуации решающее значение имеет внутренняя структура древесины. Если волокна расположены правильно и структурировано, то прочность увеличивается (и наоборот). Прочность различается в зависимости от того, в каком направлении растягивают древесину – вдоль или поперек. В первом случае показатель довольно велик, а во втором – он в 20 раз меньше и составляет 65 кгс/см2. Именно в связи с такими механическими чертами дерево редко используется при создании изделий, которые работают на поперечное растяжение.
- Сжатие. Как и любое другие воздействие на древесину, оно может осуществляться как в продольном, так и в поперечном направлении. Если говорить о сжатии вдоль волокон, то стоит отметить, что в данном случае порода будет укорачиваться (именно так и будет проявляться вовне процесс деформации). При этом также стоит учитывать, что прочность древесины, которую сжимают не вдоль, а поперек значительно уменьшается, конкретно – в 8 раз. В лабораторных условиях дерево сжимают в радиальном и тангенциальном направлениях. В ходе проведения подобных экспериментов учеными доподлинно было установлено, что прочность у различных пород при сжатии является неодинаковой. Так, более высокими показателями при радиальном сжатии отличаются породы с сердцевинными лучами. С другой стороны, хвойные деревья проявляют достаточно высокие показатели прочности даже при тангенциальном сжатии.
- Статический изгиб. Отличительная черта такого типа воздействия, как статический изгиб, состоит в том, что различные слои древесины получают различное воздействие, а именно – верхние слои древесины получают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Между верхними и нижними слоями находится особый слой, который не испытывает какого-либо давления. Традиционно этот слой называют нейтральным. Изначально разрушение материала начинается в нижней растянутой зоне, в связи с чем разрываются крайние волокна древесины. Существует средний показатель прочности, который характерен для большого количества древесных пород, он составляет 1 000 кгс/см2 (при этом могут существовать отклонения от данного показателя в зависимости от уникальных показателей каждой конкретной породы, а также от уровня влажности).
- Сдвиг. По существу, сдвиг – это деформация, которая представляет собой смещение одной части по отношению к другой. Существует несколько разных типов сдвига: скалывание (оно может происходить в любом направлении), а также перерезание. В этом случае особенно важно следить за тем, насколько прочным остается дерево. Так, скалывание вдоль негативно влияет на прочностные показатели, более прочной остается порода при поперечном скалывании.
Как мы смогли убедиться, прочность – это важнейшая механическая характеристика дерева. При этом на ее уровень могут влиять самые разные воздействия. Все эти факторы следует учитывать в процессе эксплуатации материала, чтобы не нарушить его целостность.
Другие основные механические свойства
Помимо прочности древесина характеризуется и другими механическими и физико-механическими свойствами. Рассмотрим подробнее основные из них.
Твердость
В первую очередь необходимо сказать о такой характеристике природного материала, как твердость. Твердость относится к важнейшим чертам материала и представляет собой способность сырья оказывать сопротивление по отношению к внедрению твердого тела определенной формы. Различают торцевую и боковую твердость (в зависимости от стороны материала, на которую оказывается воздействие). Торцевая твердость является более высокой по своим показателям.
Важно. Следует отметить такой факт: несмотря на то, что некоторые породы дерева отличаются повышенным уровнем твердости, данный материал все же уступает по данным характеристикам такому сырью, как, например, металл.
В зависимости от показателей твердости такой строительный материал, как древесина, подразделяется на 3 основные группы:
- мягкие (например, сосна, ель, кедр, пихта, липа, осина, ольха, каштан и т. д.);
- твердые;
- особо твердые.
Соответственно, при изготовлении тех или иных изделий очень важно учитывать такой параметр, как твердость. Например, из мягких сортов желательно изготавливать декоративные элементы, а для создания опорных конструкций подойдут только особенно твердые разновидности.
Твердость древесины имеет решающее значение в ходе применения и обработки материала. В зависимости от ваших конкретных потребностей и сферы применения древесины наиболее актуальным и подходящим может оказаться тот или иной вариант.
Ударная вязкость
Еще одна важная характеристика, которая различается у определенных пород дерева (например, у клена и ели), – это ударная вязкость. Данное свойство обозначает и определяет способность материала поглощать динамические нагрузки. При этом, чем выше показатель ударной вязкости, тем меньше разрушений и нарушений целостности вы будете наблюдать на дереве в процессе приложения этих самых динамических нагрузок. В целом можно сказать о том, что для большинства пород данный показатель находится на достаточно высоком уровне.
Износостойкость
На износостойкость следует обращать особое внимание, так как именно данный параметр определяет то, способна ли древесина оказывать противостояние по отношению к продолжительным нагрузкам трения. В зависимости от того, насколько высока износостойкость, будет значительно различаться возможный срок эксплуатации материала. На уровень износостойкости решающее влияние оказывает направление распила и уникальные характеристики каждой конкретной породы дерева. При этом следует иметь в виду тот факт, что высокие показатели износостойкости характерны для торцевых поверхностей. По показателям износостойкости различается сухая и влажная древесина – первая обладает более высоким уровнем.
Способность удерживать металлические крепления
Как было сказано выше, дерево – это один из самых популярных, распространенных и востребованных материалов, который используется для создания мебели, декоративных элементов и большого количества других изделий. Соответственно, при его обработке в него вбивается большое количество креплений, чаще всего – металлических. Поэтому такой показатель, как способность удерживать металлические крепления, имеет важнейшее значение. Так, например, гвозди могут разрезать или раздвигать волокна дерева, а шурупы могут цеплять волокна.
Способность изгибаться
Для того чтобы создать функциональные и эстетически привлекательные изделия, дерево необходимо сгибать. В связи с этим способность изгибаться – это еще одно важное механическое свойство древесины. Следует учитывать, что разные породы характеризуются различными уровнями возможности сгибания. Так, например, в отношении хвойных пород действует правило о том, что при сгибании хвою необходимо смочить, а вот сухое дерево практически не гнется (а при приложении высокого давления оно и вовсе может сломаться).
Деформативность
Деформативные характеристики также являются важнейшими. Они влияют на то, насколько быстро (и могут ли вообще) древесные породы восстанавливаются после оказания на них кратковременного динамического воздействия. В сочетании с деформативностью важную роль играет и такая характеристика, как модель упругости.
В связи с тем, что древесина используется в самых разных сферах человеческой жизни и является одним из самых востребованных материалов, очень важно подробно знать все ее свойства. Соответственно, перед использованием материала для создания тех или иных изделий (например, мебели, декоративных элементов и т. д.) следует тщательно изучить все химические, физические и механические свойства. Только в таком случае созданное вами изделие будет прочным и надежным. Помните, что разные типы древесины пригодны для разных целей. Кроме того, некоторые породы вообще нельзя подвергать воздействию, иначе они попросту разрушатся. Эти знания особенно актуальны для профессиональных краснодеревщиков и других представителей строительной сферы.
Источник