Теплопроводность, звукопроводность и электропроводность древесины

Теплопроводность, звукопроводность и электропроводность древесины

Теплопроводностью древесины называется ее способность проводить теплоту через свою толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность сухой древесины незначительна, что объясняется пористостью её строения. Коэффициент теплопроводности древесины равен 0,12—0,39 Вт/ (м • град). Полости, межклеточные и внутриклеточные пространства в сухой древесине заполнены воздухом, который является плохим проводником теплоты. Благодаря низкой теплопроводности древесина получила широкое распространение в строительстве. Плотная древесина проводит теплоту несколько лучше рыхлой. Влажность древесины повышает ее теплопроводность, так как вода по сравнению с воздухом является лучшим проводником теплоты. Кроме того, теплопроводность древесины зависит от направления ее волокон и породы. Например, теплопроводность древесины вдоль волокон примерно вдвое больше, чем поперек.

Звукопроводностью называется свойство материала проводить звук; она характеризуется скоростью распространения звука в материале. В древесине быстрее всего звук распространяется вдоль волокон, медлен­нее — в радиальном и очень медленно — в тангенциальном направлениях. Звукопро­водность древесины в продольном направ­лении в 16 раз, а в поперечном в 3—4 раза больше звукопроводности воздуха. Это отри­цательное свойство древесины требует при устройстве деревянных перегородок, полов и потолков применения звукоизолирующих материалов. Звукопроводность древесины и ее способность резонировать (усиливать звук без искажения тона) широко исполь­зуются при изготовлении музыкальных ин­струментов. Повышенная влажность древе­сины понижает ее звукопроводность. Наилучшей древесиной для изготовления музыкальных инструментов является дре­весина ели, пихты кавказской и сибир­ского кедра.

Электропроводность древесины характе­ризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Электропроводность древесины зависит от породы, температуры, направления волокон и ее влажности. Элект­ропроводность сухой древесины незначи­тельна. Это позволяет применять ее в ка­честве изоляционного материала. При уве­личении влажности в диапазоне от 0 до 30% электрическое сопротивление падает в миллионы раз, а при увеличении влажности свыше 30% — в десятки раз. Электриче­ское сопротивление древесины вдоль воло­кон меньше в несколько раз, чем поперек волокон. Повышение температуры древеси­ны приводит к уменьшению ее сопротив­ления примерно в 2 раза.

Свойства древесины

Чтобы грамотно подобрать древесину как для наружных, так и для внутренних работ необходимо понимать ее сильные и слабые стороны. Причем важны как базовые свойства древесного материала, так и характеристики отдельных ее пород, их мы уже рассматривали в другой статье. Здесь же мы разберем основной набор характеристик древесины как материала, которые всегда учитываются опытными строителями и столярами.

Физические свойства

Плотность. Физическая величина, которую можно определить отношением массы к объёму. Но из-за того, что на массу древесины сильно влияет ее влажность, расчет плотности для сравнений и классификаций принято вести по единому значению влажности в 12%.

Для плотности используется следующая классификация (для примера приведены лишь некоторые породы):

Влажность. Отношение массы влаги к массе абсолютно сухого дерева, выраженное в %. По влажности древесину делят на следующие группы:

• абсолютно сухая (влага практически отсутствует), получается в результате сушки при температуре 105 градусов Цельсия;
• комнатно-сухая (влажность 8-12%), сушка происходит естественным образом в помещении;
• воздушно-сухая искусственной сушки (влажность 12-18%), сушка происходит промышленным способом в специальных установках;
• атмосферно-сухая (влажность 18-23%), сушка происходит естественным образом на открытом воздухе;
• влажная (более 23 % влажности);
• мокрая (от 100% влажности), некоторые свежесрубленные породы и древесина, пролежавшая долгое время в воде.

Цвет. Одна из самых важных внешних характеристик древесины. Он учитывается при выборе пород дерева для внутренней отделки помещений, например, вагонкой, имитацией бруса или паркетной доской, а также при изготовлении мебели. Цветовые оттенки в древесине отличаются широким диапазоном (от желтого до фиолетового).

Блеск. Способность древесины направленно отражать световой поток с поверхности. Зависит от породы и гладкости поверхности и оттенка древесины. Причем светлое дерево будет блестеть лучше темного.

Наибольшая степень блеска свойственна осине, заболоням рябины, ивы и сосны (степень блеска по результатам исследований от 12 до 16%).

Теплопроводность. Способность древесины проводить тепло. У древесины стандартно низкий коэффициент теплопроводности (0,17-0,31 Вт/ (моС)), поэтому дома из дерева хорошо сохраняют и тепло в зимнее время года, оно плохо проходит сквозь стены.

Теплопроводность зависит от породы дерева, плотности и влажности. Чем выше плотность и меньше содержание влаги, тем ниже теплопроводность. Из древесины с низкой теплопроводностью изготавливают имитатор бруса, который успешно выполняет не только декоративные функции, но и служит дополнительным слоем теплоизоляции.

Звукопроводность древесины. Способность проводить звук. Естественная звукопроводность сухой древесины выше, чем у воздуха, поэтому при строительстве используют дополнительную звукоизоляцию. Но также это свойство используется при проверке качества древесины. После удара по стволу здорового дерева должен раздаваться непрерывающийся звук, если же звук прерывается, это значит, что древесина гниет.

Электропроводность. Сопротивление древесины прохождению электрического тока. Электропроводность сухой древесины низкая, что позволяет использовать ее в качестве изоляционного материала, поэтому из нее зачастую изготавливается вагонка и имитатор бруса.

Но стоит помнить, что сопротивление древесины сильно понижается при высокой влажности (на чем основано устройство электронных влагомеров), а также при пропитке минеральными антисептиками.

Электронный влагомер в работе

Механические свойства

К механическим свойствам относят:

• прочность;
• твердость;
• способность изгибаться;
• ударную вязкость;
• способность удерживать металлические крепления.

Показатели механических свойств определяют экспериментально для отдельных древесных пород тестами с нагрузкой. Если для физических свойств большую роль играл процент содержания влаги, то механические характеристики больше зависят от структуры волокон конкретного дерева.

Важно! Деформация древесины возникает не только от механических повреждений, но и при неправильной сушке или хранении. Если хотите приобрести древесный строительный материал высокого качества, необходимо обратить внимание на условия, в котором он содержится.

Ударная вязкость. Способность древесины при ударе поглощать энергию без разрушений. Вязкость древесины у деревьев лиственных пород в 1,5-2 раза выше вязкости хвойных пород. Наибольшей вязкостью отличается древесина ясеня (8,9 Дж/кв. см), а наименьшей выделяются кедр (3,1 Дж/кв. см) и пихта (3,2 Дж/кв. см).

Износостойкость. Способность древесины противостоять разрушению в процессе трения. Чем больше плотность древесины, тем выше износостойкость. Эту характеристику важно учитывать при покупке паркетной доски, вагонки и других отделочных материалов, которым предстоит частый контакт с другими объектами.

Прочность. Способность древесины сопротивляться разрушению при механическом воздействии. Прочность зависит от породы древесины, плотности, влажности и наличия дефектов. По своей структуре древесина сама по себе весьма прочный материал, но так как она имеет волокнистую структуру, предел прочности напрямую зависит от характера и направления нагрузки.

Твердость. Способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. Чем выше твердость древесины, тем тяжелее ее обработка. Сильно зависит от плотности древесины, но определяется по методу Бринелля экспериментальным путем. Наиболее важный показатель при выборе напольного покрытия, ведь именно от него зависит, как быстро ваш паркет покроется царапинами и следами от каблуков.

Теплопроводность древесины. Теплотехника деревянных домов

23 ноября 2020

В любом здании внутренняя и внешняя поверхности нагреваются различно. В результате от точки большего нагрева к точке меньшего нагрева начинается поток тепла. Передача тепла в разных материалах происходит по-разному. На это влияет такое свойства материалов как теплопроводность.

Теплопроводность — свойство материалов проводить тепло от нагретой части к не нагретой вследствие хаотического движения частиц (молекул, атомов и т.д.). Происходит это в результате столкновения частиц. Столкновения именно хаотичного, а не направленного.

В рамках строительства домов при рассмотрении вопроса теплопроводности, потери тепла, когда стены имеют ровную поверхность, условно принимают передачу тепла как прямой, а не хаотичный поток. При этом и температура рассматривается не поверхности материала, а температуры внутри помещения и снаружи.

Рассмотрим особенности теплопроводности и потери тепла в деревянных домах.

Древесина как строительный материал

Не однократно уже указывалось в наших статьях, что строительный материал изначально, впрочем, часто и сейчас, привязывался к регионам строительства. Вполне естественно, что в России основным строительным материалом стала древесина разных пород деревьев с учетом места их произрастания.

В местах отсутствия леса, например, в степных районах, таким строительным материалом становился саман — смесь глины с соломой (именно эта идея лежит в изготовлении современного арболита). В местах выхода скалистых пород строительным материалом мог становиться натуральный камень. В первую очередь известняк, так как он легче поддавался обработке.

Но даже при наличии других строительных материалов предпочтение часто отдавалось древесине. Более того, происходит это и в настоящее время даже при условии наличия развитой транспортной сети и грузоперевозок строительных материалов.

Теплопроводность древесины

Строительство домов из дерева ведется как в отношении маленьких дачных домиков, небольших домов для постоянного проживания или загородного отдыха, так и в отношении больших коттеджей. Одним из важнейших факторов является достаточно низкая теплопроводность древесины. Сравним данные на конкретных примерах.

* Данные из СНиП II-А.7-62 Строительная теплотехника и СНиП II-3-79 Строительная теплотехника

Теплопроводность и другие свойства древесины разных пород деревьев

Если сравнить показатели в таблицах, то хорошо видно, что теплопроводность древесины ниже теплопроводности многих стеновых материалов. Лишь некоторые современные материалы приближаются, поэтому показатель с деревом (в таблицу не выведены данные по утеплителям, т.к. это не конструктивный материал, который будет рассмотрен в отдельной статье).

Изменение требований к теплосопротивлению ограждающих конструкций: слева R

При сравнении разных видов пород необходимо отметить, что на показатель теплопроводности древесины оказывает влияние её плотность и влажность. Плотность одной и тоже породы дерева может зависеть от места произрастания. По этой причине в таблице местами указаны несколько показателей.

Одной из самых «теплых» пород деревьев является кедр. Его коэффициент теплопроводности составляет 0,095 Вт/(м*С). Дом, построенный из кедра, будет очень хорошим вложением, так как позволит экономить на отоплении.

Ель также является хорошим решением для строительства в плане экономии на отоплении. Схожа с елью пихта, но только при условии, что нет повышенной смолистости. Именно смолистость сосны и её плотность отодвигает её на следующую позицию.

Плотность деревьев, особенно хвойных, очень зависит от места их произрастания, а это сказывается на теплопроводности. Показательным примером является именно сосна.

Так в северных районах России, например, Астраханская область, которая славится мачтовыми соснами с малой сбежестью ствола, готовой прирост у сосны не большой, древесина плотная. В Вологодской области часто предпочитают строить из ели, а не из сосны. В тоже время в южной тайге сосна имеет резкий прирост летом с древесиной меньшей плотности. В результате теплопроводность такой сосны ниже, но и сбежесть больше.

В строительстве закрепилась практика применения для расчетов усредненного коэффициента теплопроводности для деревянных домов на основе средних данных по сосне, то есть 0,15 Вт/(м* 0 С). В действительности, если рассматривать сухую древесину, то коэффициент теплопроводности составит 0,11 — 0,13 для ели, пихты, сосны и лиственницы и менее 0,1 Вт/(м* 0 С) для кедра. Эти показатели сопоставимы, например, с газосиликатным блоком автоклавного производства.

Толщина стены из дерева

С учетом коэффициента теплопроводности 0,11 — 0,13 1 Вт/(м* 0 С) и сопротивления теплопередаче для средней полосы европейской части России равной 3 м2* 0 С/Вт. Таким образом, толщина стены должна равняться 0,11*3=0,33 метра или 0,13*3=0,39 метра. С учетом этих показателей и применяется усредненный вариант толщины стены для сосны 37 см. Это норма для энерго- и теплосберегающих условий.

Для нас привычно, что стена в доме ровная, плоская. Учитывая тот факт, что тепло передается благодаря хаотичному движению частиц, но в условиях плоской стены можно говорить о прямолинейной передаче тепла от зоны с высокой температурой в зону с низкой. В условиях со стеной из бруса и лафета для энергоэффективного дома потребуется толщина стены 37 см.

Но в условиях с бревном ситуация будет выглядеть иначе. Закругленная поверхность «создаст» разнонаправленные векторы передачи тепла. В результате чего за толщину стены необходимо принимать диаметр бревна, а не его половину по самому узкому месту. Зону межвенцового паза или, как еще называют, теплового моста можно рассматривать как «мостик холода» аналогично раствору в кирпичной кладке.

Иными словами, в случае строительства дома из бревна, он должен строиться из бревна диаметром 37 см.

Здесь необходимо заметить, что толщина стены это только одно из условий энергоэффективности. Существует еще и понятие допустимых к эксплуатации условий когда, например, рассматривается температура помещений не 24 0 С, а 18 — 20 0 С.

Кроме этого возможна ситуация, когда строительство энергоэффективного дома оказывается нерациональным с учетом стоимости строительство и дальнейшего ремонта, расход на которые может оказаться выше экономии на отоплении. Если же посмотреть СНиП 30-ти летней давности, то выяснится, что достаточной была толщина стены из дерева в 2 — 3 раза тоньше.

Строить дом с большей толщиной стены и меньше тратить на отоплении или построить дом дешевле, но на отоплении тратить больше — это вопрос, на который каждый должен ответить для себя лично. Проектирование дома должно вестись с учетом ответа на этот вопрос.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, ЗВУКОПРОВОДНОСТЬ, ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ.

Теплопроводностью древесины называется ее способность проводить теплоту через свою толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность сухой древесины незначительна, что объясняется пористостью ее строения. Коэффициент теплопроводности древесины равен 0,12—0,39 Вт/(м-град). Полости, межклеточные и внутриклеточные пространства в сухой древесине заполнены воздухом, который является плохим проводником теплоты. Благодаря низкой теплопроводности древесина получила широкое распространение в строительстве.

Звукопроводностью называется свойство материала проводить звук; она характеризуется скоростью распространения звука в материале. В древесине быстрее всего звук распространяется вдоль волокон, медленнее — в радиальном и очень медленно — в тангенциальном направлениях. Звукопроводность древесины в продольном направлении в 16 раз, а в поперечном в 3—4 раза больше звукопроводности воздуха. Это отрицательное свойство древесины требует при устройстве деревянных перегородок, полов и потолков применения звукоизолирующих материалов. Звукопроводность древесины и ее способность резонировать (усиливать звук без искажения тона) широко используются при изготовлении музыкальных инструментов. Повышенная влажность древесины понижает ее звукопроводность. Наилучшей древесиной для изготовления музыкальных инструментов является древесина ели, пихты кавказской и сибирского кедра.

Электропроводность древесины характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Электропроводность древесины зависит от породы, температуры, направления волокон и ее влажности. Электропроводность сухой древесины незначительна. Это позволяет применять ее в качестве изоляционного материала. При увеличении влажности в диапазоне от 0 до 30% электрическое сопротивление падает в миллионы раз, а при увеличении влажности свыше 30% — в десятки раз. Электрическое сопротивление древесины вдоль волокон меньше в несколько раз, чем поперек волокон. Повышение температуры древесины приводит к уменьшению ее сопротивления примерно в 2 раза.

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ.

Древесина состоит из органических веществ, в состав которых входят химические элементы: углерод С (49,5%), водород Н (6,3%), кислород О (44,2%) и азот N (0,12%).

Химические элементы образуют сложные органические вещества. Главные из них — целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза — образуют клеточную стенку и составляют 95—99% массы абсолютно сухой древесины. К остальным относятся дубильные вещества и смолы.

Целлюлоза имеет широкое применение в народном хозяйстве. Она идет на изготовление бумаги, картона, ваты, искусственного шелка, меха и кожи, взрывчатых веществ, целлулоида, целлофана, вискозных, кордных нитей, фото- и кинопленок, лаков, пластмасс и др.

Лигнин используется в производстве пластмасс, ванилина, активированного угля и др.

Гемицеллюлозы при гидролизе образуют простые сахара. При химической переработке древесины из гемицеллюлоз получают много ценных продуктов, одним из которых является фурфурол. Фурфурол применяют в производстве пластмасс, синтетических волокон, смол, для приготовления медицинских препаратов.

Путем разделения древесины на волокна и последующего их прессования получают древесноволокнистые плиты.

Гидролизом (воздействием кислот) древесных отходов (щепы, опилок) можно получить этиловый спирт, глюкозу, кормовые дрожжи, фурфурол, метанол, скипидар, углекислоту и др.

При сухой перегонке древесины (нагревание при высокой температуре без доступа воздуха) получается древесный уголь, жижка и газообразные продукты.

При перегонке живицы (смолистого вещества хвойных пород) получают канифоль и скипидар. Канифоль и скипидар применяются в различных производствах: для получения мыла, лаков, красок, олиф, линолеума, смазок, в кожевенной и резиновой промышленности, медицине и др.

Дубильные вещества, или танниды, используют в кожевенной промышленности для дубления сырой кожи, что придает ей стойкость против гниения, эластичность, способность не разбухать. Танниды содержатся в ядре дуба (6—11%) и каштана (6—13%), а также в коре ивы, лиственницы, дуба, ели, пихты (от 5 до 16%).

Дубильные вещества растворимы в воде и спирте, легко окисляются, при соединении с солями железа дают темно-синюю окраску. Получают их путем экстрагирования горячей водой измельченной коры и древесины.

В живых клетках древесной зелени — тонких ветвях, листьях, а также и в молодой коре (хвое) — содержится много биологически активных элементов: витаминов, хлорофилла, каротина, ферментов, микроэлементов, фитонцидов и др. В хвое содержится аскорбиновой кислоты — витамина С — в 6 раз больше, чем в лимонах и апельсинах.

Биологически активные вещества могут иметь большое значение для медицины, животноводства и пищевой промышленности.

В хвойно-витаминной муке содержится каротина и витаминов значительно больше, чем в сене и других кормах, поэтому ее используют как ценную добавку к кормам для животных и птиц.

Широкое применение в медицине находит хлорофиллокаротиновая паста для лечения кожных заболеваний, ожогов, язв и других болезней.

Теплопроводность, звукопроводность, электропроводность древесины

Теплопроводностью древесины называется ее способность проводить тепло через свою толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность сухой древесины незначительна, что объясняется пористостью ее строения. Коэффи­циент теплопроводности древесины равен 0,1—0,35 ккал/м . град . ч. Полости, межклеточные и внутриклеточные пространства в сухой древесине заполнены воздухом, который является плохим проводником тепла. Благодаря низкой теплопроводности древесина получила широкое распространение как стеновой материал.

Плотная древесина проводит тепло несколько лучше рыхлой, влажность древесины повышает ее теплопроводность, так как вода по сравнению с воздухом является лучшим проводником тепла. Кроме того, теплопроводность древесины зависит от направления ее волокон и породы. Например, теплопроводность древесины вдоль волокон примерно вдвое больше, чем поперек.

Звукопроводностью называется свойство материала проводить звук; она характеризуется скоростью распространения звука в материале. В древесине быстрее всего звук распространяется вдоль волокон, медленнее в радиальном и очень медленно в тангентальном направлениях. Звукопроводность древесины в продольном направлении в 16 раз, а в поперечном в 3—4 раза больше звукопро­водности воздуха. Это отрицательное свойство древесины требует при устройстве деревянных перегородок, полов и потолков применения звукоизоли­рующих материалов. Звукопроводность древесины и ее способность резониро­вать (усиливать звук без искажения тона) широко используются при изготовлении музыкальных инструментов. Повышенная влажность древесины понижает ее звукопроводность.

Наилучшей древесиной для изготовления музыкальных инструментов является древесина ели, пихты кавказской и сибирского кедра.

Электропроводность древесины характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Электропроводность древесины зависит от юроды, темпештуры, направления волокон и ее влажности. Электропро­водность сухой древесины незначительна. Это позволяет применять ее в качестве изоляционного материала. При увеличении влажности в диапазоне от 0 до 30% электрическое сопротивление падает в миллионы раз, а при увеличении влажности свыше 30%— в десятки раз. Электрическое сопротивление древеси­ны вдоль волокон меньше в несколько раз, чем поперек волокон. Повышение те­мпературы древесины приводит к уменьшению ее сопротивления примерно в 2 раза.

Механические свойства древесины

Общие понятия о механических свойствах и испытаниях древесины

Механические свойства характеризуют способность древесины сопро­тивляться воздействию внешних сил (нагрузок). По характеру действия сил различают нагрузки статические, динамические, вибрационные и долговре­менные. Статическими называют нагрузки, возрастающие медленно и плавно. Динамические, или ударные, нагрузки действуют на тело мгновенно и в полную силу. Вибрационными называют нагрузки, у которых меняются и величина, и направление. Долговременные нагрузки действуют в течение очень продолжи­тельного времени.

Под воздействием внешних сил в древесине нарушается связь между отдель­ными ее частицами и изменяется форма. Из-за сопротивления древесины внешним нагрузкам в древесине возникают внутренние силы; если эти силы отнести к единице площади сечения (1 см 2 ), то получим напряжение. Напряжение выражается в килограммах на квадратный сантиметр (кгс/см 2 ).

Деформацией называется изменение формы и размеров древесины под действием внешних сил. Деформации, исчезающие после прекращения действия силы, называются упругими, а сохраняющиеся после снятия нагрузки — остаточными.

К механическим свойствам древесины относятся прочность, твердость, деформативность, ударная вязкость.

Прочность древесины

Прочностью называется способность материала сопротивляться разруше­нию под действием нагрузки. Прочность древесины зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Предел прочности древесины определяют на небольших, не имеющих пороков образцах в лабораториях. Методы испытания, а также формы и размеры испытываемых образцов установлены ГОСТами.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20—25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины.

Кроме влажности, на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок. Поэтому при проведении испытаний древесины придерживаются заданной скорости нагруже­ния на каждый вид испытания.

Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание.

Предел прочности при растяжении.Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см 2 . На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположе­ния волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперек волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, т. е. 65 кгс/см 2 . Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперек волокон. Прочность древесины поперек волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Предел прочности при сжатии.Различают сжатие вдоль и поперек волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах и образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в тве­рдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см 2 .

Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперек волокон не всегда можно точно устано­вить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперек волокон в радиальном и тангентальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангентальном; у хвойных, наоборот прочность выше при тангентальном сжатии.

Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжения сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон.

Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см 2 , т. е. в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперек волокон и перерезание.

Прочность при скапывании вдоль волокон составляет 1 /₅ часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), скалывание по тангентальной плоскости на 10—30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперек волокон в четыре раза выше прочности при скалывании вдоль волокон.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Основные физико-механические свойства

Строение древесных материалов. Макроструктура древесины. Основные физико-механические свойства.

Строительным материалом является только определенная часть ствола дерева – древесина. Дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны (совокупность ветвей, листьев, хвои). Ствол составляет 70-90% от всего объема дерева и имеет слоисто-волокнистую структуру, т. е. анизотропное строение.

Строение древесины изучают на трех разрезах ствола – поперечном или торцевом, радиальном, проходящем через ось ствола, и тангенциальном, параллельном оси ствола.

Древесина состоит из концентрически расположенных годичных слоев. Каждый годичный слой представлен ранней (весенней) и поздней (летней) древесиной. Ранняя древесина образуется весной и в начале лета͵ поздняя – летом и в начале осени. Чередуясь, ранняя и поздняя древесина создают слоистость в строении дерева. Летняя древесина является более плотной, чем весенняя.

Главным показателем механических свойств, древесины является ее прочность, способность противостоять расщеплению при воздействии внешних сил. Для определения технологичности очень важным показателем будет твердость, ᴛ.ᴇ. сопротивляемость обработке различным инструментом. Пластичность является также важным показателем технологичности, т.к. это свойство древесины изменять свою форму без признаков разрушения в процессе гнутья. Пластичность предполагает сохранение древесиной приданной гнутьем формы после снятия нагрузки. Упругость же, наоборот, предполагает восстановление первоначальной формы после снятия внешней нагрузки. Большое значение имеют плотность древесины, влажность, показатели усушки, разбухания, теплопроводности.

Рассмотрим их подробнее:

1. Плотность – физическая величина, определяемая отношением массы образца к его объему. Плотность древесины зависит от ее породы и влажности. С уменьшением влажности древесины снижается ее плотность, и она становится легче почти в 2 раза. Плотность поздней древесины годичного слоя в 2-3 раза больше, чем ранней.

При условии влажности не более 12% по показателям плотности древесину можно разделить на следующие группы:

• высокой плотности . 750 и выше
• средней плотности . 550 — 740
• малой плотности . 540 и ниже

(плотность базовых пород приведена в таблице 1).

2. Влажность – это свойство древесины, характеризующее количество содержащейся в ней влаги. Структура древесных волокон такова, что влага лучше всего проникает через торцевые поверхности. Влага, находящаяся в полостях клеток и межклеточном пространстве, принято называть свободной, а в клеточных стенках – связанной или гигроскопической. Под относительной влажностью подразумевается соотношение массы заключенной в ней влаги к массе сухой древесины. Влажная древесина труднее поддается отделке, но лучше гнется.

По степени влажности древесина может быть:

• абсолютно сухой (влажность равна 0%)
• комнатно-сухой (влажность от 8 до 15%)
• воздушно-сухой (влажность от 16 до 20%)
• полусухой (влажность от 21 до 23%)
• сырой (влаги более 23%)
• свежесрубленной (влажность от 40 до 75%)
• мокрой (влажность более 75%)

3. Теплопроводность – способность древесины проводить тепло через свою толщину от одной поверхности (слоя) к другой. Теплопроводность зависит от ряда факторов, основными из которых являются температура, влажность и плотность древесины, а также направление теплового потока относительно волокон. Вследствие пористого строения древесина плохо проводит тепло. Теплопроводность древесины вдоль волокон в 1,5-2,0 раза выше, чем поперек волокон. Влажная древесина имеет более низкий коэффициент теплопроводности. Вес древесины зависит от породы: хвойные имеют меньшую плотность, а следовательно, и меньшую теплопроводность. Превосходство по теплопроводности дерева над кирпичом очевидна, поскольку кирпичные стенки толщиной 510 мм (в два кирпича) обладают такими же термоизоляционными свойствами, как и стена из деревянного бруса толщиной 100 мм, а по стоимости эти материалы несравнимы. К тому же, деревянные стены «накапливают» тепло и распределяют его по всему помещению. В таком доме будет тепло даже в самый лютый мороз.

4. Звукопроводность – свойство дерева проводить звук. Звук в различных направлениях распространяется с неодинаковой интенсивностью. Звукопроводность древесины вдоль волокон в 4-5 раз выше, чем поперек волокон. Звукопроводность древесины несколько выше, чем у других материалов, что следует учитывать в жилищном строительстве, где необходима звукоизоляция перегородок, дверей и стен.

5. Электропроводность – это способность древесины проводить ток. Электропроводность древесины в основном зависит от ее влажности, породы, направления волокон и температуры. Древесина в сухом состоянии не проводит электрический ток, т. е. является диэлектриком, что позволяет применять ее в качестве изоляционного материала.

6. Усушка – это свойство древесины уменьшать свой общий объем вследствие испарения из неё влаги. Усушка прямо пропорциональна степени уменьшения влажности древесины. В различных направлениях древесина усыхает неодинаково. При уменьшении влажности от 30 до 0% усушка составляет следующие величины: вдоль волокон – 0,1%, по радиальному направлению – от 4 до 8%, по тангенциальному – от 8 до 12%.

7. Разбухание – процесс обратный усушке. Высокая гигроскопичность является причиной того, что древесина хорошо впитывает влагу, при этом она разбухает, увеличивается в объеме, в результате чего небольшие трещины исчезают. Избыток влаги в древесине ухудшает её физико-механические свойства. При сушке влага испаряется очень медленно. Повышенная влажность готового изделия приводит к изменению его геометрических размеров, короблению, что резко снижает её качество.

Механические и технологические свойства древесины.

Механические свойства древесины – прочность, твердость и ударная вязкость (см.табл.1). Эти свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних сил (растяжению, изгибу, сдвигу и кручению).

Теплопроводность и звукопроводность древесины

• ЖАНРЫ 360
• АВТОРЫ 275 944
• КНИГИ 649 620
• СЕРИИ 24 756
• ПОЛЬЗОВАТЕЛИ 608 121

Галина Алексеевна Серикова

Справочник мастера столярно-плотничных работ

Древесина представляет собой древнейший строительный и отделочный материал. Из нее можно изготовить и легкую красивую посуду, и построить дом. Это привело к тому, что постепенно сформировались и развились близкие, однако не идентичные ремесла – столярное и плотничное. В обоих случаях дело связано с обработкой древесины. Но если плотник может срубить дом, баню, возвести крышу, настелить пол, выполнить потолок, установить и разобрать строительные леса, сделать опалубку, то работа столяра более тонкая – изготовление мебели, отделка дома, изготовление и монтаж дверных и оконных блоков. Да и инструмент они используют разный. Для плотника это топор, пила, разнообразный электроинструмент, призванный облегчить обработку древесины. Столяр же редко берет в руки большой молоток и гвозди, чаще он манипулирует стамеской, долотом и др.

Отличие столярных работ от плотничных состоит и в более тщательной и тонкой отделке, абсолютной точности соединения деталей и элементов.

В наше время в дело идет не только цельная древесина, находят применение и отходы деревообрабатывающей промышленности, из которых производят ДСВ, ДВП, фанеру и другой необходимый материал. Пиломатериалы идут на изготовление внутренних стен и перегородок, окон и дверей, обрешетки, лестниц и перил. Чтобы ориентироваться в огромном количестве того, что предлагает современный строительный рынок, нужны знания, которыми мы поделимся на страницах этой книги. Разумеется, охватить всю информацию, подробно остановиться на каждом вопросе – это дело не одной книги. Тем не менее мы поможем заложить некую основу, которую каждый, кто заинтересуется плотничным или столярным ремеслом, сможет развивать и совершенствовать в дальнейшем.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДРЕВЕСИНЫ

Древесина как материал для различных конструкций относится к самым распространенным в строительстве, даже несмотря на то, что постоянно создаются, производятся и внедряются новые, более совершенные, часто лишенные ее недостатков материалы. Поскольку древесина имеет растительное происхождение, то им и обусловлены ее химические характеристики. В состав древесины входят органические вещества:

2) кислород – 44,2 %;

Химические элементы, из которых состоит древесина, образуют целлюлозу, гемицеллюлозу, лигнин, эфирные масла, смолы, а также дубильные и красящие вещества.

Древесина обладает рядом как положительных, так и отрицательных качеств, которые представлены в табл.1.

Таблица наглядно показывает, что достоинства древесины явно преобладают над ее недостатками, чем в конечном итоге и объясняется широкое применение данного материала в строительной индустрии. Кроме того, уровень современных технологий таков, что специальная обработка может существенно нивелировать отрицательные качества древесины. В этом не последнюю роль играет подбор пород деревьев, а также возможность производства древесных материалов из щепы и стружки.

Но, прежде чем использовать в строительных целях тот или иной сорт древесины, следует учесть, насколько ее строение и физико-механические свойства соответствуют конкретной области применения.

Древесина имеет достаточно сложное строение и состоит из элементарных клеток, образующих прочное соединение и различающихся размерами и формой.

Основной материал столяра и плотника – древесина, которая, в зависимости от того, от какой породы дерева она была получена, может иметь различные характеристики. Дерево состоит из кроны, ствола (видимые части) и корней (невидимаячасть), за которыми закреплены определенные функции.

Крону образуют ветви и листья (у хвойных – хвоя). В последних из углекислоты, которую они поглощают из воздуха, и поступающей от корней воды формируются органические вещества, обеспечивающие вегетацию этого растения.

Функции ствола состоят в том, что он осуществляет восходящий ток, при котором минеральные вещества, растворенные в воде, поднимаются от корней к кроне, и нисходящий ток, при котором органические вещества от листьев движутся вниз, а также поддерживает крону. Кроме того, он дает 50–90 % древесины, имеющей промышленное значение. При этом у ствола различают вершину (верхнюю часть) и комель (нижнюю часть). В процессе роста и развития на нем нарастают конусообразные слои древесины, причем каждый последующий из них имеет большую высоту и диаметр основания.

Корень – это своеобразное хранилище питательных веществ. Благодаря ему дерево удерживается в вертикальном положении.

В соответствии с тем, как распилен ствол, выделяют следующие плоскости (рис. 1):

1) торцовую (поперечную), при которой разрез перпендикулярен к оси ствола;

2) радиальную, при которой разрез проходит через сердцевину ствола;

3) тангенциальную, при которой разрез не совпадает с сердцевиной и находится на некотором расстоянии от нее.

Свойства и вид древесины зависят от характера выполненного распила.

Торцовый разрез (рис. 2) позволяет различить сердцевину, кору и годичные кольца древесины.

Узкая центральная часть ствола – это сердцевина, представляющая собой рыхлую ткань, которая на поперечном разрезе кажется небольшим (2–5 мм) пятнышком темного цвета, а на радиальном разрезе она выглядит как прямая или извилистая узкая полоска.

Снаружи дерево покрыто корой, которая представлена наружным (пробкой, коркой) и внутренним (лубом) слоями. Благодаря последнему органические вещества перемещаются по стволу от листьев к корню.

Рис. 1. Основные плоскости ствола дерева: 1 – торцовая; 2 – радиальная; 3 – тангенциальная