Свойства древесины как строительного материала
Физические свойства
Плотность. Древесина относится к классу легких конструкционных материалов. Ее плотность зависит от относительного объема пор и содержания в них влаги. Стандартная плотность древесины должна определяться при влажности 12%. Свежерубленая древесина имеет плотность 850 кг/м3. Расчетная плотность древесины хвойных пород в составе конструкций в помещениях со стандартной влажностью воздуха 12% принимают равной 500 кг/м3., в помещении с влажностью воздуха более 75% и на открытом воздухе – 600 кг/м3.
Температурное расширение. Линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения, в древесине различно вдоль и под углами к волокнам.
Коэффициент линейного расширения α вдоль волокон составляет (3 ÷ 5) · 10-6, что позволяет строить деревянные здания без температурных швов. Поперек волокон древесины этот коэффициент меньше в 7 – 10 раз.
Теплопроводность древесины благодаря ее трубчатому строению очень мала, особенно поперек волокон. Коэффициент теплопроводности сухой древесины поперек волокон λ ≈ 0,14Вт/м·ºС. Брус толщиной 15 см эквивалентен по теплопроводности кирпичной стене толщиной в 2,5 кирпича (51 см).
Теплоемкость древесины значительна, коэффициент теплоемкости сухой древесины составляет С = 1,6КДЖ/кг·ºС.
Еще одним ценным свойством древесины является ее стойкость ко многим химическим и биологическим агрессивным среда. Она является химически более стойким материалом, чем металл и железобетон. При обычной температуре плавиковая, фосфорная и соляная (низкой концентрации) кислоты не разрушают древесину. Большинство органических кислот при
|
|
обычной температуре не ослабляют древесину, поэтому она часто используется для конструкций в условиях химически агрессивных сред.
Механические свойства древесины.
Прочность. Древесина относится к материалам средней прочности, однако, ее
относительная прочность с учетом малой плотности позволяет сравнивать ее со сталью.
Древесина является анизотропным материалом, поэтому ее прочность зависит от направления действия усилий по отношению к волокнам. При действии усилий вдоль волокон, оболочки клеток работают в самых благоприятных условиях и древесина показывает наибольшую прочность.
Средний предел прочности древесины сосны без пороков вдоль волокон составляет:
При растяжении – 100 МПа.
При изгибе – 80 МПа.
При сжатии – 44 МПа.
При растяжении, сжатии и скалывании поперек волокон эта величина не превосходит 6,5 МПа. Наличие пороков значительно (~ на30%) снижает прочность древесины при сжатии и изгибе, а особенно (~ на 70%) при растяжении. Длительность действия нагрузки существенно влияет на прочность древесины. При неограниченно длительном нагружении ее прочность характеризуется пределом длительного сопротивления, который составляет только 0,5 предела прочности при стандартном нагружении. Наибольшую прочность, в 1,5 раза превышающую кратковременную, древесина показывает при кратчайших ударных и взрывных нагрузках.
Вибрационные нагрузки, вызывающие переменные по знаку напряжения, снижают ее прочность.
Жесткость древесины (ее степень деформативности под действием нагрузки)
|
|
существенно зависит от направления действия нагрузок по отношению к волокнам, их длительности и влажности древесины. Жесткость определяется модулем упругости Е.
Для хвойных пород вдоль волокон Е = 15000 МПа. В СНиП II-25-80 модуль упругости для любой породы древесины Ео = 10000 МПа. Е90 = 400 МПа.
При повышенной влажности, температура, а также при совместном действии
постоянных и временных нагрузок значение Е снижается коэффициентами условия работы mв,
mт, mд < 1.
Влияние влажности. Изменение влажности в пределах от 0% до 30% приводит к снижению прочности древесины на 30% от максимальной. Дальнейшее изменение влажности не приводит к снижению прочности древесины.
Поперечное изменение влажности (усушка и разбухание) приводят к
короблению древесины. Наибольшая усушка происходит поперек волокон,
перпендикулярно годичным слоям. Деформации усушки развиваются
неравномерно от поверхности.
Конструктивные меры борьбы с гниением древесины в сооружениях.
Гниение – это разрушение древесины простейшими растительными организмами – дереворазрушающими грибками. Некоторые грибы поражают еще растущие и высыхающие деревья в лесу. Складские грибы разрушают лесоматериал во время хранения их на складах.
Домовые грибы – (мерилиус, пория и др.) разрушают древесину строительных конструкций в процессе эксплуатации.
Грибы развиваются из клеток – спор, которые легко переносятся движением воздуха.
Прирастая, споры образуют плодовое тело и грибницу гриба – источник новых спор.
Защита от гниения
1. Стерилизация древесины в процессе высокотемпературной сушки. Прогрев древесины при t > 80оС, что приводит к гибели спор грибов, грибниц и плодовых тел гриба.
2. Конструктивная защита предполагает режим эксплуатации, когда влажность древесины W<20% (наименьшая влажность при которой могут расти грибы).
2.1. Защита древесины от атмосферной влаги – гидроизоляция покрытий, необходимый уклон кровли.
2.2. Защита от конденсационной влаги – пароизоляция, проветривание конструкций (осушающие продухи).
2.3. Защита от увлажнения капиллярной влагой (от земли) – устройство гидроизоляции.
Деревянные конструкции должны опираться на фундамент (с битумной или рубероидной изоляцией) выше уровня грунта или пола минимум на 15 см.
3. Химическая защита от гниения необходима, когда увлажнение древесины неизбежно.
Химическая защита заключается в пропитке ядовитыми для грибов веществами – антисептиками(водорастворимые и масляные).