Древесные материалы

 

Основные физико-механические свойства древесины

 

Главным показателем механических свойств древесины является ее прочность, способность противостоять расщеплению при воздействии внешних сил. Для определения технологичности очень важным показателем будет твердость, т.е. 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.

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 основных пород приведена в таблице 1).

 

Таблица1. 

2. Влажность.

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, называется свободной, а в клеточных стенках - связанной или гигроскопической. Под относительной влажностью подразумевается соотношение массы заключенной в ней влаги к массе сухой древесины.

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%)

(в таблице 2, в приложении, приведены показатели средней влажности древесины в свежесрубленном состоянии).

Таблица 2.

 

3. Теплопроводность.

Способность древесины проводить тепло от одной поверхности к другой. Теплопроводность зависит от ее влажности и объемного веса. 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 очевидно, 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.

5. Усушка.

Уменьшение общего объема древесины из-за испарения из нее 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%.

6. 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 ее физико-механические свойства. При сушке влага испаряется очень медленно. Повышенная влажность готового изделия приводит к изменению его геометрических размеров, короблению, что резко снижает ее качество.

 

 

Гниение древесины  и защита

 

Гниение древесины может  происходить лишь при создании определенных условий: температура – от 0 до 50 град. C, доступ кислорода, влажность воздуха – 80–100%, влажность самой древесины – не менее 15–20%. Оговорка при упоминании о температуре не случайна: существуют грибы, не останавливающие свой рост и при нескольких градусах ниже нуля.

В идеале, борьбу с возможным  гниением древесины начинают еще  на стадии производства и хранения пиломатериалов. Влажность свежесрубленной  древесины меняется по сезонам, но в  среднем составляет 60–80%, поэтому  ее необходимо подвергать сушке. Самый  доступный вариант – естественная сушка, заключающаяся в не менее  чем годовом «вылеживании».

Особого внимания заслуживают  конструктивные мероприятия, предупреждающие  совместное воздействие избыточного  увлажнения и промерзания деревянных конструкций, резкой смены температур, конденсации влаги, недостаточной  циркуляции воздуха. Защиту древесины  от атмосферной влаги обеспечивают водонепроницаемая кровля и окраска  водостойкими лакокрасочными материалами, от капиллярной влаги – соответствующая  гидроизоляция. Избежать конденсационного увлажнения можно, правильно разместив  тепло- и пароизолирующие слои (первый – ближе к наружной, т. е. холодной поверхности, второй – напротив, ближе к внутренней, т. е. теплой).

Разумеется, деревянные конструкции  должны опираться на фундаменты и  располагаться выше уровня грунта. Не следует забывать об отводе грунтовых  вод (дренаже) и устройстве отмосток. Повышению биостойкости способствует хорошее проветривание древесины, обеспечивающее ее естественное высыхание в процессе эксплуатации. Поэтому желательно, чтобы рядом с домом не росли большие деревья, создающие затенение и препятствующие аэрации. Весомый вклад в предупреждение гнилостных поражений деревянных стен может внести обшивка их досками. Особенно с торцов, поскольку торцевой срез является наиболее «слабым местом», и проникание влаги происходит здесь гораздо быстрее и глубже.

Своевременному обнаружению  загнивания способствуют тщательные ежегодные  осмотры деревянных конструкций. Оптимальное  время для этого – весна. Признаками, определяющими начало разрушительной деятельности грибов, являются: изменение  внешнего вида древесины, появление  характерного запаха и деформация постройки. При обнаружении загнивания следует  взять пробы поврежденной древесины  для того, чтобы выяснить ее влажность  и плотность, а также вид гриба-разрушителя.

В результате гниения физико-механические характеристики древесины заметно  меняются. При 15%-ой влажности плотность гнилой древесины в 2–3 раза меньше, а ее твердость в 20–30 раз ниже, чем здоровой. От плотности зависит способность деревянных элементов справляться с ролью несущих конструкций. И если на окладных венцах обнаружены очаги загнивания и одновременно с этим наблюдаются перекосы оконных и дверных проемов или подвижки наружных и внутренних стен – значит, свои функции эти венцы уже не выполняют.

В зависимости от размеров и степени поражения древесины  принимается решение либо о проведении полной замены поврежденных конструкций, либо о локализации поврежденных мест с целью предупреждения дальнейшего  распространения «инфекции».

Локализация подразумевает:

вскрытие конструкций, если они были облицованы какими-либо отделочными материалами; удаление разрушенной части древесины с помощью карщетки, скребка или ножовки (при этом вся гнилая древесина тщательно собирается и сжигается); антисептирование.

В домашних условиях доступны следующие способы антисептирования: диффузионный (обмазка пастами); поверхностный, т. е. антисептирование растворами, наносимыми кистями или методом опрыскивания. Антисептические пасты состоят из антисептика, клея и наполнителя, обеспечивающего необходимую консистенцию пасты. Так, битумная паста получается путем добавления в расплавленный битум зеленого масла, фторида натрия и торфяного порошка. Силикатная паста представляет собой смесь кремнефторида натрия, жидкого стекла и каменноугольного масла. Используются также экстрактовые и глино-экстрактовые пасты на фтористом или кремнефтористом натрии. При влажности древесины более 40% входящий в состав пасты антисептик растворяется и интенсивно проникает (диффундирует) в древесину. При уменьшении влажности диффузия прекращается.

Для антисептирования здоровой древесины часто применяют 5%-ый раствор бихромата калия в 5%-ой серной кислоте. Им рекомендуется обрабатывать не только древесину, но и землю на глубину до 0,5 метра. Эффективным средством для пропитки балок и нижних венцов является водный раствор бихромата калия. Образующаяся окись хрома надежно защищает древесину не только от гниения, но и от поражения личинками насекомых.

 

Возгорание древесины  и защита

 

Горение представляет собой  процесс термического разложения древесины, состоящий из пламенной фазы и тления, при котором происходит движение кислорода в толщу древесины.

Горение может происходить  только в том случае, когда имеется достаточный приток кислорода, а сама теплота сгорания не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков древесины до температуры воспламенения. Температура воспламенения, т. е. момент вспышки горючих газов для различных пород древесины колеблется в сравнительно небольших пределах — от 250 до 300°. Длительный нагрев древесины при температуре 120—150° сопровождается медленным и постепенным обугливанием, с образованием при этом самовоспламеняющегося на воздухе угля, весьма опасного для незащищенных деревянных элементов.

Воспламеняемость древесины  связана с ее объемным весом, влажностью, мощностью внешнего источника нагрева, формой сечения деревянного элемента, скоростью воздушного потока (тяги), положением элемента в тепловом потоке (горизонтальное,, вертикальное) и т, п. Решающее значение для процесса горения имеет калорийность материала. Сухая и легкая древесина воспламеняется быстрее, чем плотная (дуб и т. п.). Мокрая древесина труднее воспламеняется, так как до воспламенения необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается. Круглые и массивные элементы горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами и относительно развитой боковой поверхностью. Не струганная поверхность элементов, подобная рыхлой древесине, воспламеняется быстрее, чем гладкая.

Хорошие результаты дает пропитка древесины в горячих и холодных ваннах. Для такой пропитки применяется аммофос— белый кристаллический порошок, представляющий собой аммониальные соли фосфорной кислоты, сернокислый аммоний (технический), диаммонийсфат (технический), не вызывающие коррозии стали.

Для получения раствора, обладающего одновременно огнезащитными  и антисептическими свойствами, в  состав добавляется фтористый натрий.

Более простым, но менее эффективным  средством огнезащиты деревянных элементов  является поверхностная их пропитка путем погружения на 2—3 часа в водный раствор солей (фосфорнокислый, сернокислый  аммоний и т. п.) или поверхностная двух трех кратная обработка (краскопультом или кистью) водными огнезащитными растворами того же состава. При этом раствор проникает на глубину 1 — 1,5 мм.

Наконец, еще одним и  также простым средством является окраска поверхностей деревянных элементов  специальными огнезащитными силикатными и другими красками или обмазка огнезащитным составом (суперфосфатом и др.).

Все огнезащитные окраски  и обмазки частично задерживают  возгорание. При высоких температурах древесина под покровом краски или  обмазки подвергается сухой перегонке, с выделением продуктов разложения — горючих газов, выходящих наружу, с последующим выпучиванием и  разрывом покрова. При этом горение  газовых струй происходит в значительном отдалении от поверхности древесины  при уменьшенном подогревающем  действии пламени и замедленной  скорости и распаде древесины. Огнезащитное действие окраски и обмазки объясняется  также теплоизолирующим действием  их покрова, который у некоторых  красок способен при действии высоких  температур значительно увеличиваться  в объеме, образуя пену или пузыри, отдаляющие начало сухой перегонки  дерева.

 

Полуфабрикаты и  строительные изделия

 

Полуфабрикаты и строительные изделия изготовляют из хвойных  и лиственных пород с влажностью не выше 12% для чистого пола и 15% -для  других деталей.

В зависимости от вида обработки  к этой группе материалов из древесины  относят: строганные бруски, строганные и шпунтовые доски для настила чистых полов, паркет, фанеру, профильные материалы - плинтусы, галтели, перильные поручни, наличники и др.

Шпунтовые доски в отличие от обычной обрезной доски имеют с одной стороны кромки шпунт (выемку), а с другой - гребень, входящий в шпунт соседней доски. Шпунт и гребень, с помощью которых доски плотно подгоняют, могут иметь различную форму - прямоугольную, треугольную, трапецеидальную и сегментную. Шпунтованные доски используют для настилки пола, устройства перегородок и других работ.