3.4. Важнейшие свойства древесины

Физические свойства. Влажность и гигроскопичность. По содержа-М1ПЧ нлаги различают мокрую древесину с влажностью до 100 % и

•шит; свежесрубленную — 35 % и выше; воздушно-сухую — 15...20 %; | "мпотно-сухую — 8...12 % и абсолютно сухую древесину, высушенную

|п постоянной массы при температуре 103 + 2° С. Стандартной • читают влажность древесины 12 %, при которой определяют и срав-ЧШЧШ1Т ее свойства.

Пода в древесине может находиться в двух состояниях — свободном II физически связанном.

Свободная или капиллярная вода заполняет полости клеток и сосудов и межклеточное пространство. Связанная или гигроскопическая вода находится в стенках клеток и сосудов древесины в виде тончайших | ипритных оболочек на поверхности мельчайших элементов, слагаю­щих стенки клеток.

Влажность древесины, когда стенки клеток насыщены водой (пре-

дельное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточ­ные пространства свободны от воды (отсутствие капиллярной воды), называют пределом гигроскопической влажности или точкой насыще­нии подокон. Для древесины различных пород она находится в пределах от 23 до 35 % (в среднем 30 %).

Древесина, имея волокнистое строение и большую пористость (от

'О до 80 %), обладает огромной внутренней поверхностью, которая

Активно сорбирует водяные пары из воздуха. Влажность, которую приобретает древесина в результате длительного нахождения на воздухе . постоянной температурой и влажностью, называется равновесной.

Между равновесной влажностью древесины и параметрами окружающего воздуха (относительной влажностью и температурой) существует определенная зависимость.

Гигроскопическая вода, покрывая поверхность мельчайших частиц в стенках клеток водными оболочками, увеличивает и раздвигает их. При этом объем и масса древесины увеличиваются, а прочность снижается. Свободная вода, накапливаясь в полостях клеток, сущест­венно не изменяет расстояния между элементами древесины и поэтому почти не влияет на ее прочность и объем, увеличивая лишь массу и теплопроводность.

Усушка а разбухание. Как уже отмечалось, изменение влажности древесины от 0 до предела гигроскопичности вызывает изменение ее линейных размеров и объема — усушку или разбухание, величина

которых зависит от количества испарив­шейся или поглощенной ею влаги и на­правления волокон. Вдоль волокон линейная усушка для большин­ства древесных пород не превышает 0,1%, в радиальном направлении — 3...6 %, а в тангентальном — 7...12 %. Это сопро­вождается возникновением внутренних напряжений в древесине, что может вы­звать ее коробление и растрескивание. Так, боковые края досок стремятся вы­гнуться в сторону выпуклости годовых слоев. Наибольшему короблению под­вержены доски, выполненные ближе к поверхности бревна, и широкие доски .

Плотность, Вещественный состав древесины различных пород приблизи­тельно один и тот же, поэтому истинная плотность древесины — величина по­стоянная и составляет 1,54 г/см³.

Средняя плотность древесины раз­ных пород и даже одной и той же породы зависит от многих факторов, связанных с условиями роста дерева. У большинства древесных по­род плотность сухой древесины меньше 1000 кг/м³, т. е. меньше плотности воды. С изменением влажности средняя плотность древесины меняется, поэтому принято сравнивать плотность древесины при одной и той же стандартной влажности, равной 12%.

Пористость древесины главнейших пород, применяемых в строительстве,— 50...70 %.

Теплопроводность. Древесина как мате­риал высокопористого и волокнистого строения характеризуется относительно низкой теплопроводностью. Однако вслед­ствие анизотропности теплопроводность вдоль и поперек волокон отличается при­мерно в два раза [например, для сосны вдоль волокон — 0,35 Вт/(м • К), а в поперечном направлении — 0,17 Вт/(м • К)].

Стойкость древесины к действию агрессивных сред. При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рН < 2. Слабощелочные растворы почти не разрушают древесину. В морской воде древесина сохраняется значитель­но хуже, чем в пресной (речной, озерной) воде. В воде большой биологиче­ской агрессивности стойкость древеси­ны низкая.

Механические свойства. Прочность древесины (материала волок­нистого строения) имеет большое различие вдоль и поперек волокон (при растяжении вдоль волокон в 20...30 раз, а при сжатии в 3...6 раз больше, чем поперек волокон). Прочность древесины зависит от того, Под каким углом к волокнам направлено разрушающее усилие, а также от породы дерева, плотности, косвенно характеризующей пористость древесины, наличия пороков и особенно от влажности в пределах 0 ,.30 % . Поэтому при определении механических свойств нргнссины необходимо всегда учитывать ее влажность, направление •н'йствия нагрузки и применять стандартные образны, не имеющие троков (так называемые «малые чистые образцы»).

Прочность при сжатии вдоль волокон достаточно высока и состав-

ляет в среднем 40...60 МПа, т. е. сопоставима с прочностью бетона. Это объясняется тем, что пустотелые волокна древесины работают как жесткие пространственные элементы.

Прочность при сжатии поперек волокон составляет примерно 0,15...0,3 от предела прочности вдоль волокон. Это объясняется тем, что при сжатии поперек волокон в дей­ствительности происходит смятие волокон древесины без явного разрушения стенок. Поэтому за прочность в этом случае прини­мают условный предел прочности, равный наибольшему напряжению, при котором еще сохраняется линейная зависимость между на­пряжением и деформацией.

Прочность при растяжении вдоль волокон в 2...3 раза больше прочности при сжатии в этом направлении и составляет 100... 120 МПа. Прочность при растяжении сильно зависит от наличия некоторых пороков (сучки, косослой и др.), но мало изменяется от влажности.

Прочность при изгибе в 1 , 5. . .2 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон, но несколько меньше прочности при растяжении и составляет в среднем 60... ПО МПа. Прочность при изтибе у древесины значительно выше, чем у большинства строительных материалов (бе­тон, керамика и т. д.) и сопоставима с прочностью металлов.

Прочность древесины при скалывании и перерезании имеет важное значение для соединения деревянных элементов (для врубок, шпонок, нагелей и т. д.).

При скалывании вдоль волокон целостность самих древесных волокон не нарушается, а разрушение древесины происходит вследствие нару­шения сцепления между волокнами. Предел прочности при скалыва­нии вдоль волокон составляет 10. ..20 % от предела прочности при сжатии в этом же направлении.

При перерезании внешние силы направлены перпендикулярно во­локнам. Для разрушения древесины в этом случае необходимо разрезать волокна, что значительно трудней, чем расщепить. Поэтому предел прочности при перерезании в 3...4 раза выше, чем при скалывании.

Зависимость прочности от влажности. В связи с тем, что механиче­ские свойства древесины зависят от влажности, для полу­чения сравнимых результатов испытания прочность древесины .при фактической влажности пересчитывают на прочность при стандартной 12 %-ной влажности.

Кроме того, при долговременном действии нагрузки разрушение древесины наступает при напряжениях меньших, чем при стандартных ч питаниях. Так, предел долговременного сопротивления при изгибе составляет 0,6...0,65 от предела прочности при стандартном испытании.

При многократных нагружениях наблюдается усталость древеси­ны. Предел выносливости при изгибе равен в среднем 0,2 от статического предела прочности.

ОСНОВНЫЕ ДРЕВЕСНЫЕ ПОРОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Древесные породы по ряду биологических признаков принято делить хвойные и лиственные. Такое же деление принято и в строительстве.

Хвойные породы в средней полосе составляют основные запасы (еловой древесины. В строительстве в основном применяется древесина хвойных пород, отличающаяся правильным (с меньшим количе-!Т1шм пороков) строением ствола и большей устойчивостью к загниванию, которая связана со смолистостью хвойной древесины. Из хвойных пород чаще всего применяют сосну, лиственницу, ель, пихту, кедр.

Сосна — наиболее распространенная хвойная порода. Древесина сосны светло-золотистого цвета; она характеризуется высокими физи­ко-механическими и эксплуатационными свойствами и хорошо под­дается обработке. Из сосны изготовляют несущие деревянные конструкции, различные столярные изделия, фанеру и др.

Древесина лиственницы по внешнему виду напоминает древесину сосны, но обладает большей плотностью и прочностью. Цвет ее более темный, чем у сосны. Древесина лиственницы характеризуется повы­шенной стойкостью против загнивания в условиях переменной влаж­ности благодаря высокой смолистости. Поэтому ее применяют для гидротехнических и подземных сооружений, а также для изготовления шпал.

Ель — распространенная хвойная порода, древесина которой отли­чается малой смолистостью при относительно высоких прочностных показателях. Однако при использовании в сырых местах быстро загни­вает. Из ели изготавливают строительные конструкции, эксплуатиру­емые в сухих условиях.

Древесина пихты белого цвета, по внешнему виду напоминает древесину ели. Физико-механические ее свойства близки к свойствам ели, однако она еще менее стойка к загниванию. В строительстве используют для тех же целей, что и древесину ели.

Кедр имеет легкую прочную и хорошо обрабатывающуюся древе­сину. Его применяют в столярном и мебельном производстве. Лиственные породы в строительстве используют значительно реже, чем хвойные. Среди многообразия лиственных, пород наибольшее применение в строительстве нашли дуб, ясень, бук, береза, осина.

Дуб обладает тяжелой, плотной, твердой и очень прочной древеси­ной желтоватого цвета с красивой текстурой; она хорошо сохраняется как на воздухе, так и под водой. Из дуба делают высококачественный паркет, фанеру, мебель.

Ясень имеет тяжелую, твердую и прочную древесину, по виду и строению напоминающую древесину дуба, но более светлой окраски.

Бук имеет плотную и прочную древесину белого цвета с краснова­тым оттенком. Бук применяют для изготовления паркета, фанеры, высококачественных столярных изделий и мебели.

Береза — самая распространенная в наших лесах лиственная поро­да. Древесина ее твердая и прочная, но недолговечная в условиях попеременного увлажнения и высушивания. Это основное сырье для изготовления фанеры, столярных изделий и мебели.

Осина имеет мягкую и легкую древесину белого цвета с зеленоватым оттенком; во влажном состоянии она быстро загнивает. Осина легко раскалывается вдоль волокон, поэтому применяется для изготовления фанеры, кровельных материалов (щепы, гонта, лемеха) и тары.

CМ «4-5» ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

4

Общие сведения

Сырьем для получения природных каменных материалов служат горные породы.

Горные породы — это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся под влиянием одинаковых условий.

Магматические породы (первичные)

Осадочные породы (вторичные)

Метаморфические (видоизмененные) породы

Минералы — это вещества, являющиеся продуктами физико-химических процессов, происходящих в земной коре, и обладающие определенным химическим составом, однородным строением и характерными физическими свойствами. В природе известно несколько тысяч минералов, но в образовании горных пород участвуют лишь около 50, их называют породообразующими. Горные породы могут состоять из одного минерала (мономинеральные) или нескольких (полиминеральные).

Природные каменные материалы и изделия получают путем механической обработки горных пород, т. е. дробления, раскалывания, распиловки, отески, шлифовки (щебень, плиты, штучные камни, архитектурно-декоративные детали) или даже без обработки (песок, гравий). Свойства горной породы, из которой они получены, сохраняются почти полиостью. Строительные свойства горных пород и каменных изделий из них в значительной степени определяются химическим составом и физическими и механическими свойствами породообразующих минералов.

Магматические (первичные) горные породы образовались при охлаждении и отвердевании магмы.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате последующих изменений первичных и вторичных пород, связанных со сложными физико-химическими процессами, происходившими в земной коре.

В качестве природных каменных материалов в строительстве используют горные породы, которые обладают необходимыми строительными свойствами.

По геологической классификации горные породы подразделяют на три типа:

1) изверженные (первичные), 2) осадочные (вторичные) и 3) метаморфические (видоизменённые).

1) Изверженные (первичные) горные породы образовались при остывании поднявшейся из глубин земли расплавленной магмы. Строения и свойства изверженных горных пород в значительной степени зависят от условия остывания магмы, в связи с чем эти породы подразделяют на глубинные и излившиеся.

2) Осадочные (вторичные) горные породы образовались из первичных (изверженных) горных пород под воздействием температурных перепадов, солнечной радиации, действия воды, атмосферных газов и др. В связи с этим осадочные горные породы подразделяют на обломочные (рыхлые), химические и органогенные.

3) Метаморфические (видоизменённые) горные породы образовались из изверженных и осадочных горных пород под влиянием высоких температур и давлений в процессе поднятия и опускания земной коры. К ним относят глинистый сланец, мрамор, кварцит.

Классификация и основные виды природных каменных материалов.

По способу получения каменные материалы подразделяют на рваный камень (бут) – добывают взрывным способом; грубоколотый камень – получают раскалыванием без обработки; дроблёный – получают дроблением (щебень, искусственный песок); сортированный камень (булыжник, гравий).

Щебень – остроугольные куски горных пород размером от 5 до 70 мм, получаемые при механическом или природном дроблении бута (рваный камень) или естественных камней. Его используют в качестве крупного заполнителя для приготовления бетонных смесей, устройства оснований.

Гравий – окатанные куски горных пород размером от 5 до 120 мм, также используется для приготовления искусственных гравийно-щебёночных смесей.

– рыхлая смесь зёрен горных пород размером от 0,14 до 5 мм. Он образуется обычно в результате выветривания горных пород, но может быть получен и искусственным путём – дроблением гравия, щебня, и кусков горных пород.

Выбор каменных материалов зависит от архитектурного решения и возможностей финансирования строительства. Выбирая природный камень, следует помнить, что под влиянием природных факторов светлые пористые породы быстро запыляются, теряют насыщенность цветового тона, от чего страдает внешний вид отделки фундаментов. Поэтому для облицовки фундаментов выбирают твердые и средней твердости виды камней, обладающие достаточной прочностью и атмосферостойкостью. Фактуру лицевой поверхности природного камня подбирают в зависимости от выбора архитектурного решения и технической возможности той или иной обработки в условиях строительной площадки.

Чаще всего для облицовки цоколей используют гранит, как наиболее стойкую породу, структура которой не подвластна времени. Гранит представляет собой магматическую изверженную глубинную породу, отличающуюся своими исключительными строительными и декоративными качествами. Прочность гранитного камня достигает 120 — 250 МПа с объемной массой 260 — 270 кг/м3. Мрамор для облицовки цокольной части используют редко, так как под воздействием кислотных осадков мрамор желтеет, покрывается ржавыми потеками. Базальт, несмотря на свои хорошие эксплуатационные качества, трудно обрабатывается до стандартных облицовочных блоков, поэтому в облицовке практически не применяется. В связи с низкой прочностью мягких каменных материалов — известняка, туфа и т.п. их применение для облицовки фундаментов нежелательно.