Прочностные свойства древесины

Прочностные свойства древесины

Прочность древесины увеличивается с увеличением ее плотности. При определении плотности древесины следует всегда отмечать, при каком проценте влажности были проведены замеры массы и объема древесины. Обычно плотность древесины замеряется при воздушно-сухой влажности, при этом замеры массы и объема проводятся при 15% или 12% влажности древесины. Часто используется сухо-свежая (базисная) плотность, при этом масса древесины замеряется в сухом состоянии, а объем – в условиях влажности, превышающей предел насыщения (около 30 %). Основными лесными породами в Финляндии являются сосна, ель и береза, при этом сосна и ель – самые распространенные породы в строительстве. Плотность древесины финской сосны составляет 370 – 550 кг/м3, ели 300 – 470 кг/м3 и березы 590 – 740 кг/м3.

В годичных кольцах часть древесины весеннего прироста имеет светлый цвет и явно рыхлее по сравнению с более темной частью летней древесины. У здоровой сосны доля летней древесины составляет в среднем 25%, а у ели - 15%. В отношении прочности самый оптимальный промежуток годичных колец у финских хвойных пород составляет 1­1,5 мм, при этом преобладает доля летней древесины. Малый размер промежутка между годичными кольцами не всегда указывает на высокую плотность и прочность древесины. Например, в финской Лапландии ежегодный прирост сосны состоит практически только из весенней, более пористой древесины, при этом промежутки между годичными кольцами очень малы. Поэтому, древесина сосны с севера Финляндии менее плотна и легче по весу по сравнению с древесиной сосны, выросшей в средней и южной частях Финляндии.

Прочность ядровой древесины не зависит от ее плотности, так как у основных финских пород, сосны, ели и березы плотность древесины увеличивается от сердцевины к заболони. Высокая прочность ядровой древесины объясняется высоким содержанием в ней смолы, повышающей сопротивляемость древесины воздействию гнили и насекомых-вредителей. У основных финских пород плотность и прочность древесины немного снижаются от комля к вершине. При этом разница в плотности и прочности древесины частей ствола у сосны выше, чем у ели. С возрастом плотность древесины  увеличивается у таких пород деревьев, у которых плотность древесины в поперечном сечении возрастает от сердцевины к поверхностным слоям.

На показатели прочности древесины существенно влияет обстоятельство, в каком направлении волокон древесине сообщается нагрузка. Прочность на изгиб вдоль волокон  определяется  плотностью древесины. Прочность на изгиб бездефектной древесины с равномерной структурой равна прочности на растяжение.

Предел прочности древесины на растяжение вдоль волокон обычно в 10–20 раз выше предела прочности поперек волокон. Прочность на растяжение зависит от плотности древесины. Например, прочность на растяжение весенней древесины сосны в 6 раз ниже по сравнению с летней древесиной. Прочность воздушно-сухой древесины при растяжении вдоль волокон примерно в 2 раза больше прочности при сжатии в этом направлении.

Предел прочности при скалывании вдоль волокон составляет 10-20% от предела прочности при растяжении в этом же направлении. Прочность при скалывании снижается при наличии в древесине сучков, а также иных дефектов и трещин. 

С возрастанием плотности древесины возрастают ее упругость и износостойкость. Модуль упругости в продольном направлении волокон может даже в сто раз превышать модуль упругости в поперечном направлении. Модуль упругости в радиальном направлении примерно в два раза выше модуля упругости в тангенциальном направлении.

Поскольку свойства древесины могут сильно меняться в зависимости от разных факторов, древесину следует сортировать в соответствии с назначением. При сортировании древесины в первую очередь применяют два основных критерия: внешний вид и прочностные свойства. При сортировании древесины по качественным и прочностным характеристикам около 90 % определяющих качество критериев связано с сучковатостью древесины. Сортировка по прочности проводится визуальным или машинным способом.