Физические и механические свойства древесины

Древесина обладает весьма разнообразными свойствами. Наиболее полно они раскрываются при изучении физических и механических свойств древесины.

• Физические свойства древесины. На свойства древесины большое влияние оказывает влажность. Воду, находящуюся в древесине, делят на три вида: капиллярную (или свободную), гигроскопическую и химически связанную. Капиллярная вода заполняет в древесине полости клеток, межклеточные пространства и сосуды. Гигроскопическая вода находится в стенках клеток. Химически связанная вода входит в химический состав веществ, образующих древесину. Основную массу воды в растущем дереве составляют капиллярная и гигроскопическая вода или только гигроскопическая вода. Состояние древесины, в которой отсутствует капиллярная вода и содержится только гигроскопическая, называется точкой насыщения волокон. В древесине разных пород она составляет 23...35%. При высыхании древесины влага постепенно испаряется с поверхности наружных слоев, а влага, оставшаяся в древесине, передвигается от внутренних слоев к наружным.

По степени влажности различают древесину: мокрую, све-жесрубленную (влажность 35% и выше), воздушно-сухую (влажность 15...20%) и комнатно-сухую (влажность 8... 12%)-

Гигроскопичностью древесины называют свойство ее поглощать из воздуха парообразную воду. Степень поглощения зависит от температуры воздуха и его относительной влажности.

Равновесной называют влажность, которую имеет древесина при продолжительном нахождении на воздухе с постоянной относительной влажностью и температурой. Равновесная влажность комнатно-сухой древесины составляет 8... 12%, поэтому до такой влажности высушивают паркетную клепку и древесину, используемую в помещениях.

Влажная древесина отдает влагу окруЖ310' щему воздуху, а сухая поглощает ее. Поскольку влажность воздуха не постоянна, влажность древесины также меняется-Изменение влажности древесины от нуля до точки насыщения волокон вызывает изменение объема древесины. Последнее приводит к разбуханию и усушке, короблению древесины и появ-лению трещин. Для уменьшения гигроскопичности и водопогло-щения древесину покрывают лакокрасочными материалами или пропитывают различными веществами.

Плотность древесины зависит от объема пор и влажности и характеризует ее физико-механические свойства (прочность, теплопроводность, водопоглощение). Показатель плотности используют при определении коэффициента качества, который находят отношением предела прочности при сжатии к плотности. У сосны он равен 0, 6, а дуба — 0, 57.

Пористость древесины хвойных пород колеблется от 46 до 85%, лиственных — от 32 до 80%.

Усушкой древесины называют уменьшение ее линейных размеров и объема при высыхании. Испарение капиллярной воды не сопровождается усушкой. Последняя происходит только при испарении гигроскопической влаги. При этом уменьшается толщина водных оболочек, мицеллы сближаются друг с другом и уменьшаются размеры древесины. Ввиду неоднородности строения древесина усыхает или разбухает в различных направлениях не одинаково.

Свойство неравномерного изменения линейных размеров в различных направлениях является одним из отрицательных свойств дерева как строительного материала. Медленное высыхание древесины обеспечивает более равномерную усушку и дает Меньше трещин. Неравномерная усушка древесины в различных направлениях вызывает различные напряжения, в связи с чем древесина коробится и покрывается трещинами. В круглом брев не трещины располагаются радиально. Доски, вырезанные ближе к сердцевине ствола, коробятся меньше, чем доски, выпиленные ближе к поверхности бревна.

Набуханием называют способность древесины увеличивать свои размеры и объем при поглощении воды, пропитывающей оболочки клеток. Древесина разбухает при поглощении влаги до точки насыщения волокон. Набухание, как и усушка, не одинаково в разных направлениях. Набухание древесины вдоль волокон составляет 0, 1...0, 8%, в радиальном направлении — 3...5% и в тангентальном — 6... 12%.

Теплопроводность древесины невелика, она зависит от характера пористости, влажности, направления волокон, породы и плотности дерева, а также от температуры. Теплопроводность древесины вдоль волокон примерно в 1, 8 раза больше, чем поперек волокон. В среднем она составляет 0, 16...0, 30 Вт/(м-°С). С увеличением плотности и влажности уменьшается количество воздуха, находящегося в пустотах, в связи с чем теплопроводность древесины увеличивается.

Электропроводность древесины зависит от ее влажности. Электрическое сопротивление сухой древесины в среднем составляет 75-Ю7 Ом-см, а сырой — в 10 раз меньше. Древесину используют при электропроводке в качестве досок, розеток и т. д.

Водопроницаемость древесины зависит от породы дерева, первоначальной влажности, характера разреза (торцового, радиального, тангентального), местоположения древесины в стволе (ядро, заболонь), ширины годичных слоев, возраста древесины. Водопроницаемость вдоль волокон больше, чем через радиальную и тангентальную поверхности. Характеризуется водопроницаемость древесины количеством воды, профильтровавшейся через поверхность образца (г/см2).

Стойкость древесины к действию кислот, щелочей и воды. Длительное действие кислот и щелочей разрушает древесину, и чем выше концентрация, тем сильнее их разрушающее действие. Слабощелочные растворы не разрушают древесину. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рН^2, тогда как разрушение бетона и стали начинается при рН^4. По исследованиям С. И. Ванина, хвойные породы более стойки к действию серной, азотной, соляной и уксусной кислот и едкого натра, чем лиственные, а из хвойных пород наибольшей стойкостью обладает лиственница. В морской воде древесина сохраняется хуже, чем в речной. В воде большой бактериологической агрессивности стойкость древесины низка, поэтому ее не применяют в сетях канализации.

• Механические свойства древесины как анизотропного материала не одинаковы в различных направлениях. Механические свойства древесины зависят от многих факторов: с увеличением влажности прочность древесины снижается; древесина большой плотности имеет более высокую прочность; на прочность древесины влияют процент поздней древесины, наличие пороков, гнили, старение.

Прочность древесины при сжатии. Усилия к конструктивному элементу могут быть приложены с учетом строения древесины вдоль или поперек волокон, поэтому различают сжатие вдоль и поперек волокон. Для испытания на сжатие вдоль волокон берут образцы древесины без сучков в виде прямоугольной призмы размером 20X20X30 мм при размере древесины не менее 30 мм вдоль волокон и испытывают на прессе.

Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон с влажностью 12% в зависимости от породы дерева меняется в широких пределах — от 30 до 80 МПа. Предел прочности древесины при сжатии поперек волокон значительно меньше, чем при сжатии вдоль волокон, и составляет: в радиальном направлении для пихты — 4, 1 МПа, граба — 25, 6

Прочность древесины на растяжение. Древесина имеет высокий показатель прочности на растяжение вдоль волокон. Для наших основных пород эта величина меняется от 80 до 190 МПа. Однако трудность передачи, § /до усилий, заключающаяся в том, что в закрепленных концах деревянной детали возникают напряжения смятия и скалывания, которым Древесина сопротивляется плохо, не позволяет широко использовать древесину в конструкциях, работающих на растяжение.

Прочность древесины на статический изгиб высока, благодаря чему ее широко применяют для элементов зданий и сооружений, работают» на изгиб (балки, бруски, стропила, фермы и т. д.). Предел Пр0чХ ности древесины на изгиб определяют на образцах-балочках размером 20X20X300 мм. Для различных пород он СОСТЭВЛЯРТ

50...100 МПа (при влажности 12%).

Предел прочности древесины на изгиб должен быть приведен к влажности 12%. У лиственных пород прочность при изгибе в радиальном и тангентальном направлениях практически одинакова, а у хвойных прочность в тангентальном направлении немного больше, чем в радиальном. Прочность на статический изгиб зависит от тех же факторов, что и прочность при сжатии.

Прочность древесины на скалывание вдоль волокон невысокая— 6, 5...14, 5 МПа. Сопротивление перерезыванию древесины поперек волокон в 3...4 раза выше сопротивления скалыванию вдоль волокон, но чистый срез обычно не имеет места, так как одновременно происходит смятие и изгиб волокон. В строительных конструкциях древесина часто работает на скалывание вдоль волокон, например в стропильных фермах и других элементах конструкций. Вместе с тем следует иметь в виду, что в настоящее время на передовых предприятиях наблюдается тенденция к переходу на стандартную влажность древесины, равную 12%.

46. Виды растворов, применяемых в транспортном строительстве, их характеристика!!!!!!!!!!

Растворы для каменной кладки и монтажа стен из панелей и крупных блоков. Вид и состав растворов зависят от расчетных напряжений и условий эксплуатации кладки. Кладку надземных конструкций, работающих при небольших напряжениях, следует выполнять на растворах, содержащих дешевые местные вяжущие вещества: известь, известково-шлаковое, известково-пуццолановое вяжущее. В растворах для кладки фундаментов при наличии агрессивных сульфатных вод применяют сульфатостойкие цементы, для монтажа крупноблочных и крупнопанельных стен — портландцемент, шлакопортландцемент, а также портландцемента с органическими добавками. Подвижность растворной смеси выбирают с учетом назначения раствора.

При кладке из камней правильной формы основное значение имеет не марка скрепляющего раствора, а прочность камней. Поэтому подбор состава строительного раствора не требует такой точности, как определение состава бетона. Состав растворов обычно назначают, используя готовые таблицы, и корректируют их по результатам испытания в строительной лаборатории.

При использовании органических пластификаторов указанные в таблице составы корректируют в сторону уменьшения расхода вяжущего, т. е. они будут более экономичны. В то же время в растворе любого состава должно содержаться такое количество вяжущего, которое обеспечивает получение удобоукладываемой смеси и затвердевшего раствора необходимой плотности, прочности и долговечности. Так, в цементно-известковых растворах для надземных конструкций минимальный расход вяжущего на 1 м3 песка установлен 75 кг, а в растворах для подземных конструкций —-100 кг.

При кладке растворов зимой скорость твердения сильно замедляется, поэтому используют раствор, имеющий марку на одну-две ступени выше, чем летом.

В необходимых случаях при возведении каменных, крупноблочных и крупнопанельных конструкций в зимних условиях применяют растворы прочностью 5 МПа и выше с потивоморозными добавками (поташом, нитритом натрия, нитритом кальция с мочевиной и др.). Температура кладочного раствора в момент укладки должна быть не менее 15°С при температуре наружного воздуха от —11 до —20°С и не менее 20 °С при температуре наружного воздуха ниже —20 °С. Раствор для монтажных швов крупнопанельных и крупноблочных стен в момент его разравнивания должен быть на 10 °С теплее, чем для обычной кладки.

Отделочные растворы делят на штукатурные и декоративные. Применение этих растворов в построечных условиях (т. е. при оштукатуривании мокрым способом) допускается в виде исключения, когда обоснована невозможность использования индустриальных методов отделки поверхностей. Для обычных штукатурок чаще всего применяют цементные, известковые, цементно-известковые и известково-гипсовые растворы.

Известковые растворы хорошо сцепляются с основанием и относительно мало изменяются в объеме при колебаниях температуры и влажности окружающего воздуха. Эти растворы рекомендуется применять для оштукатуривания внутренних стен, перегородок, перекрытий в помещениях с относительной влажностью воздуха меньше 60%, а также наружных стен, не подвергающихся систематическому увлажнению. Известковые растворы медленно твердеют и долго просыхают.

Цементно-известковые и цементные растворы используют для получения прочных быстротвердеющих и водостойких штукатурок. Их применяют для оштукатуривания цоколей, карнизов, парапетов, наружных стен и других конструкций, систематически увлажняющихся при эксплуатации.

Известково-гипсовыми растворами оштукатуривают внутренние деревянные и каменные стены, а также наружные стены в районах с устойчивым сухим климатом. Введение гипсового вяжущего существенно увеличивает скорость твердения и прочность сцепления известкового раствора с основанием, особенно деревянным.

Перед употреблением в дело штукатурные растворы обязательно процеживают через сита, удаляя посторонние включения и комья непромешанного раствора.

Декоративные растворы и составы предназначены для придания определенных архитектурно-художественных качеств фасадам и интерьерам зданий. Чаще всего декоративные цветные растворы используют при заводской отделке лицевых поверхностей стеновых панелей и крупных блоков. В зависимости от вида отделки применяют декоративные растворы (известково-песчаные, цементно-песчаные и др.), а также декоративные составы (полимер-цементные, цементно-перхлорвиниловые и т. п.). Кроме прочности на сжатие и необходимого сцепления с основанием декоративные растворы должны в течение всего периода эксплуатации сохранять первоначальный цвет, текстуру и другие качества независимо от воздействия окружающей среды. Поэтому к таким растворам предъявляют повышенные требования по моро-зо-, свето- и водостойкости. Стабильность этих показателей во времени зависит в основном от свойств использованных при изготовлении растворов материалов.

В качестве вяжущих для декоративных растворов и составов, наносимых на наружные поверхности зданий, применяют белый и цветные портланддементы, полимерцементы. Для отделки интерьеров чаще используют известь, гипсовые вяжущие, гипсополимерцемент, цемент-но-перхлорвиниловое вяжущее. Красящими добавками служат свето-, щелоче- и кислотостойкие пигменты природного или искусственного происхождения, например оксид хрома, железный сурик, графит и др. Из белых пигментов наиболее пригодны мраморная мука, белый портландцемент.

В качестве заполнителей используют промытые кварцевые пески или каменную крошку, получаемую при дроблении горных пород. Применяют также керамическую, стеклянную, угольную, сланцевую, пластмассовую крошку с размером частиц 2...5 мм, приклеиваемую на полимерцементном составе (внешняя отделка) или водоэмульсионной краске (отделка интерьеров). В необходимых случаях для получения искрящихся поверхностей в состав раствора вводят слюду или дробленое стекло.

Гидроизоляционные растворы состава 1: 2, 5 или 1: 3, 5 (цемент: песок по массе) используют для гидроизоляционных слоев, стяжек, штукатурок. Их изготовляют на портландцементе, сульфатостойком портландцементе, расширяющемся цементе.

Рентгенозащитный раствор приготовляют на портландцементе или шлакопортландцементе и баритовом песке (BaSCj) не крупнее 1, 25 мм с добавкой в раствор легких элементов (литий, бор и т. п.).

Акустические растворы используют для штукатурки, обеспечивающей снижение уровня шума в помещении. Их изготовляют на портландцементе, шлакопортландцементе, извести, гипсовых вяжущих или их смесях и на однофракционном (3...5 мм) пористом песке (из перлита, пемзы, керамзита и т. п.), что обеспечивает таким растворам открытую (незамкнутую) пористость и низкую среднюю плотность (600... 1200 кг/м3).