Структура и свойства дерева

Для дерева характерны волокнистая структура, анизотропия и неоднородность. Структура дерева предопределяет его физические и механические свойства.

Волокнистая структура дерева

Дерево образуют линейные волокна целлюлозы и волокна гемицеллюлозы, ветвящиеся в пространстве сетей макромолекул лигнина. Они размещены в стенках клеток разного типа, которые имеют преимущественно волокнистую форму и в большинстве случаев расположены продольно стволу. Клетки, которые укрепляют жесткость дерева, выпoлняют несущую функцию. Это так называемые древесные волокна. На свойства дерева значительно влияют толщина и строение клеточных стенок отдельных древесных волокон, а также их объем и положение в структуре дерева.

Анизотропия дерева

Это природное качество дерева сказывается на различных прочностных, влажностных и других его свойствах. Дерево изменяет их в зависимости от направления своих волокон. Древесину можно обрабатывать: параллельно волокнам (вдоль ствола) и перпендикулярно волокнам - в радиальном направлении по отношению к годичным кольцам и в тангенциальном направлении. В строительной практике у конструктивных элементов, как правило, различают только направление вдоль волокон и поперек волокон.

Неоднородность дерева

Это свойство продиктовано неравномерным макроскопическим строением дерева, связанным с шириной годичных колец. Речь идет о так называемых естественных дефектах: сучьях, смоляных кармашках, отклонении волокон и т.п. Из-за неоднородности дерева существуют относительно более широкие различия в его свойствах по срав¬нению с металлами, пластмассами или многими минеральными веществами.

Прочностные свойства дерева

При напряжении дерева на изгиб или растяжении параллельно волокнам соотношение его прочности и массы сравнимо с показателями алюминиевых сплавов, т. е. значительно лучше, чем у стали. Прочность дерева на растяжение перпендикулярно волокнам и на скалывание параллельно волокнам, однако, сравнительно низка.

Реологические свойства дерева

На устойчивость дерева к деформации влияет продолжительность нагрузки. Реологические свойства дерева нагляднее всего проявляются при напряжении на изгиб и при изменении уровня влажности и перепадах температуры. Дерево хорошо противостоит кратковременному воздействию и легко восстанавливается после разовых нагрузок.

Обрабатываемость дерева

По сравнению с другими конструктивными материалами дерево чрезвычайно удобно для обработки, причем как простыми ручными инструментами, таки промышленными методами.

Влажностные свойства дерева

Влажностью называется доля массы воды, которую содержит дерево, выраженная в процентах (абсолютная и относительная влажность). У влажного дерева различают так называемую свободную воду, которая находится в клетках и межклеточных пространствах, и связанную воду, содержащуюся в стенках клеток. При высыхании прежде всего испаряется свободная вода, причем изменение объема свободной воды практически не влияет на механические свойства и на размеры деревянных элементов.

Состояние, при котором дерево теоретически не содержит свободной воды, а клеточные стенки имеют при этом максимальную влажность, называется точкой насы¬щения волокон, у большей части древесины она составляет обычно от 25 до 30 % влажности дерева. Снижение влажности дерева ниже точки насыщения волокон сопровождается измене¬нием его объема. Изменение размеров при уменьшении влажности определяется как усыхание дерева, и, наоборот, увеличение размеров в результате набора влаги - как набухание. Благо¬даря анизотропной структуре дерева влажностные деформации различны в разных направлениях к волокнам и годичным кольцам и зависят также от плотности дерева. На практике следует учитывать прежде всего деформации в направлении, перпендикулярном волокнам. Такие изменения влажности дерева оказывают большое влияние на его прочность и размеры (при снижении влажности прочность в целом повышается, но дерево усыхает). Вот почему правильная оценка климатических условий в месте строительства деревянных домов – важное условие обеспечения долговечности и постоянства формы деревянных элементов. Эксплуатационная влажность дерева должна быть несколько выше, чем спроектированная равновесная влажность (приблизительно на 2 %), чтобы изделия не усыхали, что особенно опасно в соединительных элементах, поскольку при водит к их ослаблению.

Соединение частей дерева

Взаимная связь деревянных элементов конструкции или их соединение с другими материалами осуществляется с помощью гвоздей, болтов, штифтов, скоб, винтов, стыковых плит либо клеевых соединений.

Долговечность дерева

Дерево - органический материал, который может быть испорчен биологическими вредителями (гнилью, плесневым грибком, насекомыми). При правильном конструктивном решении и использовании химической защиты долговечность деревянных элементов в сооружениях чрезвычайно высока.

Горючесть дерева

Натуральное, не обработанное специальными составами дерево обладает хорошей горючестью, однако конструкции, плотно сложенные из элементов с массивными сечениями, становятся пожароустойчивыми.