Vlastnosti dřeva

Struktura a složení dřeva. Dřevo, jako materiál včelího původu, se vyznačuje výraznou heterogenitou své struktury. Dřevo jakéhokoli druhu stromu se skládá z propojených podlouhlých buněk směřujících podél kmene. Kromě těchto buněk obsahuje dřevo několik slabých tenkostěnných buněk, které mají radiální směr a tvoří radiální pruhy nazývané medulární paprsky. Dřeňové paprsky se dělí na primární, které začínají od jádra, a sekundární, které vycházejí v určité vzdálenosti od něj. Oba jádrové paprsky zasahují do kůry kmene. Jsou to slabá místa dřeva; podél nich se objevují trhliny v radiálním smršťování.

Průřez kmenem odhaluje soustředné vrstvy, z nichž každá odpovídá ročnímu období růstu stromu a nazývá se roční vrstva. Růstové podmínky stromů ovlivňují tvorbu jednoletých vrstev. Každá roční vrstva se skládá z volnější a světlejší vnitřní zóny jarního (raného) dřeva a hustší a tmavší vnější zóny letního (pozdního) dřeva. Čím vyšší je relativní obsah letního dřeva, tím je dřevo daného kmene hutnější, těžší a pevnější.
Kmen stromu se skládá z dřeně (dřeňové trubky), což je volné a slabé pletivo, a dřeva, skládajícího se z jednoletých vrstev (vrstev) kolem dřeně až po kůru, od níž je dřevo odděleno kambiální vrstvou, který ukládá vrstvy dřeva, jak strom roste. U některých druhů (borovice, modřín, cedr, dub) dřevo střední části kmene s přibývajícím věkem tmavne a nazývá se jádro, zatímco vnější část zůstává světlá a nazývá se běl. U ostatních druhů (smrk, jedle, buk) se dřevo střední části kmene, které zabírá místo jádra, barevně neliší od bělového dřeva a nazývá se vyzrálé dřevo. Vrstva bělového dřeva rychleji vysychá a vlhčí, snadněji hnije a snadněji se ohýbá než jádrové nebo vyzrálé dřevo.

Hlavními látkami, které tvoří dřevo, jsou celulóza a lignin, jejichž obsah dosahuje 85 % hmotnosti jeho dřeva. Buněčné stěny se skládají převážně z celulózy a dalších látek jsou inkrustovány, jakoby mechanicky uloženy v celulózovém skeletu. Chemické složení celulózy je určeno vzorcem C6H10O5, zatímco chemická struktura ligninu nebyla dosud přesně stanovena.

Přirozené vady zdravého dřeva. I zdravé, čerstvě pokácené dřevo má nevyhnutelné vady související s růstovými podmínkami jednotlivého stromu. Hlavní přirozené vady jsou: vyklenutí, zakřivení kmene, křížení, kroucení, uzlování. Tyto vady zhoršují mechanickou pevnost dřeva. U dřeva používaného pro výrobu inženýrských konstrukcí by měla být přítomnost vad omezena kvantitativně i kvalitativně.
Vlhkost, smršťování a bobtnání. Dřevo všech druhů obsahuje značné množství vody. Voda ve dřevě může být chemicky vázaná (v buněčných stěnách) a volná (v dutinách). Volná voda se odpařuje a může způsobit vysychání dřeva. Určitá vlhkost a teplota okolního vzduchu odpovídá určité vlhkosti dřeva, která se nazývá rovnovážná vlhkost. Vlhkost dřeva v konstrukcích a konstrukcích se tak neustále mění a s určitým zpožděním sleduje kolísání vlhkosti a teploty okolního vzduchu.

V objektech chráněných před atmosférickou nebo průmyslovou vlhkostí přebírá dřevo tzv. vzduchosuchý stav. Vlhkost dřeva sušeného na vzduchu je 12-18%. Dřevo s vlhkostí 18-23% se nazývá polosuché a dřevo s vlhkostí 23-45% se nazývá mokré. Čerstvě nařezané dřevo má vlhkost 70-80%.
Změna obsahu vlhkosti dřeva způsobuje změnu jeho velikosti, nazývanou smršťování a bobtnání. Ke smršťování a bobtnání dochází pouze při kolísání vlhkosti dřeva od 0 do 30 % (do bodu nasycení vláken při vlhkosti dřeva nad 30 % zůstává jeho objem konstantní); Smršťování a bobtnání dřeva v různých směrech vzhledem ke směru jeho vláken je různé. Když čerstvě nařezané dřevo vyschne do absolutně suchého stavu, smrštění kolísá (v %): podél vláken 0,10–0,20, napříč vlákny v radiálním směru 5,00–8,50, napříč vlákny ve směru ročních vrstev (v v. tečný směr) 4,00-14,00.

Rýže. 1. Vztah mezi smrštěním dřeva přes vlákno a jeho vlhkostí

Změny velikosti způsobené smršťováním nebo bobtnáním dřeva při úrovních vlhkosti od 0 do 25 % jsou přímo úměrné změnám vlhkosti v procentech. Pokud je vlhkost dřeva vyšší než 30 %, jeho rozměry se nemění. Na Obr. Obrázek 1 ukazuje závislost velikosti smrštění nebo bobtnání na změnách vlhkosti dřeva. Smršťování dřeva se naplno projeví ve všech směrech až tehdy, když vysychání probíhá víceméně rovnoměrně v celé tloušťce materiálu, ke kterému dochází při sušení tenkého řeziva. Při sušení silných trámů a polen dřevo na vnějším povrchu dříve vysychá a ztvrdne, čímž se zabrání smršťování vnitřních vrstev, které vysychají později. Vlivem různého smršťování dřeva v radiálních a tangenciálních korekcích a nerovnoměrného sesychání materiálu dochází k jeho kroucení. Na Obr. Obrázek 2 ukazuje deformaci desek při sušení. Tomuto zborcení prken lze předejít jejich správným položením během schnutí, které zabrání kroucení. Tahové síly spojené se sušením dřeva ve směru

Rýže. 2. Deformování desek nařezaných ze surových kmenů

letokruhy mohou způsobit výskyt podélných radiálních trhlin, hlavně podél dřeňových paprsků, jako nejslabších míst. Na koncích se také objevují radiální praskliny. Aby se zabránilo prasklinám, musí být sušení dřeva prováděno racionálně, aniž by to způsobilo vznik nebezpečného napětí. Aby se zabránilo koncovým trhlinám při přirozeném vysychání dřeva na vzduchu, je nutné oddálit odpařování vlhkosti z těchto povrchů nátěrem olejovou barvou. Největší účinek v boji proti tvorbě trhlin při umělém sušení dřeva má elektrické sušení vysokofrekvenčními proudy. Tato metoda umožňuje sušit rozměrné řezivo, jako jsou trámy o rozměrech stran do 20 cm, bez prasklin.

Objemová hmotnost. Měrná hmotnost pevné hmoty stěn dřevěných buněk je téměř nezávislá na druhu dřeva a je asi 1,5. Pro praktické účely je však důležité znát nikoli měrnou hmotnost pevné hmoty dřevěných buněk, ale hmotnost jednotkového objemu dřeva ve formě, v jaké se nachází v budovách, tedy s obsahem buňky, vlhkost a vzduch. Hmotnost jednotky objemu dřeva se nazývá objemová hmotnost a obvykle se vyjadřuje v tunách nebo kilogramech na metr krychlový. Objemová hmotnost dřeva stanovená při stejné vlhkosti se značně liší nejen pro různé druhy, ale také v rámci stejného druhu. Ke změně objemové hmotnosti dřeva dochází i po délce kmene, a to v důsledku rozdílné hustoty dřeva tupého a vrchního. Nejpravděpodobnější hmotnosti dřeva oblíbených druhů, které lze použít jako vodítko při výpočtu vlastních hmotností konstrukčních prvků.

Tepelné vlastnosti. Tepelná roztažnost dřeva je výrazně menší než u jiných stavebních materiálů. Koeficient lineární roztažnosti dřeva podél vlákna lze v průměru považovat za přibližně 5 • 10-6. Tepelná roztažnost dřeva přes vlákno je několikanásobně větší než podél vlákna. V práci a designu však nejsou podstatné. Tepelná vodivost dřeva je také nízká, je asi 5krát menší než u železobetonu a 200-250krát menší než u oceli. Vzhledem k nízké tepelné vodivosti dřeva se víceméně krátkodobým ohřevem dřevěných prvků zvenčí výrazně nezmění počáteční teplota v jejich tloušťce. Nízká tepelná vodivost dřeva v kombinaci s nízkým koeficientem tepelné roztažnosti vylučuje možnost instalace dilatačních spár do dřevěných konstrukcí.

Vliv chemických vlivů na dřevo. V mnoha průmyslových prostorách vzduch obsahuje nečistoty, které dřevu škodí. Mezi nimi jsou anhydridy a páry kyselin. Anhydridy síry a oxidu siřičitého, které absorbují vodu, se mění na odpovídající kyseliny, které ničí dřevo.

Přístup ke kapkové vodě za těchto podmínek usnadňuje rozvoj lézí dřeva. S rostoucí teplotou je ničení intenzivnější. Kyselina dusičná a oxidy dusíku působí především na ligninovou část dřeva. Organické kyseliny mají na dřevo malý vliv.

Destrukce dřeva chemickými činidly začíná na povrchu, postupně proniká hluboko do prvku. Pokud mají dřevěné prvky dostatečně velký průřez (tlusté trámy), pak nebezpečná destrukce dřeva trvá určitou dobu, počítanou na roky i desetiletí. Dřevo je každopádně chemicky odolnější než řada jiných stavebních materiálů a především kovy. Poslední okolnost činí racionální použití dřevěných konstrukcí v podnicích chemického průmyslu.

Hlavní vlastnosti dřeva, které je třeba vzít v úvahu při výběru materiálu.

Pro správný výběr dřeva pro vnější i vnitřní práci je nutné pochopit jeho silné a slabé stránky. Důležité jsou navíc jak základní vlastnosti dřevěného materiálu, tak vlastnosti jeho jednotlivých druhů, kterým jsme se již věnovali v jiném článku; Zde prozkoumáme hlavní soubor vlastností dřeva jako materiálu, které vždy berou v úvahu zkušení stavitelé a tesaři.

Fyzikální vlastnosti

Hustota. Fyzikální veličina, kterou lze definovat poměrem hmotnosti k objemu. Avšak vzhledem k tomu, že hmotnost dřeva je silně ovlivněna jeho vlhkostí, je obvyklé vypočítat hustotu pro srovnání a klasifikaci s použitím jediné vlhkosti 12 %.

Pro hustotu se používá následující klasifikace (jako příklad jsou uvedeny pouze některé horniny):

Vlhkost. Poměr hmotnosti vlhkosti k hmotnosti absolutně suchého dřeva, vyjádřený v %. Podle vlhkosti se dřevo dělí do následujících skupin:

• absolutně suché (neexistuje prakticky žádná vlhkost), získané v důsledku sušení při teplotě 105 stupňů Celsia;
• pokojově suché (vlhkost 8-12 %), sušení se přirozeně vyskytuje uvnitř;
• suché umělé sušení (vlhkost 12-18%), sušení probíhá průmyslově ve speciálních zařízeních;
• atmosféricky suchý (vlhkost 18-23 %), sušení probíhá přirozeně na čerstvém vzduchu;
• mokro (vlhkost více než 23 %);
• mokré (od 100% vlhkosti), některé čerstvě nařezané druhy a dřevo, které dlouho leželo ve vodě.

Barva. Jedna z nejdůležitějších vnějších vlastností dřeva. Zohledňuje se při výběru dřevin pro výzdobu interiéru, například šindel, imitace dřeva nebo parketové desky, stejně jako při výrobě nábytku. Barevné odstíny dřeva se velmi liší (od žluté po fialovou).

Lesk. Schopnost dřeva cíleně odrážet světlo od svého povrchu. Záleží na druhu a hladkosti povrchu a odstínu dřeva. Světlé dřevo se navíc bude lesknout lépe než dřevo tmavé.

Nejvyšší stupeň lesku je charakteristický pro bělové dřevo osiky, jeřábu, vrby a borovice (stupeň lesku je podle výsledků výzkumu od 12 do 16 %).

Tepelná vodivost. Schopnost dřeva vést teplo. Dřevo má standardně nízký součinitel tepelné vodivosti (0,17-0,31 W/(moC)), proto dřevostavby v zimě dobře udržují teplo, špatně prochází stěnami.

Tepelná vodivost závisí na druhu dřeva, hustotě a vlhkosti. Čím vyšší je hustota a čím nižší je obsah vlhkosti, tím nižší je tepelná vodivost. Ze dřeva s nízkou tepelnou vodivostí vytvářejí imitaci dřeva, která úspěšně plní nejen dekorativní funkce, ale slouží také jako další vrstva tepelné izolace.

Zvuková vodivost dřeva. Schopnost vést zvuk. Přirozená zvuková vodivost suchého dřeva je vyšší než u vzduchu, proto se při stavbě používá dodatečná zvuková izolace. Tato vlastnost se ale využívá i při kontrole kvality dřeva. Když narazíte na kmen zdravého stromu, měli byste slyšet nepřetržitý zvuk, pokud je zvuk přerušen, znamená to, že dřevo hnije.

Elektrická vodivost. Odolnost dřeva proti průchodu elektrického proudu. Elektrická vodivost suchého dřeva je nízká, což umožňuje jeho použití jako izolačního materiálu, proto se často používá k výrobě obkladů a imitací dřeva.

Je však třeba si uvědomit, že odolnost dřeva je výrazně snížena při vysoké vlhkosti (což je základem pro návrh elektronických vlhkoměrů), stejně jako při impregnaci minerálními antiseptiky.

Mechanické vlastnosti

Mezi mechanické vlastnosti patří:

• síla;
• tvrdost
• schopnost ohýbat se;
• rázová houževnatost;
• schopnost držet kovové spojovací prvky.

Mechanické vlastnosti se zjišťují experimentálně pro jednotlivé dřeviny pomocí zatěžovacích zkoušek. Zatímco procento obsahu vlhkosti hrálo hlavní roli ve fyzikálních vlastnostech, mechanické vlastnosti závisí spíše na struktuře vláken konkrétního stromu.

Důležité! K deformaci dřeva dochází nejen mechanickým poškozením, ale také nesprávným sušením nebo skladováním. Pokud si chcete koupit kvalitní dřevěný stavební materiál, je třeba dávat pozor na podmínky, ve kterých je skladován.

Nárazová síla. Schopnost dřeva absorbovat energii při nárazu, aniž by se zlomila. Viskozita listnatého dřeva je 1,5-2x vyšší než viskozita jehličnatého dřeva. Nejvyšší viskozitu má jasanové dřevo (8,9 J/cm3,1), naopak nejnižší viskozitu má cedr (3,2 J/cmXNUMX) a jedle (XNUMX J/cmXNUMX).

Odolnost proti opotřebení. Schopnost dřeva odolávat destrukci třením. Čím vyšší je hustota dřeva, tím vyšší je odolnost proti opotřebení. Je důležité vzít v úvahu tuto vlastnost při nákupu parketových desek, obložení a dalších dokončovacích materiálů, které budou často přicházet do kontaktu s jinými předměty.

Pevnost Schopnost dřeva odolávat zničení při mechanickém namáhání. Pevnost závisí na druhu dřeva, hustotě, vlhkosti a přítomnosti vad. Dřevo samo je ve své struktuře velmi pevný materiál, ale jelikož má vláknitou strukturu, mez pevnosti přímo závisí na povaze a směru zatížení.

Tvrdost. Schopnost dřeva odolávat pronikání tvrdších těles do něj. Čím je dřevo tvrdší, tím je jeho zpracování obtížnější. Silně závisí na hustotě dřeva, ale určuje se experimentálně pomocí Brinellovy metody. Nejdůležitější ukazatel při výběru podlahové krytiny, protože určuje, jak rychle budou vaše parkety pokryty škrábanci a stopami od podpatků.