Влияние влажности и температуры на механические свойства древесины.

Влияние сушки

Величина влажности древесины определяется по количеству воды, содержащейся в ней в процентах от ее веса в абсолютно сухом состоянии. Влага, заполняющая в древесине пустоты (каналы, сосуды, полости клеток и межклеточные пространства), носит название свободной или капил­лярной. Влага, пропитывающая оболочку клеток, может попадать в дре­весину за счет поглощения паров воздуха и называется гигроскопической или связанной.

Предельное количество свободной влаги в древесине определяется объе­мом в ней пустот и зависит от ее породы. Максимальное количество в дре­весине гигроскопической влаги составляет при температуре 20° С около 30% и мало зависит от ее породы.

Если в древесине имеется только гигроскопическая влага, а полости клеток заполнены воздухом, то такое состояние будет соответствовать точке насыщения клеточных оболочек (для данной влажности и температуры воздуха), являющейся пределом гигроскопичности древесины. Влажность древесины в значительной степени оказывает свое влияние на ее физико­механические свойства.

В свежесрубленной древесине с влажностью в пределах от 80 до 100%, находящейся в атмосферных условиях, при высыхании сначала происходит быстрое удаление с поверхности свободной влаги с одновременным пере­мещением ее из внутренних более увлажненных слоев к наружным; такой процесс постепенно приводит к равномерному распределению влажности в древесине, которая будет соответствовать температуре и влажности окру­жающего ее воздуха. Такая влажность древесины называется равновесной.

Количество влаги, поглощенной древесиной, может быть определено по диаграмме, представленной на рис. 2.6; наклонные линии указывают про­цент влажности древесины W при определенной влажности ф и температуре окружающего воздуха t. Зная заранее условия, в которых достаточно дли­тельное время будет находиться лесоматериал или элемент конструкции, можно определить соответствующую равновесную влажность древесины W в %.

При удалении свободной влаги процесс сушки происходит сравнительно быстро, без изменения линейных размеров и объема, уменьшается лишь только объемный вес древесины.

При дальнейшей сушке в результате удаления связанной влаги изме­няются линейные размеры и объем древесины; сам процесс сушки с мо­мента уменьшения влажности ниже точки насыщения оболочек клеток протекает значительно медленнее.

Процесс усушки древесины, исходя из строения оболочки клеток, объяс­няется наличием размещенной между мицеллами влаги, которая при своем воздействии раздвигает их. При высыхании древесины из-за удаления влаги мицеллы сближаются, вызывая сокращение линейных размеров древесины в целом с резкой разницей в изменении размеров в поперечном и продоль­ном направлениях волокон, а также, что особенно вредно, в радиальном и тангентальном направлениях.

Влияние повышенных температур

Повышение температуры вызывает снижение показателей прочности и других физико-механических свойств древесины. При сравнительно непродолжительном воздействии температуры до 100 грд С эти изменения обычно обратимы, т.е., они исчезают при возвращении к начальной температуре древесины.

Данные ЦНИИМОД показывают, что прочность при сжатии вдоль и поперек волокон понижается как с повышением температуры, так и с повышением влажности древесины. Одновременное действие обоих факторов вызывает большее снижение прочности по сравнению с суммарным эффектом от их изолированного воздействия.

При достаточно длительном воздействии повышенной температуры (более 50 грд С) в древесине происходят необратимые остаточные изменения, которые зависят не только от уровня температуры, но и от влажности.

Исследования, проведенные на древесине показали, что под действием температуры 80-100 грд С в течении 16 суток предел прочности при сжатии вдоль волокон снижается на 5-10%, а ударная вязкость на 15-30% (наибольшее снижение обнаружилось для дуба, наименьшее — для сосны). Снижение происходит главным образом в течение первых 2-4 суток.

Исследование последствий воздействия высоких температур в диапазоне 80-140 грд С на механические свойства древесины показали, что механические свойства снижаются с увеличением температуры, продолжительности ее воздействия и влажности древесины.

Влияние низких температур

Низкие температуры оказывают обратное влияние на прочность древесины: прочность замороженной древесины заметно повышается. Лед обеспечивает повышение устойчивости стенок клеток. Этим объясняется рост значений пределов прочности на изгиб, сжатие и раскалывание.