Свойства дерева как материала конструктивно-технические приемы деревянного зодчества

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Хакасский государственный  университет им. Н.Ф.Катанова

Институт искусств

Кафедра декоративно-прикладного  искусства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства  дерева как материала

конструктивно-технические приемы

деревянного зодчества

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка

V курса, группа 502-НЗ

Специализации ДПТ

Морева Л.Г.

Проверил: преподаватель 

Толмашева Г.Е.

 

 

 

 

 

 Абакан –  2011

 

Свойства  дерева как материала

Дерево как  материал характеризуется целым  рядом качеств, которые имеют большое значение для того, кто работает или только начинает работать с ним. Во-первых, это свойства, которые условно можно назвать внешними: цвет, блеск и текстура, то есть рисунок, который можно увидеть на разрезах древесины. Эти свойства важны, поскольку широко используются в декоративных целях. Во-вторых, у древесины есть внутренние свойства, среди которых можно было бы упомянуть прочность, способность удерживать металлические крепления и т. п.

Физико-механические свойства древесины

Прочность пород деревьев используемых для строительства способность противостоять расщеплению при воздействии внешних сил.

Твердость пород деревьев используемых для строительства сопротивляемость обработке различным инструментом.

Пластичность пород деревьев используемых для строительства свойство древесины изменять свою форму без признаков разрушения в процессе изгибания. После снятия нагрузки форма приданная древесине изгибанием сохраняется.

Упругость пород деревьев используемых для строительства свойство древесины востанавливать свою форму без признаков разрушения после снятия внешней нагрузки.

Теплопроводность (теплозащитные  свойства) пород деревьев используемых для строительства - способность материала проводить тепло. Теплопроводность зависит от объемного веса и влажности древесины. Объемный вес древесины зависят от наличия в материале воздушных пустот. Чем больше воздушных пустот в теплоизоляторе (менее плотный), тем лучшей теплозащитой он обладает. Хвойные деревья имеют меньший вес и плотнось, поэтому обладают лучшими теплозащитными свойствами в сравнении с лиственными породами. В то же время, если эти воздушные пустоты заполняются влагой, (вода хороший проводник тепла, а воздух хороший теплоизолятор), то теплоизоляция материалов сильно ухудшается. Кроме того влага в материале приводит к его разрушению за счет различных химических реакций. Стены деревянных домов отсыревают, ухудшается микроклимат помещений.

Свойства  древесины

Для древесины  основными и наиболее важными  являются следующие свойства.

1. Механические: прочность, твердость, деформативность, удельная вязкость, эксплуатационные характеристики, технологические характеристики, износостойкость, способность удерживать крепления, упругость;
2. Физические: внешний вид (текстура, блеск, окраска), влажность (усушка, коробление, водопоглощение, гигроскопичность, плотность), тепловые (теплопроводность), звуковые (акустическое сопротивление, звукопроводность), электрические (диэлектрические свойства, электропроводность, электрическая прочность);
3. Химические свойства.

• Прочность древесины — способность сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Различают прочность на сжатие и растяжение по направлениям приложения нагрузки — продольной и поперечной; статический изгиб.

• Твердость древесины — способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердого тела. Для оценки твердости древесины используется тест Янка
• Износостойкость — способность древесины сопротивляться износу, то есть постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Износ боковых поверхностей больше, чем торцовых; износ влажной древесины больше, чем сухой.
• Влажность древесины определяется точно также, как и любого другого материала — это количество воды в единице объема или массы. Вычисляется влажность следующим образом: измеряется масса пробы влажного материала, затем измеренная проба высушивается в сушилке при температуре 100—105 °С, затем происходит повторное взвешивание, но уже сухого материала. Разница между массой влажного и сухого материала как раз и определяет количество воды, содержащееся в образце. Для того чтобы рассчитать влажность необходимо воспользоваться несложной математической формулой: масса образца до сушки минус масса образца после сушки, результат разности разделить на массу образца после сушки и умножить все выражение на 100 результатом и будет влажность древесины.

Чем больше влажность древесины, тем сложнее ее использовать в производстве. Сырая древесина хуже клеится, если при производстве каких-либо изделий использовалась влажная древесина, по мере ее высыхания в предмете могут появляться трещины и щели между досками. Для предотвращения всех вышеперечисленных факторов необходимо произвести предварительную сушку древесины.

• Гигроскопичность — свойство материала поглощать влагу из окружающей среды. Данное свойство зависит от влажности древесины. Сухая древесина обладает большей гигроскопичностью, чем влажная. Для уменьшения гигроскопичности материал покрывают масляными красками, эмалями или различными лаками. Также гигроскопичность напрямую зависит от другого свойства древесины — пористости.
• Пористость — отношение объема пор к общему объему древесины. Для древесины различных видов пористость имеет разное значение, но в среднем разбег ее значения составляет 30—80 %.
• Разбухание древесины проявляется при нахождении материалов при повышенной влажности воздуха длительное время.
• Усушка — изменение размеров при потере влаги древесиной в результате сушки. Усушка происходит естественным образом. Прямым следствием усушки является образование трещин.
• Коробление происходит в результате неравномерной сушки древесины. Высыхание древесины происходит быстрее в слоях более удаленных от сердцевины, поэтому в случае, если сушка производилась с нарушением технологии, происходит изменение формы древесины, она коробится. Коробление под действием усушки различно по разным направлениям. Вдоль волокон оно незначительно, и составляет примерно 0,1 %. Изменения размеров поперек волокон более значительны и могут составлять 5—8 % от начального. Кроме того коробление часто сопровождается появлением трещин в древесины, что сильно сказывается на качестве конечного продукта.

Коробления  и образование трещин можно избежать при соблюдении технологии сушки  и при использовании определенных техник во время сборки изделий. Так  например в бревнах на всю длину материала делаются продольные разгрузочные пропилы, которые снимают внутренние напряжения, образующиеся при усушке.

• Растрескивание — результат неравномерного высыхания наружных и внутренних слоев древесины. Процесс испарения влаги продолжается до тех пор, пока количество влаги в древесине не достигнет определенного предела (равновесного), зависящего напрямую от температуры и влажности окружающего воздуха.
• Теплопроводность. В отличие от других строительных материалов древесина является менее теплопроводной. Это позволяет использовать ее для теплоизоляции помещения.
• Звукопроницаемость — способность материала проводить звуковые волны. Если в случае теплопроводности древесина — более предпочтительный материал, то в случае со звукопроницаемостью древесина проигрывает другим строительным материалам. В связи с этим при строительстве стен и деревянных перекрытий необходимо использовать дополнительные материалы (засыпки), снижающие показатель звукопропроницаемости.
• Электропроводность — способность материала проводить электрический ток. Данное свойство у древесины напрямую зависит от влажности.
• Цвет — своеобразный индикатор показывающий качество, возраст и состояние древесины. Качественная и здоровая древесина имеет равномерный цвет без пятен и прочих вкраплений. Если в древесине присутствуют вкрапления и пятна, это свидетельство ее загнивания. Цвет древесины также может изменяться под влиянием атмосферных условий.
• Запах зависит от содержания в древесине смол и дубильных веществ. Свежесрубленное дерево имеет более сильный запах, а по мере высыхания дерева и испарении влаги и эфирных смол запах ослабевает.
• Текстура — рисунок, образующийся при распиливании дерева. плоскость распила пересекает годичные кольца и слои древесины образовавшиеся в разное время, в результате образуется характерный узор годичных линий, по которому и отличают древесину от других материалов.
• Вес древесины — различают удельный и объемный вес древесины. Удельный вес — масса единицы объема древесины без учета пустот и влаги. Данный вес не зависит от породы древесины и составляет 1,54 г/см³. Объемный вес — это масса единицы объема древесины в естественном состоянии то есть с учетом влаги и пустот.
• Свилеватость — непараллельное расположение волокон дерева по отношению к продольной оси бревна, бруса или доски. Он бывает природный и искусственный, из-за неправильной распиловки. Косослой также сильно снижает прочность древесины на растяжение, и как следствие, на изгиб, то есть в качестве балок, стропил, затяжек применять такие доски или брусья весьма нежелательно. Кроме отбраковки, (ну или правильной распиловки) других способов борьбы не существует. В качестве примера сверх свилеватости можно привести древесину карельской берёзы.
• Мягкие породы: ель, кедр, сосна, пихта, можжевельник, липа, осина, тополь, ива, ольха, каштан.
• Твердые породы: лиственница, бук, береза, дуб, вяз, ильм, платан, клен, рябина, грецкий орех, ясень, яблоня.
• Очень твердые породы: акация белая, самшит, граб, кизил, береза железная, фисташковое дерево, тисс.

Цвет древесине  придают содержащиеся в ее клетках  дубильные, смолистые и красящие вещества. Цвет древесина может иметь самый разный - от белого до черного через желтый, розовый, красный и коричневый. При помощи разного рода обработки (пропаривания, протравливания, тонирования и т. п.) цвет древесины может быть улучшен и скорректирован. Поскольку цвет дерева, а особенно его ценных пород, обладает богатейшими оттенками, он играет огромную роль при изготовлении мебели, музыкальных инструментов, столярных и художественных изделий, например, при выполнении инкрустаций.

В основном цвет древесины зависит от двух факторов: места, в котором произрастает дерево, и его возраста. Так, древесина пород, произрастающих на севере, более блеклая, чем древесина южных пород. Кроме того, у молодых деревьев цвет древесины более светлый, чем у старых. Цвет дерева может изменяться под воздействием внешних факторов. В частности, следует учитывать, что под влиянием воздуха окраска древесины может терять свою яркость либо, наоборот, темнеть. Например, ольха, широко используемая в столярно-мебельном производстве, после рубки меняет свою окраску со светло-розовой на темно-коричневую.

Существуют  породы дерева, цвет которых может  быть очень разным. Так, например, древесина  ореха может обладать широкой  гаммой цветов, от желтого до черного. Не намного меньше диапазон цветов и у груши.

Если вам необходимо, чтобы древесина была белого цвета, лучше всего взять березу, осину, липу, граб, клен или ель. Серым цветом обладает древесина ясеня, грецкого ореха и ядра белой акации. Древесина желтого цвета - у лимонного дерева, заболони белой акации, самшита и сосны. Древесину розового цвета имеет ольха, бук, яблоня, груша. Дуб, карагач, лиственница, орех, тис, бук могут использоваться там, где необходима древесина бурого цвета. Красным цветом обладает древесина амаранта и ольхи, темно-коричневым - древесина ореха, абрикоса, палисандра, светло-коричневым - древесина ореха, карагача, дуба и груши. Наконец, в естественном состоянии черный цвет имеет эбеновое дерево.

Красивый вид  древесине придает блеск. Конечно, блеск древесины можно усилить (при помощи полирования, лакировки, вощения и т. д.). Однако не все породы дерева обладают одинаковым блеском изначально, и зависит это прежде всего от структуры древесины. Особенно сильно блестит древесина белой акации, дуба, платана, ильма, бука, клена. Самыми же "матовыми" породами дерева являются осина, липа и тополь.

Рисунок (текстура) - одно из наиболее ценных свойств дерева. Существует даже понятие - "декоративная ценность дерева", и определяется она, прежде всего по рисунку. Текстура зависит от ширины годичных колец, разницы в цвете сердцевины (ядра) и более молодых наружных слоев (заболони), наличия или отсутствия крупных сосудов и сердцевинных лучей, а также расположения волокон.

При работе с  деревом нужно учитывать, что  характер текстуры зависит от направления  распила дерева. Распил дерева бывает поперечным (торцовым), радиальным и тангентальным. При поперечном разрезе распил проходит перпендикулярно оси ствола, а годичные кольца образуют прямые линии. При радиальном разрезе распил проходит через сердцевину ствола; годичные кольца на таком распиле имеют форму кругов. Тангентальный (или тангенциальный) разрез образуется тогда, когда линия распила образует с осью ствола острый угол. Тангенциальный разрез дает извилистые линии. Лиственные породы дают красивый рисунок на радиальном и тангенциальном разрезах, хвойные породы - на тангенциальном разрезе.

В зависимости  от породы дерева и некоторых других факторов различают следующие разновидности  текстуры по особенностям рисунка (см. рис. 4):

·  штриховой, или мелкокрапчатый, рисунок характеризуется мелкими однородными штрихами. Он получается при разрезе сердцевинных лучей бука, чинары, дуба;

·  муаровый рисунок образуется на радиальном разрезе волнистой березы, красного дерева и серого клена и имеет вид полос;

·  полосатый рисунок присущ древесине красного дерева, хвойных пород, ореха и палисандра на радиальном разрезе ствола. Он выглядит как чередование светлых и темных полос, иногда узких, иногда широких. Применяют древесину с таким рисунком, как правило, при выполнении больших мозаичных наборов;

·  волнистый рисунок виден на радиальном разрезе ствола ясеня и березы. Обычно его получают путем специальной обработки - лущения режущим инструментом. Очень красиво смотрится на больших плоскостях;

·  V-образный рисунок представляет собой рисунок на тангенциальном разрезе, образуемый расходящимися от основания полосами. Используется при выполнении сюжетных наборов в мозаике, при изготовлении мебели и т. п. Им характеризуется древесина дуба, ясеня, ореха и хвойных пород. В принципе, его можно обнаружить на всех породах с различной окраской ранней и поздней древесины;

·  криволинейный рисунок образуется в результате искривления ствола или образования нароста на дереве. Виден на тангенциальном разрезе. Его разновидностью является раковинный рисунок, который встречается у развилин ветвей карагача, ясеня и некоторых других пород. Получил название из-за специфического узора, напоминающего раковину и состоящего из пятен и перепутанных линий;

·  листообразный рисунок виден на тангенциальном разрезе и характеризуется линиями неправильной формы;

·  рисунок <птичий глаз" образуется из непроросших почек под корой ясеня, украинского тополя и карельской березы и представляет собой сочетание линий и пятен. Является разновидностью сучковатого рисунка.