Лекция №1

Свойства древесины как конструкционного материала.

Виды и свойства строительной фанеры.

Защита деревянных конструкций от гниения и возгорания.

Наша страна является первой в мире по количеству лесных площадей, которые занимаю почти половину территории России - примерно 12,3 млн. км2. Основная часть лесов России, около3/4, расположена в районах Сибири, Дальнего Востока, в северных областях европейской части страны. Преобладающими породами являются хвойные: 37% лесов занимает лиственница, 19% - сосна, 20% - ель и пихта, 8% - кедр. Лиственные породы занимают около ¼ площади наших лесов. Наиболее распространенной породой является береза, занимающая около 1/6 общей площади лесов.

Запасы древесины в наших лесах составляют около 80 млрд. м3. Ежегодно заготавливается около 280 млн. м3. деловой древесины, т. е. пригодной для изготовления конструкций и изделий. Однако, это количество далеко не исчерпывает естественного годового прироста древесины в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока.

Заготовленный лес в виде отрезков стволов стандартной длины доставляется автомобильным, железнодорожным и водным транспортом или путем сплава по рекам и озерам на деревообрабатывающие предприятия. Там из него изготавливают пилёные материалы, фанеру, древесные плиты, конструкции и строительные детали. При лесозаготовке и обработке древесины образуется большое количество отходов, эффективное использование которых имеет большое народно-хозяйственное значение. Изготовление из отходов древесины изоляционных древесноволокнистых и древесностружечных плит, широко применяемых в строительстве, позволяет экономить большое количество деловой древесины.

Хвойную древесину используют для изготовления основных элементов деревянных конструкций и строительных деталей. Прямые высокие стволы хвойных деревьев с небольшим количеством сучков позволяют получать прямолинейные пиломатериалы с ограниченным количеством пороков. Хвойная древесина содержит смолы, благодаря чему она лучше сопротивляется увлажнению и загниванию, чем лиственная.

Лиственная древесина большинства пород является менее прямолинейной, имеет больше сучков и более подвержена загниванию, чем хвойная. Она почти не применяется для изготовления основных элементов деревянных строительных конструкций.

Дубовая древесина выделяется среди лиственных пород повышенной прочностью и стойкостью к загниванию. Однако, ввиду дефицитности и высокой стоимости она используется только для небольших соединительных деталей.

Березовая древесина так же относится к твердым лиственным породам. Ее используют, главным образом, для изготовления строительной фанеры. Нуждается в защите от загнивания.

Строение древесины

В результате растительного происхождения древесина имеет трубчатое слоисто-волокнистое строение. Основную массу древесины составляют древесные волокна, расположенные вдоль ствола. Они состоят из удлиненных пустотелых оболочек отмерших клеток (трахеидов, длиной порядка 3 мм) органических веществ (целлюлозы и легнина).

Древесные волокна располагаются концентрическими слоями вокруг оси ствола, которые называются годичными слоями, т. к. каждый слой нарастает в течение года. Они хорошо заметны в виде ряда колец на поперечных разрезах ствола, особенно хвойных деревьев. По их количеству можно определить возраст дерева.

Каждый годичный слой состоит из двух частей. Внутренний слой (более широкий и светлый) состоит из мягкой ранней древесины, образующейся весной, когда дерево растет быстро. Клетки ранней древесины имеют более тонкие стенки и широкие полости. Клетки поздней древесины имеют более толстые стенки и узкие полости. Прочность и плотность древесины зависит от относительного содержания в ней поздней древесины.

Средняя часть стволов древесины хвойных пород имеет более темный цвет, содержит больше смолы и называется ядро. Затем идет заболонь и, наконец, кора.

Кроме того в древесине имеются горизонтальные сердцевинные лучи, мягкая сердцевина, смоляные ходы, сучки.

Сортамент, пороки и качество древесины

Лесоматериалы, получаемые строительством, делят на круглые и пилёные .

Круглые лесоматериалы , называемые также бревнами, представляют собой части древесных стволов с гладко опиленными концами – торцами. Бревна имеют естественную усечено-коническую форму. Уменьшение их толщины по длине называется сбегом. В среднем сбег составляет 0,8 см на 1 м длины (для лиственницы 1 см на 1 м длины) бревна. Средние бревна имеют толщину от 14 до 24 см крупные – до 26 см. Бревна толщиной 13 см. и менее используют для временных построечных сооружений.

Пиломатериалы получают в результате продольной распиловки бревен на лесопильных рамах или круглопильных станках. Они имеют прямоугольное или квадратное сечение. Более широкие стороны пиломатериалов называют пластями, а узкие – кромками. Пиломатериалы имеют стандартную длину 1 – 6,5 м. с градацией через каждые 0,25 м. Ширина пиломатериалов колеблется от 75 до 275 мм, толщина – от 16 до 250 мм.

Качество лесоматериалов определяется, в основном, степенью однородности строения древесины, от которой зависит ее прочность. Степень однородности древесины определяется размерами и количеством участков, где однородность ее строения нарушена и прочность снижена. Такие участки называют пороками.

Основными недопустимыми пороками древесины являются: гниль, червоточины и трещины в зонах скалывания в соединениях.

Наиболее распространенными и неизбежными пороками древесины являются сучки – заросшие остатки бывших ветвей дерева. Сучки являются допустимыми с ограничениями пороками.

Наклон волокон (косослой) относительно оси элемента так же является допустимым с ограничением пороком. Он образуется в результате природного винтообразного расположения волокон в стволе, а так же при распиловке бревен в результате их сбега.

Трещины, возникающие при высыхании древесины, тоже относятся к числу ограниченно допускаемых пороков.

К порокам относятся так же мягкая сердцевина, выпадающие сучки и другие, менее распространенные нарушения однородности строения древесины.

Качество лесоматериалов определяется сортом (отборный, I, II, III, IV), устанавливаемым в зависимости от вида, величины, расположения и количества пороков. Древесина для несущих элементов деревянных конструкций должна удовлетворять требованиям I, II и III сортов.

Древесина I сорта используется в наиболее ответственных напряженных растянутых элементах. Это отдельные растянутые стержни и доски растянутых зон клееных балок высотой сечения более 50 см

Косослой ≤ 7%.

d ≤ 1/4 b .

Древесина II сорта используется в сжатых и изгибаемых элементах. Это отдельные сжатые стержни, доски крайних зон клееных балок высотой менее 50 см.; доски крайней сжатой зоны и растянутой зоны, расположенной выше досок 1-го сорта в клееных балках высотой более 50 см., доски крайних зон рабочих клееных сжатых, изгибаемых и сжатоизогнутых стержней.

Косослой ≤10%.

Суммарный диаметр сучков на длине 20 см d ≤ 1/3 b .

Древесина III сорта используется в менее напряженных средних клееных сжатых, изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов, а также в мало ответственных элементах настилов и обрешеток.

Косослой ≤12%.

Суммарный диаметр сучков на длине 20 см d ≤ 1/2 b .

Свойства древесины

Физические свойства

Плотность. Древесина относится к классу легких конструкционных материалов. Ее плотность зависит от относительного объема пор и содержания в них влаги. Стандартная плотность древесины должна определяться при влажности 12%. Свежерубленая древесина имеет плотность 850 кг/м3. Расчетная плотность древесины хвойных пород в составе конструкций в помещениях со стандартной влажностью воздуха 12% принимают равной 500 кг/м3., в помещении с влажностью воздуха более 75% и на открытом воздухе – 600 кг/м3.

Температурное расширение. Линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения, в древесине различно вдоль и под углами к волокнам. Коэффициент линейного расширения α вдоль волокон составляет (3 ÷ 5) ∙ 10-6, что позволяет строить деревянные здания без температурных швов. Поперек волокон древесины этот коэффициент меньше в 7 – 10 раз.

Теплопроводность древесины благодаря ее трубчатому строению очень мала, особенно поперек волокон. Коэффициент теплопроводности сухой древесины поперек волокон λ ≈ 0,14Вт/м∙ºС. Брус толщиной 15 см эквивалентен по теплопроводности кирпичной стене толщиной в 2,5 кирпича (51 см)воле, а так же при распиловке бревен в результате их сбега.

ластями, опильных станках. .- торцами. ниванию, чем хвой .

Теплоемкость древесины значительна, коэффициент теплоемкости сухой древесины составляет С = 1,6КДЖ/кг∙ºС.

Еще одним ценным свойством древесины является ее стойкость ко многим химическим и биологическим агрессивным среда. Она является химически более стойким материалом, чем металл и железобетон. При обычной температуре плавиковая, фосфорная и соляная (низкой концентрации) кислоты не разрушают древесину. Большинство органических кислот при обычной температуре не ослабляют древесину, поэтому она часто используется для конструкций в условиях химически агрессивных сред.

Механические свойства древесины

Прочность . Древесина относится к материалам средней прочности, однако, ее относительная прочность с учетом малой плотности позволяет сравнивать ее со сталью.

Древесина является анизотропным материалом, поэтому ее прочность зависит от направления действия усилий по отношению к волокнам. При действии усилий вдоль волокон, оболочки клеток работают в самых благоприятных условиях и древесина показывает наибольшую прочность.

Средний предел прочности древесины сосны без пороков вдоль волокон составляет:

При растяжении – 100 МПа.

При изгибе – 80 МПа.

При сжатии – 44 МПа.

При растяжении, сжатии и скалывании поперек волокон эта величина не превосходит 6,5 МПа. Наличие пороков значительно (~ на30%) снижает прочность древесины при сжатии и изгибе, а особенно (~ на 70%) при растяжении. Длительность действия нагрузки существенно влияет на прочность древесины. При неограниченно длительном нагружении ее прочность характеризуется пределом длительного сопротивления, который составляет только 0,5 предела прочности при стандартном нагружении. Наибольшую прочность, в 1,5 раза превышающую кратковременную, древесина показывает при кратчайших ударных и взрывных нагрузках. Вибрационные нагрузки, вызывающие переменные по знаку напряжения, снижают ее прочность.

Жесткость древесины (ее степень деформативности под действием нагрузки) существенно зависит от направления действия нагрузок по отношению к волокнам, их длительности и влажности древесины. Жесткость определяется модулем упругости Е.

Для хвойных пород вдоль волокон Е = 15000 МПа.

В СНиП II-25-80 модуль упругости для любой породы древесины Ео = 10000 МПа. Е90 = 400 МПа.

При повышенной влажности, температура, а также при совместном действии постоянных и временных нагрузок значение Е снижается коэффициентами условия работы mв, mт, mд < 1.

Влияние влажности . Изменение влажности в пределах от 0% до 30% приводит к снижению прочности древесины на 30% от максимальной. Дальнейшее изменение влажности не приводит к снижению прочности древесины.

Поперечное изменение влажности (усушка и разбухание) приводят к короблению древесины. Наибольшая усушка происходит поперек волокон, перпендикулярно годичным слоям. Деформации усушки развиваются неравномерно от поверхности к центру. При усушке появляется не только коробление, но и усушечные трещины.

Для сравнивания показателей прочности и жесткости древесины установлено значение стандартной влажности 12%

В12=ВW,

где α – поправочный коэффициент, при сжатии и изгибе α = 0,04.

Влияние температуры . При повышении температуры предел прочности и модуль упругости снижаются, а хрупкость древесины повышается. Предел прочности древесины Gt при температуре t в пределах от 10 до 30 оС можно определять исходя из ее начальной прочности - G20 при температуре 20 оС с учетом поправочного коэффициента β = 3,5 МПа.

Gt = G20 – β(t-20).

Строительная фанера

Строительная фанера – это листовой древесный материал заводского изготовления. Она состоит, как правило, из нечетного количества тонких слоев – шпонов. Волокна соседних шпонов располагаются во взаимно перпендикулярных направлениях.

СНиП II-25-80 по проектированию деревянных конструкций рекомендует следующие виды водостойкой фанеры в качестве строительной:

1. Фанера марки ФСФ склеенная фенолоформальдегидными клеями. Эта фанера выпускается:

Из древесины березы (5-ти и 7-ми слойная, толщиной 5 – 8 мм и более).

Из древесины личтвенницы (7-слойная, толщиной 8 мм и более).

Листы клееной фанеры толщиной более 15 мм называют фанерными плитами. Прочность клееной фанеры на срез в плоскости перпендикулярной листу примерно в 3 раза превышает прочность древесины при скалывании вдоль волокон, что является ее важным преимуществом.

Модуль упругости березовой фанеры вдоль волокон составляет 90%, а поперек – 60% от модуля упругости древесины вдоль волокон. Модули упругости фанеры из лиственницы составляют соответственно 70% и 50% от Ео древеспины.

1. Банелизированная фанера (ФБС) отличается от фанеры марки ФСФ тем, что ее наружные слои пропитывают водостойкими спирторастворимыми смолами. Она имеет толщину 7 – 18 м. Ее прочность вдоль волокон в 2,5 раза, а поперек в 2 раза превышает прочность хвойной древесины вдоль волокон. Применяется в особо неблагоприятных влажностных условиях.

Гниение и защита деревянных конструкций от гниения

Гниение – это разрушение древесины простейшими растительными организмами – дереворазрушающими грибками. Некоторые грибы поражают еще растущие и высыхающие деревья в лесу. Складские грибы разрушают лесоматериал во время хранения их на складах. Домовые грибы – (мерилиус, пория и др.) разрушают древесину строительных конструкций в процессе эксплуатации.

Грибы развиваются из клеток – спор, которые легко переносятся движением воздуха. Приростая, споры образуют плодовое тело и грибницу гриба – источник новых спор.

Защита от гниения

1. Стерилизация древесины в процессе высокотемпературной сушки. Прогрев древесины при t > 80оС, что приводит к гибели спор грибов, грибниц и плодовых тел гриба.

2. Конструктивная защита предполагает режим эксплуатации, когда влажность древесины W<20% (наименьшая влажность при которой могут расти грибы).

2.1. Защита древесины от атмосферной влаги – гидроизоляция покрытий, необходимый уклон кровли .

2.2. Защита от конденсационной влаги – пароизоляция, проветривание конструкций (осушающие продухи).

2.3. Защита от увлажнения капиллярной влагой (от земли) – устройство гидроизоляции. Деревянные конструкции должны опираться на фундамент (с битумной или рубероидной изоляцией) выше уровня грунта или пола минимум на 15 см.

3. Химическая защита от гниения необходима, когда увлажнение древесины неизбежно. Химическая защита заключается в пропитке ядовитыми для грибов веществами – антисептиками .

Водорастворимые антисептики (фтористый, кремнефтористый натрий) – это вещества не имеющие ни цвета ни запаха, безвредные для людей. Используются в закрытых помещениях.

Маслянистые антисептики – это минеральные масла (каменноугольное, антросценовое, сланцевое, древесный креозот и др.). Они не растворяются в воде, но вредны для человека, поэтому используются для конструкций на открытом воздухе, в земле, над водой.

Пропитка выполняется в автоклавах под высоким давлением (до 14 МПа).

Защита от жуков точильщиков – нагрев до t>80oC или окуривание ядовитыми газами типа гексахлорана.

Горение и защита деревянных конструкций от возгорания

Характеризуется пределом огнестойкости (порядка 40 мин. для бруса 17 х 17 см, нагруженного до напряжения 10 МПа.).

Защита

1. Конструктивная . Ликвидация условий, благоприятных для возгораний.

2. Химическая (противопожарная пропитка или окраска). Пропитывают веществами, которые называются антипиренами (например, аммонийная соль, фосфорная и серная кислота). Пропитку выполняют в автоклавах одновременно с антисептированием. При нагреве антипирены расплавляются, образуя огнезащитную пленку. Защитная окраска выполняется составами на основе жидкого стекла, суперфтора и т. д.

Урок № _____ Дата:_________________

Тема: Древесина – природный конструкционный материал.

Цели : создать условия для формирования у учащихся: понятий «древесина», «строение древесины» для выработки умений различать породы деревьев по их признакам; создать условия для развития у учащихся памяти, логического мышления, воображения; создать условия для формирования само- и взаимоконтроля.

Тип урока: комбинированный .

Формы работы: самостоятельная, индивидуальная, групповая .

ХОД УРОКА.

I. Организационный момент.

II. Актуализация опорных знаний.

Беседа

Вспомни, какой материал называют конструкционным.

Из какого сырья изготавливают бумагу, картон?

Назови конструкционные материалы, которые используют для производства автомобилей, самолетов, сооружения домов, изготовления домашней мебели. Где изготавливают указанные материалы и какое сырье для этого используют?

III. Изучение нового материала.

Развитие современной техники и технологий зависит от производства и использования разнообразных конструкционных материалов: древесины, металла, пластичных масс, стекла и т.п.

Большое распространение получило использование древесины. Изделия из нее применяют практически во всех сферах нашей жизни. Из этого материала изготавливают бумагу, картон, искусственный шелк, пластмассу, мебель, элементы зданий, музыкальные инструменты и сувениры и много других нужных вещей.

Все древесные породы делят на две группы: хвойные и лиственные (рис. 13).

Хвойные породы имеют листья в форме игл. К ним принадлежат: ель, сосна, кедр, лиственница, пихта и т.п. Лиственными породами являются ольха, липа, дуб, бук, граб и другие (рис. 14). Деревья используют для изготовления конструкционных древесных материалов.

Древесные материалы легко поддаются обработке различными режущими инструментами: пилками, ножами, долотами, сверлами, напильниками и другими. Элементы конструкций из древесных материалов надежно и крепко соединяются гвоздями, шурупами, а также склеиванием.

Деревья – самые высокие из всех растений, хотя есть среди них и карлики, до нескольких сантиметров высотой.

Древесина как природный конструкционный материал получается из стволов деревьев при распиливании их на части.

Ствол дерева имеет более толстую (комлевую) часть у основания и более тонкую - вершинную. Поверхность ствола покрыта корой. Кора является как бы одеждой для дерева и состоит из наружного пробкового слоя и внутреннего - лубяного. Пробковый слой коры является отмершим. Лубяной слой служит проводником соков, питающих дерево. Основная внутренняя часть ствола дерева состоит из древесины. В свою очередь, древесина ствола состоит из множества слоев, которые на разрезе видны как годичные кольца. По числу годичных колец определяют возраст дерева.

Рыхлый и мягкий центр дерева называют сердцевиной. От сердцевины к коре в виде светлых блестящих линий простираются сердцевинные лучи. Они имеют различную окраску и служат для проведения воды, воздуха и питательных веществ внутрь дерева. Сердцевинные лучи создают рисунок (текстуру) древесины.

Камбий - тонкий слой живых клеток, расположенный между корой и древесиной. Только с камбия происходит образование новых клеток и ежегодный прирост дерева по толщине. «Камбий» - от латинского «обмен» (питательными веществами).

Основные разрезы ствола.

1 - торцовый разрез;

2 - радиальный разрез;

3 - тангенциальный разрез

Для изучения строения древесины различают три основных разреза ствола. Разрез, проходящий перпендикулярно сердцевине ствола, называют торцовым. Он перпендикулярен волокнам. Разрез 2, проходящий через сердцевину ствола, называют радиальным. Он параллелен волокнам. Тангенциальный разрез 3 проходит параллельно сердцевине ствола и удален от нее на некоторое расстояние. По этим разрезам выявляются различные свойства и рисунки древесины.

Породы древесины определяют по их характерным признакам: текстуре, запаху, твердости, цвету.

Твердость

Цвет

Применение

Сосна /хвойная порода/

Древесина светло-красного цвета с ярко выраженной текстурой

Применяется для изготовления окон и дверей, полов и потолков, мебели, в строительстве судов, вагонов, мостов

Ель /хвойная порода/

Мягкая. Пропитана смолистыми веществами

Цвет белый с желтоватым оттенком

Применяется для изготовления музыкальных инструментов, мебели, окон и дверей

Береза /лиственная порода/

Твердая

Цвет белый с буроватым оттенком

Используется для изготовления фанеры, мебели, посуды, ружейных лож, ручек инструментов, лыж

Осина /лиственная порода/

Мягкая. Склонна к загниванию.

Цвет белый с зеленоватым оттенком.

Используется для изготовления спичек, посуды, игрушек, бумаги.

Липа /лиственная порода/

Мягкая.

Цвет белый с нежно-розовым оттенком.

Применяется для изготовления посуды, чертежных досок, карандашей, изделий с художественной резьбой.

Ольха /лиственная порода/

Мягкая.

Цвет белый, на воздухе краснеет.

Служит сырьем для изготовления фанеры, долбленой посуды, упаковочных ящиков.

Дуб /лиственная порода/

Твердая. На радиальном разрезе четко просматриваются сердцевинные лучи в виде блестящих полосок.

Цвет светло-желтый с коричнево-серым оттенком и ярко выраженной текстурой

Применяется для изготовления мебели, паркета, облицовывания ценных изделий, а также в конструкциях мостов и вагонов.

Рисунок на поверхности древесины, образованный в результате перерезания годичных колец и волокон называют текстурой древесины. О красивой поверхности древесины говорят, что она имеет богатую текстуру. Например, древесина грецкого ореха имеет коричневые и серые цвета самых разнообразных оттенков, она высоко ценится при изготовлении из нее мебели, лож охотничьих ружей. Красивые текстуры имеют дуб, ясень, а также растущие в Африке, Америке и Австралии породы красного дерева, которые дают древесину красного цвета различных оттенков. Такие ценные породы древесины строгают на тонкие листы (шпон), которые наклеивают на ценные изделия.

Для изготовления полезных вещей используют разнообразные конструкционные материалы: металл, пластмассу, оргстекло, шелк, текстильные и другие материалы. Широкое распространение получило использование древесины и материалов из нее. Все конструкционные материалы имеют определенные свойства, которые необходимо учитывать при изготовлении изделий. К ним относятся уже известные тебе цвет и текстура древесины. Кроме того, необходимо также знать, как легко обрабатывается определенный вид древесины и материалы из нее, какой инструмент нужно для этого использовать, будут ли удерживаться в ней гвозди, шурупы и другие детали крепления, как будут влиять на древесные материалы влажность, изменения температуры окружающей среды и т.п. Нужно также предусмотреть, какой вид древесины или материалов из нее необходимо использовать, чтобы конструкция, например мост или многоэтажное здание, не разрушилась, если она будет использоваться при больших нагрузках и т.п.

Поможет дать ответ на эти вопросы знание механических свойств конструкционных материалов. К основным из них в первую очередь относятся: прочность, твердость, упругость .

Прочность – свойство, характеризующее устойчивость древесины против внешних механических усилий, то есть ее способность выдерживать большие нагрузки и не разрушаться. Из древесины высокой прочности стоит изготавливать конструкционные элементы, то есть те, которые подлежат значительной нагрузке. Наиболее прочной является древесина дуба, затем идут ясень, граб, клен, береза, сосна, ель, ольха, осина, липа.

Твердость – способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого твердого тела, например орудий обработки (ножей, пилок, стамесок, сверл и других режущих инструментов). Знание твердости древесины имеет большое значение. Режущие инструменты для обработки древесины используют с учетом этого свойства. Чем тверже древесина, тем тяжелее ее обрабатывать и тем больший угол обострения должен иметь инструмент.

По твердости древесину можно расположить в такой последовательности: граб, дуб, ясень, клен, береза, сосна, ольха, ель, липа. То есть самую большую твердость имеет граб. Следовательно, его трудно обрабатывать режущим инструментом. Легче всех древесных материалов обрабатывать липу. Поэтому ее используют преимущественно для изготовления сувениров, вещей домашнего потребления и т.п.

Упругость – свойство материала изменять свою форму (и не разрушаться) под действием нагрузки и возобновлять ее после прекращения этого действия. Древесина сгибается (деформируется) под действием силы и опять выравнивается, или пружинит, после снятия нагрузки. Высокую упругость имеет древесина ясеня, дуба, лиственницы, сосны и других пород.

IV. Закрепление изученного материала.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Определение пород древесины по образцам.

Изучите таблицу пород деревьев.

Выпишите в тетрадь основные признаки, по которым определяются породы древесины.

Определите породы древесины по образцам, выданным учителем.

V. Подведение итогов.

Беседа:

1. Какие породы древесины относят к хвойным? К лиственным?

2. Какие древесные материалы изготавливают на деревообрабатывающих предприятиях?

3. Что называют текстурой древесины?

4. Каково строение дерева?

5. Какие виды пиломатериалов ты знаешь?

6. Охарактеризуй роль леса в жизни человека.

7. Как влияют зеленые насаждения на улучшение окружающей природной среды?

VI. Домашнее задание.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выучить конспект.

Древесина подразделяется на две разновидности:

Лиственные породы: дуб, клен, береза, липа и др.

Хвойные породы: ель, сосна, кедр сибирский и др.

Плотность древесины составляет 0,46.. .0,76 г/см 3 , предел прочности при растяжении вдоль волокон 101... 161 МПа.

По строению древесина является композиционным материалом из прочных волокон целлюлозы и тонких прослоек лигнина.

Основные разновидности древесных материалов:

Прессованная древесина , получаемая горячим прессованием с последующей специальной обработкой. Используют для изготовления подшипников, втулок и других деталей машин.

Древесноволокнистые плиты изготовляют горячим прессованием измельченной древесины, иногда со связующим. Применяют для облицовки и отделки пассажирских вагонов железнодорожного транспорта, автобусов и т.д.

Древесностружечные плиты получают горячим прессованием древесной стружки со связующим. Эти плиты используют в вагоностроении, для производства мебели и др.

Фанера представляет собой листовой материал толщиной 1... 12 мм. Изготовляется путем склеивания слоев шпона, представляющего собой широкую ровную стружку древесины в виде листов толщиной 0,55... 1,5 мм.

Керамические технические материалы

Керамические материалы получают из синтезированных или природных тонкодисперсных порошков неорганических химических соединений (оксидов, нитридов и др.). Для приготовления керамической массы применяют и вспомогательные вещества: пластификаторы, улучшающие формование непластичных порошков, связующие вещества, смазывающие жидкие масла с малым поверхностным натяжением, применяемые для уменьшения трения и прилипания массы к поверхности прессформы, поверхностно-активные вещества (олеиновая и стеариновая кислоты), улучшающие смачивание керамических частиц.

В приготовлении керамической массы важнейшими операциями являются: измельчение исходных материалов, составление смеси порошков, гранулирование и сушка керамических масс. Материалы в виде кусков различных размеров с различными физическими свойствами размельчают механическим путем (дробят и размалывают). Сначала производят грубое дробление до размера частиц 10... 15 мм, затем среднее - до размера частиц 1 мм и мелкое дробление. Измельченный материал просеивают через металлические сита, пропускают через магнитный сепаратор для отделения ферромагнитных примесей и направляют для повторного мелкого помола, обычно совмещаемого со смешиванием компонентов. Часто помол осуществляется с добавлением воды.

Смесь исходных материалов получают смешиванием тонкодисперсных компонентов или одновременным тонким измельчением и смешиванием исходных компонентов. Наибольшее распространение в производстве керамиче­ских изделий получили пресс-порошки, литьевые шликеры и пластичные фор­мовочные массы. Эти массы отличаются друг от друга содержанием пластифи­каторов. При малом содержании пластификаторов 3...10 % получают пресс- порошки, при 7...20 % - ном содержании пластификаторов - пластичные формовочные массы и при большем содержании пластификаторов (до 40 %) - литьевые шликеры.

Процесс формования изделий из керамических масс основан на способности их к пластическому течению без нарушения сплошности под действием внешних сил и сохранении полученной формы. Свойства пластичности керамической массе обычно придают специальные вещества - пластификаторы. В производстве наиболее часто формование изделий выполняют следующими способами: прессованием, шликерным литьем, формованием из пластичных масс, прокаткой.

Сформованные заготовки подвергаются обжигу. При обжиге происходит спекание керамического материала в результате протекания ряда физикохимических процессов с приобретением изделиями определенных свойств, уплотнение и упрочнение материала за счет протекания процессов переноса и перераспределения веществ. Обжиг осуществляют в печах периодического или непрерывного действия.

Керамические материалы относятся к телам кристаллического строения и состоят из большого количества зерен химических соединений. Размер зерен, как правило, 50... 100 мкм и более. В зернах наблюдается упорядоченное расположение ионов в пространстве в виде некоторой кристаллической решетки. Кристаллы оксидов и других неорганических химических соединений имеют в основном ионный характер сил связи (ионные кристаллы). Основу ионной связи составляет электростатическое притяжение между ионами с положительным зарядом (катионами) и с отрицательным зарядом (анионами). Ионный характер связи в большей степени проявляется в соединениях, элементы которых относятся к наиболее удаленным друг от друга группам периодической системы элементов Менделеева (например, MgO, ВеО).

Техническая керамика в зависимости от наличия в изготовленном материале определенного химического соединения и свойств подразделяется на несколько основных классов: конструкционная, режущая, электротехническая, радиотехническая и др.

Конструкционная керамика . Конструкционная керамика допускает применение более высоких температур по сравнению с металлами и поэтому является перспективным материалом для двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных двигателей. Помимо более высокого КПД двигателей, преимуществом керамики является низкая плотность и теплопроводность, повышенная термо- и износостойкость.

Высокотемпературная конструкционная керамика характеризуется уме­ренной пористостью и высокой термостойкостью при сохранении достаточно высоких термомеханических свойств при температурах эксплуатации 1300°С и выше. Детали из этой керамики имеют форму трубок, втулок, стержней, шайб, крюков и более сложных фасонных изделий.

В качестве конструкционной керамики используются нитриды, оксиды, карбиды Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC и др. Керамика с содержанием более 95 % Al 2 O 3 называется корундовой.

Наиболее перспективной технологической схемой изготовления изделий из конструкционной керамики на данном этапе ее развития считается следующая: формование подготовленной композиции - обжиг заготовок - дополнительное уплотнение методом горячего изостатического прессования (ГИП).

Например, ГИП нитрида кремния Si 3 N 4 проводится в оболочках из стекла при температурах 1800...2000°С под давлением аргона 100... 150 МПа в течение часа. При этом предел прочности σ изг возрастает с 830 до 1030 МПа. Пред­варительный обжиг ведут с использованием нагрева в микроволновых печах (частота тока 28000 МГ ц).

Конструкционная керамика в опытном порядке применяется в автомобилестроении для верхней части толкателя клапана двигателей внутреннего сго­рания (д.в.с.), рабочей поверхности кулачков распределительного вала д.в.с. и др. деталей.

Керамические материалы относятся к хрупким материалам, и их прочность в значительной мере зависит от состояния поверхности деталей, особенно от наличия микротрещин, которые являются концентраторами напряжений. Для деталей машин с точными размерами необходимо проведение механической обработки. Вследствие высокой твердости и хрупкости керамики используется абразивная обработка. Наиболее используемым методом обработки в настоящее время является точное шлифование с использованием кругов, имеющих в качестве абразива алмазные порошки. Изменяя такие факторы, как глубина резания и зернистость алмазного порошка в шлифовальном круге, можно контролировать характер разрушения керамики, а следовательно, изготавливать изделия с рациональными параметрами шероховатости обработанной поверхности. Следовательно, структура дефектного поверхностного слоя изделия определяется как физико-механическими свойствами, так и режимами алмазного шлифования керамики.

Режущая керамика (РК). Она характеризуется высокой твердостью, в том числе при нагреве, износостойкостью, химической инертностью к большинству металлов в процессе резания. По комплексу этих свойств керамика существенно превосходит традиционные режущие материалы - быстрорежущие стали и твердые сплавы.

Различают нитридную и оксидную керамику. Современная РК является композиционным материалом с матрицей из Si 3 N 4 (t раб max ≤ 1200°С) или А1 2 0з (t раб max ≤ 1500°С). Наполнителем служат мелкие частицы TiN, TiC, ZrO 2 .

РК изготовляется в виде небольших пластин, на поверхность которых наносят два и более слоев покрытий А1 2 0з, TiC, TiN, TiCN. Используют также «градиентные» покрытия, состав которых постепенно изменяется от керамики к рабочей поверхности. Покрытия имеют своей целью «залечивание» дефектов поверхностного слоя керамического материала.

Оксидная режущая керамика AI 2 O 3 , AI 2 O 3 + ZrO 2 используется для черновой и чистовой токарной обработки деталей из сталей, реже чугунов.

Нитридная режущая керамика Si 3 N 4 , SisN 4 + Zr0 2 применяется для чернового и чистового точения, фрезерования чугунов и суперсплавов.

Режущая керамика по своим свойствам занимает промежуточное положение между твердыми сплавами и сверхтвердыми материалами (алмазами).

Стекло неорганическое

Стеклообразное состояние присуще обширному классу неорганических веществ, от отдельных элементов до сложных многокомпонентных систем. Стекло как искусственный продукт, может включать в свой состав большинство элементов периодической системы.

Наибольшее применение получили стекла, содержащие оксиды SiО 2 , В 2 О 3 . Каждый из этих стеклообразующих оксидов может образовывать стекла в сочетании с модифицирующими оксидами: SiО 2 - AI 2 O 3 , SiО 2 - В 2 О 3 , CaО-MgО 3 - В 2 О 3 и др.

Многовековая история стекловарения, начиная с Древнего Египта, Вави­лонии, Ассирии и по настоящее время, связана с изготовлением силикатных стекол, основывающихся на системе Si-Na 2 О-CaО . Состав некоторых про­мышленных стекол представлен в табл. 1.

Таблица I

Химический состав стекол

Стекло - это такое состояние аморфного вещества, которое получается при охлаждении переохлажденного расплава. Отличие стекла от кристаллов состоит в отсутствии в нем периодичности строения, дальнего порядка в структуре.

По своему строению силикатные стекла представляют собой непрерыв­ную беспорядочную сетку из тетраэдров SiО 4 (рис. 11). Атом кремния, окруженный четырьмя атомами кислорода, отражает ближний порядок в структуре стекла. Как показали многочисленные рентгеновские и нейтронографические исследования, наличие неупорядоченной сетки подтверждается и применитель­но к структуре однокомпонентных стекол.

При введении в SiO 2 оксидов натрия непрерывность кремнекислородной сетки нарушается за счет частичных обрывов связей Si-О-Si, соединяющих тетраэдры между собой. Появляются так называемые немос- тиковые атомы кислорода. Тетраэдры соединяются вершинами, а не ребрами и не гранями.

Рис. 11. Тетраэдрическое строение структуры стекла

Компоненты стекла, способные самостоятельно образовывать структурную непрерывную сетку, такие как SiО 2 и другие, принадлежат к группе стек- лообразователей. Компоненты стекла, не способные самостоятельно образовывать структурную непрерывную сетку, называются модификаторами. К группе модификаторов, как правило, принадлежат оксиды элементов первой и второй групп периодической системы. Катионы модификаторов располагаются в свободных полостях структурной сетки (рис. 12).

У неорганических стекол при охлаждении расплав переходит в пластиче­ское физическое состояние, а затем в стеклообразное состояние. При нагрева­нии, соответственно, происходят переходы: стеклообразное состояние -> пла­стичное состояние -> расплав.

Рис. 12. Схема строения стекла

Температурный интервал, в котором происходит процесс стеклования, называется интервалом стеклования и ограничен двумя температурами: со стороны высоких температур Т р (температура размягчения), со стороны низких температур Т ст. Стекло обладает свойствами твердого тела с хрупким разрушением. Температура Т р является границей пластического состояния и расплава. При температуре Т р из стекломассы уже удается вытягивать тонкие нити.

Стекло приобретает твердость благодаря постепенному возрастанию вязкости при уменьшении температуры. Характеристические температуры Т ст и Т р соответствуют определенным значениям вязкости (рис. 13).

Рис. 13. Зависимость вязкости стекла от температуры (пример). Физические состояния:

I-стеклообразное; II-пластичное; III-расплав

Производство стекла состоит из подготовки сырых материалов и их смешивания в определенных соотношениях в однородную шихту. В качестве ис­точника главного компонента промыш­ленных стекол - кремнезема (S1O2) - ис­пользуют кварцевые стекольные пески.

Шихта подается в стекловарен­ную печь, где ведется варка при температурах 1500...1600 °С. На последней стадии температура снижается до ~1000°С (Т р).

Формование изделий из стекломассы-расплава проводится в области пластичного состояния на стеклоформующих машинах механическими способами (прессованием, прокаткой, выдуванием и др.).

Для получения листового полированного стекла формование расплава стекла в ленту происходит на ровной поверхности расплавленного олова (флоат-способ ). Перемещаясь вдоль ванны, лента стекла охлаждается от 1000 С до 600 °С, затем проводится отжиг в туннельной печи длиной 120 метров.

Свойства стекла зависят от сочетания входящих в их состав компонентов. Наиболее характерное свойство стекла - прозрачность (светопрозрачность оконного стекла 83.. .90 %, а оптического стекла - до 99,95 %). Стекло типично хрупкое тело, весьма чувствительное к механическим воздействиям, особенно ударным. Для повышения прочности стекло подвергают упрочнению (закалка, химическая и термохимическая обработка и др.), что ослабляет действие по­верхностных микротрещин. Для устранения влияния микротрещин применяют стравливание поверхностного слоя. При стравливании дефектный слой раство­ряется плавиковой кислотой, а на обнажившийся бездефектный слой наносится защитная плёнка, например из полимеров.

Плотность стекла 2200...8000 кг/м 3 , микротвёрдость 4... 10 ГН/м 2 , модуль упругости 50...85 ГН/м 2 . Предел прочности стекла при сжатии равен 0,5. ..2 ГН/м, при изгибе 30. ..90 ГН/м 2 . Коэффициент теплопроводности стекла мало зависит от его химического состава и равен 0,7...4,3 Вт/(м К). Коэффициент преломления 1,4...2,2, диэлектрическая проницаемость 3,8... 16,0.

Как материал стекло широко испольэуется в различных областях. В соответствии с назначением известны разнообразные виды стекла: оконное, посудное, тарное, химико-лабораторное, термическое, жаростойкое, строительное, оптическое, электровакуумное и многочисленные другие виды стекла технического. В пределах каждого вида стекла имеются самые разнообразные его сорта. В зависимости от условий службы каждого вида и сорта стеклу предъявляются определённые требования в отношении свойств, сформулированные в соответствующих стандартах и технических условиях.

Все породы деревьев делятся на хвойные и лиственные. Хвойные породы отличаются от лиственных большей прямослойностью волокон и наличием в их составе большего количества смолистых веществ. Именно смолистые вещества увеличивают сопротив¬ляемость древесины загниванию. Поэтому деревянные строительные конструкции изготавливаются в основном из древесины хвойных пород. Исходя из этого подроб¬нее остановимся на строении и свойствах хвойной древесины.

СТРОЕНИЕ ХВОЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ

Древесина имеет трубчатое слоисто-волокнистое строение. В поперечном разрезе ствол дерева состоит из коры, тонкого слоя камбия, заболони, ядровой части и сердцевины. Камбий - это живая часть ствола, находящаяся под корой. Питаясь восходящими соками, камбий непосредственно участвует в росте дерева, организует прирост основной древесины и коры. Сердцевина - центральная внутренняя часть ствола диаметром всего 3-5 мм. Она относится, скорее, к порокам естественного роста, чем к полезной части древесины, так как состоит из рыхлых малопрочных клеток. Поэтому пиломатериалы мелких сортаментов (доски) с сердцевиной относятся ко второму и третьему сорту и не рекомендуются к применению в растянутых элементах несущих конструкций.

Вся основная часть ствола дерева, расположенная между тонким слоем камбия и сердцевиной и содержащая прочные и плотные клетки, состоит из двух частей: заболони и ядра. Заболонь - молодая, неомертвевшая часть древесины, которая находится ближе к наружному контуру ствола и осуществляет восходящее движение соков от корней к кроне дерева. Ядро - старая, наиболее прочная и плотная часть древесины, не принимающая участия в движении соков. Именно в ядровой части заключается наибольшее количество смол, которые придают материалу прочность и выделяют фитонцидные вещества. С возрастом дерева размеры ядра увеличиваются за счет перехода части заболонной древесины в ядровую, а ширина заболони постепенно уменьшается. Наиболее прочный строительный материал получается из ядровой древесины. Чтобы отличить заболонь от ядра, нужно обратить внимание на цвет: заболонь, как правило, более светлая, ядро более темное. Исключение составляет древесина ели, в которой отли¬чить ядро от заболони труднее. С точки зрения микростроения основную массу древесины (до 95%) составляют древесные волокна, располагающиеся вдоль ствола растущего дерева и состоящие из удлиненных пустотелых оболочек отмерших клеток, называемых трахеидами.

Трахеиды в сечении имеют почти прямоугольную пустотелую форму. Их пористые стенки представляют собой многослойное сплетение тонких волоконец - фибрилл, образованных из нитевидных молекул целлюлозы. Целлюлоза входит в состав воло¬кон, формируя их каркас и обеспечивая им прочность. Промежутки между клетками- волокнами заполнены межклеточным веществом аморфной структуры - лигнином, который склеивает волокна между собой. Таким образом, целлюлоза и лигнин явля¬ются основными компонентами древесинного вещества. Упрощенное, но наглядное представление о строении древесины хвойных пород дает сравнение ее с пучком соломы, в котором отдельные соломинки-волокна склее¬ны между собой в поперечном направлении клеем аморфного строения.

Рост дерева происходит за счет деления клеток камбия только в весенне-летне- осенний период. Зимой дерево не растет. Каждый год дерево прибавляет по одному слою древесины. При этом в каждом годичном слое присутствует ранняя и поздняя древесина. Ранняя древесина имеет трахеиды с большими размерами поперечного сечения и тонкой стенкой. В поздней древесине - трахеиды с меньшими размерами поперечного сечения, но с гораздо более толстыми стенками. Таким образом, поздняя древесина в своем строении имеет меньше пустот и больше древесинного вещества. Поэтому она плотнее, темнее по цвету и прочнее ранней древесины. В деревьях хвойных пород 70-90% годичного слоя составляет ранняя древесина и всего лишь Годичный слой - слой древесины, который у растущего дерева образуется ежегодно с наружной части ствола под корой. На поперечном срезе хвойного дерева годичные слои представлены в виде чередующихся светлых и темных полос, количество пар которых соответствует возрасту дерева в годах. Ранняя древесина - часть годичного слоя, которая образовалась весной при избытке влаги, когда рост идет интенсивно. Поздняя древесина - часть годичного слоя, которая образовалась в летне-осенний период, когда влаги меньше, рост замедлен, но питательных веществ еще достаточно. Сучки - радиально направленные волокна древесины (основания ветвей); вызывают искривление во-локон основного ствола. Древесина сучков отличается от основной массы ствола повышенной твердо¬стью, более темным цветом и имеет самостоятельную систему годичных колец. Сучки снижают прочность древесины, затрудняют ее обработку, создают внутреннее напряжение в деревянных элементах.

Свиль (свилеватость) - извилистое или спутанное расположение волокон, образующее завиток. Свилеватость увеличивает плотность древесины в местах ее расположения. Так же, как и сучки, за-трудняет обработку древесины и создает внутренние напряжения.

10-30% - поздняя древесина. Чем больше поздней древесины в годичных слоях, тем прочнее «чистая» (то есть без сучков, свили, косослоя и других пороков) древе¬сина. В деревянных конструкциях должен применяться лесоматериал, содержащий в своей структуре не менее 20% поздней древесины.

В структуре древесины различают также сердцевинные лучи, которые в хвойных породах занимают около 7% полного объема древесины, а в лиственных - 18%. Их клетки имеют радиальное направление, поэтому помогают древесине работать на скалывание в тангенциальном направлении (вдоль волокон) и увеличивают прочность на смятие в радиальном направлении (поперек волокон). Именно они и образуют ветки (а значит, и сучки).

Древесина лиственных пород имеет несколько отличную от хвойных структуру, в кото¬рой стенки клеток древесного волокна образованы тремя слоями микрофибры. Каждый из слоев микрофибры направлен по спирали с различным углом наклона к продоль¬ной оси клетки. Спиральное направление стенок клеток древесины лиственных пород, в частности, наиболее распространенной в России березы, приводит к короблению и растрескиванию пиломатериала при сушке и ухудшению гвоздимости. Наличие этих недостатков и малая стойкость к загниванию ограничивают применение лиственных пород для деревянных конструкций. Вместе с тем, высокие прочностные показатели древесины твердых лиственных пород (в том числе и березы) позволяют использовать их для изготовления мелких соединительных элементов (нагелей, шпонок, накладок), а также ответственных опорных деталей. Такие детали из древесины дуба можно не антисептировать, а из березы они обязательно должны быть антисептированы.

Кроме пустотелых волокон, межклеточного вещества, смолы и сердцевинных лу¬чей, древесина содержит большое количество влаги (водных растворов солей). Всю влагу, содержащуюся в древесине, можно разделить на три вида: свободная, гигроскопическая и химически связанная влага. Свободная и гигроскопическая влага могут быть удалены из древесины путем сушки. Химически связанная влага выделяется из древесины лишь в процессе ее хими¬ческой переработки, а также при гниении или горении. Кстати, при гниении 1 куб. м древесины из нее выделяется около восьми литров воды.

Количество воды в древесине оценивается таким ее показателем, как влажность. Свежесрубленная древесина имеет влажность до 80-100%, а влажность сплав¬ной древесины может достигать 180-200%. Для строительных деталей должна использоваться древесина с влажностью в пределах от 8 до 20%. Достигается такой по-казатель в процессе правильно организованной сушки.

Снижение влажности до 30% достигается воздушной сушкой в штабелях. Наиболее трудным и ответственным в общем процессе сушки древесины является процесс сушки от 30 до 8-20% влажности. Принято считать, что максимальное количество гигроскопической влаги, которое может набрать древесина, составляет при температуре 20°С примерно 30% (это так называемая точка насыщения волокон). Точка насыщения волокон является граничной для изменения прочности древесины в зависимости от ее влажности. Это объ-ясняется тем, что при уменьшении влажности от 200 до 30% в древесине удаляется только свободная влага, а удаление свободной влаги не вызывает усушки, а следовательно, и деформаций. (Примерная длительность сушки пиломатериалов из свежесрубленной древесины до влажности 30% указана в таблице). Дальнейшая отдача влаги (уже гигроскопической) происходит существенно медленнее. Движение и отдача влаги при высы-хании происходит как поперек, так и вдоль волокон, однако с большей интенсивностью влага перемещается вдоль волокон. Движение влаги поперек волокон при высыхании приводит к состоянию, когда наружные слои древесины уже высохли, а внутренние остаются сырыми. Это создает нежелательные внутренние напряжения в сечении деревянного элемента, являющиеся причиной его растрескивания или коробления.

Чтобы избежать такого нежелательного эффекта, важно, чтобы наружные и внутренние слои высыхали равномерно. Такие условия создает мягкий режим сушки, при котором все процессы происходят медленнее и при меньшей температуре, чем при жестком или нормальном режиме.

Наоборот, при увеличении влажности от 0 до 30% происходит насыщение водой оболочек клеток, древесина набухает, и строительные детали увеличиваются в объ- Свободная влага - влага, частично или полностью заполняющая внутреннюю полость клеток древесины и межклеточное пространство. Гигроскопическая влага - влага, которую впитали в себя пористые стенки клеток; количество ее ограничено способностью клеток впитывать, то есть гигроскопичностью. Химически связанная влага - вода, входящая в химический состав древесинного вещества. Влажность древесины - отношение массы воды, содержащейся в древесине, к массе абсолютно сухой (то есть не содержащей свободной и гигроскопической влаги) древесины, выраженное в процентах. Усушка - уменьшение линейных размеров и объема древесины при удалении из нее гигроскопической влаги. Удаление свободной влаги не вызывает усушки. Чем больше клеточных стенок в единице объема древесины, тем больше в ней гигроскопической влаги и выше усушка.

Изменение формы дерева при сушке

Коробление - изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке и неправильном хранении. Чаще всего коробление происходит из-за различия величины усушки по разным структурным направлениям (то есть в радиальном и тангенциальном направлениях).При этом в стесненных условиях (например, в стене дома) в деревянных элемен-тах могут возникнуть значительные внутренние напряжения, которые также приведут к деформациям (выпучиванию) деревянных элементов и конструкций. Важно также знать, что, чем плотнее древесина, тем больше размеры усушки и разбухания при прочих равных условиях. В соответствии с этим размеры усушки в радиальном и тангенциальном направлениях у поздней (более плотной) древесины значительно больше, чем у ранней (более пористой).

Стандартной влажностью древесины считается влажность 12%. Именно при такой влажности сравниваются все свойства древесины.

Достоинства хвойной древесины

Наряду с такими актуальными характеристиками, как экологичность, природная кра-сота, способность «дышать» и создавать благоприятный микроклимат в помещении, хвойная древесина обладает еще целым рядом положительных свойств, делающих деревянный дом прочным, теплым, надежным, долговечным и экономичным.

Малый вес. Древесина хвойных пород, используемая в строительстве, при сред¬ней плотности 500 кг/м3 в 15,7 раза легче стали и в 4,8 раза легче бетона, что поз¬воляет значительно снизить материальные затраты на транспортировку, устройство фундаментов, обходиться без тяжелых грузоподъемных механизмов при возведении зданий и сооружений. Высокая удельная прочность. Одним из показателей эффективности применения конструкций из различных материалов является так называемая удельная прочность материала. Если иметь в виду, что расчетное сопротивление (то есть предел прочности) древесины в среднем составляет 14 МПа (мегапаскалей), стали 230 МПа, а бетона клас¬са В25 - 30 МПа, то для древесины соотношение расчетного сопротивления к плотности составляет 28, для стали - 29,3, а для бетона - 1 2,5 единицы. Таким образом, удельная прочность древесины всего на 4,4% меньше, чем стали, и на 122% выше, чем бетона. Этот показатель подтверждает целесообразность применения деревянных и, в частнос¬ти, клееных деревянных конструкций наравне с металлическими конструкциями в боль¬шепролетных зданиях, где собственный вес конструкций имеет решающее значение.

Эластичность и вязкость. Из всех традиционных строительных материалов толь¬ко древесина, обладая высокой эластичностью, позволяет зданию реагировать на неравномерную осадку оснований фундаментов без появления и развития трещин в деревянных деталях, а также дает возможность обходиться фундаментами мелко¬го заглубления. Вязкий характер разрушения конструкций из древесины позволяет перераспределяться усилиям в элементах конструкций, что исключает возможность мгновенного их обрушения.

Незначительное температурное расширение. Температурное расширение дре-весины при нагреве или остывании значительно меньше, чем у других строительных материалов. Например, коэффициент термического расширения древесины вдоль воло¬кон составляет всего 3,6x10"6, стали - 11,5x10 6, алюминия - 23,8-27x10"6, бетона - 12,6x10"6 градус". Это говорит о том, что в условиях сильного нагрева деревянные эле¬менты будут иметь удлинения в 2,5 раза меньше, чем стальные, в 2,8 раза меньше, чем бетонные, и в 5,7 раза меньше, чем алюминиевые. Именно поэтому исчезает необходимость расчленять деревянные здания на блоки ограниченной длины посредством устройства температурных швов.