Tartak Tyble Sp. z o.o. ,Tyble 45A, 98-420 Sokolniki

 

Telefon

+48 62 784 51 77

Pracujemy

Pon-Pt od 08.00 do 16.00

Porady

Właściwości fizyczne i mechaniczne mające wpływ na zastosowanie drewna jako materiału budowlanego

1.1) Właściwości mechaniczne
Właściwości wytrzymałościowe drewna zależą przede wszystkim od rozkładu polimerów celulozy w ścianie komórkowej, która tworzy szkielet nośny drewna i od amorficznej (bezpostaciowej ) ligniny wypełniającej wolne przestrzenie szkieletu. Celuloza wpływa na właściwości sprężyste , lignina zaś na plastyczne.
Łącznie z woda kapilarną wypełniająca porowate włókna drewna skomplikowana budowa drewna decyduje o jego właściwościach mechanicznych i fizycznych. Rozmieszczenie słoi rocznych z podziałem na przyrost wczesny i późny , charakteryzuje mechaniczne właściwości drewna. Drewno iglaste o zagęszczonych słojach bardziej nadaje się do konstrukcji niż drewno szerokosłoiste.

Drewno pod wpływem długotrwałego obciążenia wykazuje cechy reologiczne Zachodzą w nim zjawiska pełzania i relaksacji. Podczas rozciągania włókien drewna powstaje z upływem czasu również korozja naprężeniowa . Dlatego wyróżniamy w drewnie wytrzymałość doraźną i długotrwałą ( Długotrwała wytrzymałość drewna stanowi 0,5 do 0,6 wytrzymałości doraźnej. Ustalonej na próbkach znormalizowanych
a) wytrzymałość na ściskanie
- Wytrzymałość drewna na ściskanie jest to opór , jaki stawia materiał drzewny poddany działaniu sił ściskających, powodujących jego odkształcenie lub zniszczenie. Miarą wytrzymałości drewna na ściskanie jest naprężenia w MPa przy, której następuje zniszczenie badanej próbki. Wytrzymałość ta w drewnie zależy od jego kierunku anatomicznego.. Rozróżnia się wytrzymałość drewna na ściskanie wzdłuż włókien oraz na ściskanie prostopadle do włókien (kierunek promieniowy i styczny) Przeciętna wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien wynosi 39 do 49 MPa , zaś na ściskanie w kierunku prostopadłym do włókien jest 6 do 10 razy mniejsza.
 b) wytrzymałość na rozciąganie
- Wytrzymałość drewna na rozciąganie jest to opór , jaki stawia materiał drzewny poddany działaniu sił rozciągających, dążących do jego odkształcenia lub zerwania. Miarą wytrzymałości drewna na rozciąganie jest naprężenia w MPa , przy której następuje zniszczenie badanej próbki. Wytrzymałość ta w drewnie zależy od jego kierunku anatomicznego. Wytrzymałość drewna na rozciąganie wzdłuż włókien jest około 2,5 razy większa od wytrzymałości na ściskanie. Przeciętnie wytrzymałość drewna na rozciąganie wzdłuż włókien wynosi 110 do 140 MPa .
c) wytrzymałość na zginanie statyczne
- Zginanie statyczne występuje podczas wzrastającego powoli obciążenia zginającego. Średnia wytrzymałość drewna na zginanie statyczne wynosi 75 do 98 MPa jest ona mniejsza niż wytrzymałość na rozciąganie lecz większa niż na ściskanie. Jeżeli przyjmuje się wskaźnik wytrzymałości drewna na ściskanie wzdłuż włókien za 100, to proporcjonalnie wytrzymałość na zginanie statyczne wynosi 200 a wytrzymałość na rozciąganie podłużne 300. 
d) wytrzymałość na ścinanie
 Wytrzymałość drewna na ścinanie określa się wartością przyłożonej siły ścinającej działającej równolegle do włókien, która powoduje zniszczenie odniesionej do wielkości obciążanego przekroju. Przeciętna wytrzymałość drewna na ścinanie wynosi 1/8 do 1/6 wytrzymałości na ściskanie w kierunku równoległym do włókien. Ścinanie odgrywa dużą rolę w sklejce i drewnie warstwowym.
e) wytrzymałość drewna na zmęczenie 
Drewno poddane przez dłuższy czas naprężeniom zmiennym ulega zniszczeniu nawet wtedy gdy te obciążenia są mniejsze od wytrzymałości na obciążenia statyczne. Zjawisko to nazywa się zmęczeniem drewna
f) współczynnik bezpieczeństwa i naprężenia dopuszczalne.
W projektowaniu różnych konstrukcji drewnianych, gdzie w grę wchodzą niekiedy znaczne obciążenia statyczne lub dynamiczne uwzględnia się współczynnik bezpieczeństwa. Współczynnik ten określa się jako stosunek wytrzymałości drewna do naprężenia dopuszczalnego i jest on wartością liczbową i wynosi 5 do 10 ( w odniesieniu do drewna wilgotnego przyjmuje się naprężenia dopuszczalne o 1/3 mniejsze.

Wartości naprężeń dopuszczalnych dla drewna powietrzno-suchego gatunków iglastych i niektórych liściastych przedstawia poniższa tabela:

Naprężenie Drewno iglaste Dąb, buk
Ściskanie wzdłuż włókien 7,85 9,81
Ściskanie w poprzek włókien 1,96 3,92
Rozciąganie wzdłuż włókien 8,83 10,30
Zginanie statyczne 9,81 10,79
Ścinanie wzdłuż włókien 1,18 1,96

1.2)
Właściwości drewna wynikające z działania wody
Rodzaje wody w drewnie. W drewnie drzew żywych woda stanowi główny składnik soku komórkowego; znajduje się w błonach komórkowych, wypełnia wolne przestrzenie komórkowe oraz cewki i naczynia bielu.

W drewnie świeżo ściętym lub mokrym rozróżnia się wodę:
- wolną, czyli kapilarną, która wypełnia wnętrza komórek i przestrzenie międzykomórkowe, stanowiąc ok. 65% ogólnej zawartości wody w drewnie
- związaną, czyli higroskopijną, która nasyca błony komórkowe, stanowiąc ok. 30% ogólnej, zawartości wody w drewnie,
- konstytucyjną, czyli chemiczną, która wchodzi w skład związków chemicznych drewna, stanowiąc ok. 5% ogólnej zawartości wody w drewnie; woda ta nie ma praktycznego znaczenia w procesie suszenia drewna.

Wilgotność drewna. Wilgotność drewna określa procentowy stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy drewna. Oznacza się ją w jednostkach wagowych albo w procentach. Rozróżnia się wilgotność bezwzględną i wilgotność względną.

Wilgotność bezwzględną drewna określa się jako stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy drewna całkowicie suchego.

Wilgotność wzgędna drewna jest to stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy drewna wilgotnego.

Suszenie drewna w warunkach naturalnych powoduje zmniejszenie jego wilgotności do 15 ÷18% Wilgotność drewna poniżej 8 ÷12% uzyskuje się dzięki sztucznemu suszeniu materiałów drzewnych w suszarniach lub w pomieszczeniach zamkniętych i ogrzewanych.

Rozróżnia się wilgotność techniczną drewna, związaną z wymaganiami obróbki oraz wilgotność użytkową zależną od jego zastosowania i warunków użytkowania. Wilgotność techniczna powinna być równa lub mniejsza o 2% od wilgotności użytkowej. Wilgotność podstawowych wyrobów stolarskich wg PN powinna wynosić:

- stolarka meblowa i budowlana w pomieszczeniach ogrzewanych centralnie 8 ÷10%;
- ogrzewanych piecami 10 ÷12%;
- stolarka budowlana stykająca się z powietrzem wewnętrznym i atmosferycznym 12÷15%;
- konstrukcje drewniane kryte dachem, lecz nie zamknięte 15 ÷17%;
- konstrukcje drewniane nie chronione dachem 17 ÷ 22%;
- budownictwo wodne 22 ÷ 30%.

Stosowanie drewna zbyt wilgotnego lub nadmiernie suchego jest szkodliwe; dlatego producent i odbiorca powinni dbać, aby wilgotność drewna była zgodna z obowiązującymi normami.

Higroskopijność drewna.

Higroskopijność drewna jest to zdolność do zmiany jego wilgotności zależnie od stanu temperatury i wilgotności otaczającego powietrza. Zdolność tę drewno ma tylko w przedziale 0 ÷ 30% wilgotności, tj. aż do osiągnięcia punktu nasycenia włókien. 
Wilgotność drewna odpowiadająca punktowi nasycenia włókien (górna granica chłonności błon komórkowych) wynosi przeciętnie 30%( wilgotność umowna) . Jest to maksymalna wilgotność błon komórkowych drewna drzew świeżo ściętych lub moczonego w wodzie. 
W drewnie występuje wówczas woda związana (higroskopijna) nasycająca błony komórkowe i wypełniająca przestrzenie międzymicelarne; wilgotność wynosi 30%. Zjawisko pobierania pary wodnej z powietrza przez drewno, nazywa się sorpcją, zaś zjawisko odwrotne, polegające na oddawaniu wody (związane z wysychaniem drewna) desorpcją. Zjawiska te mogą zachodzić w przedziale wilgotności higroskopijnej, tzn. gdy wilgotność drewna wynosi 0÷30%. Powyżej punktu nasycenia włókien, zwanego również punktem krytycznym, drewno może pobierać wodę w postaci cieczy (wodę wolną), wypełniającą cewki i naczynia. Ilość pary wodnej, jaką może wchłonąć drewno zależy od temperatury i wilgotności otaczającego powietrza. Wzrost temperatury powietrza bez zmian jego wilgotności powoduje parowanie wody z drewna i zmniejszenie wilgotności drewna. Zjawisko odwrotne następuje wówczas, gdy zwiększa się wilgotność powietrza, a temperatura drewna nie ulega zmianie. W sprzyjających warunkach, np. w pomieszczeniach zamkniętych, w których utrzymuje się powietrze o niezmiennej wilgotności i temperaturze, może nastąpić zrównoważenie wilgotności drewna z wilgotnością powietrza. Występuje wtedy wilgotność równoważna drewna (stan równowagi higroskopijnej), czyli wilgotność drewna odpowiadająca określonej temperaturze i wilgotności otaczającego powietrza. Jest to stan, w którym drewno nie przyjmuje z powietrza pary wodnej, ani jej nie oddaje. Oznacza to, że ciśnienie pary wodnej jest jednakowe na powierzchni drewna i w powietrzu.

Nasiąkliwość i przesiąkliwość drewna.

Nasiąkliwość drewna jest to zdolność drewna zanurzonego w wodzie do wchłaniania tej wody. Ilość wody wchłoniętej przez drewno zależy od porowatości drewna i czasu zanurzenia. Największą zdolność wchłaniania wody ma drewno w stanie całkowicie suchym, ponieważ wnika wówczas do błon komórkowych maksymalna ilość wody wolnej i wody związanej. Tę stosunkowo największą ilość wchłoniętej wody w odniesieniu do masy drewna całkowicie suchego nazywa się wilgotnością maksymalną drewna.

Przesiąkliwością drewna nazywa się zdolność przenikania cieczy przez drewno. Właściwość ta zależy od rodzaju i gatunku drewna, a często także od tego z jakiej części pnia pochodzi próbka badanego drewna. Przesiąkliwość drewna drzew liściastych jest większa, niż drewna drzew iglastych. Test ona także znacznie większa, gdy ciecz przenika wzdłuż włókien, niż w poprzek włókien przez przekrój promieniowy. Podobnie, przesiąkliwość jest większa w drewnie bielastym niż twardzielowym.

Pęcznienie i kurczenie się drewna.

Pęcznienie drewna jest to zwiększanie się jego wymiarów liniowych i objętości na skutek wzrostu zawartości wody związanej (higroskopijnej) w drewnie. Drewno pęcznieje w przedziale wilgotności higroskopijnej 0÷30%, czyli od stanu absolutnie suchego do punktu nasycenia włókien. Stan ten następuje w wyniku wypełnienia błon komórkowych wodą związaną. Powyżej punktu nasycenia włókien wchłaniana woda wolna wypełnia przestrzenie międzykomórkowe, nie powodując pęcznienia drewna.

Kurczenie się drewna jest zjawiskiem odwrotnym do pęcznienia, dolegającym na zmniejszeniu się wymiarów (liniowych i objętości) wskutek zmniejszania się zawartości wody związanej. Drewno o wilgotności większej od 30% oddaje podczas wysychania tylko wodę wolną, wobec czego następuje stopniowe zmniejszanie masy drewna bez zmian jego wymiarów. Oddawanie wody związanej (higroskopijnej) następuje podczas kurczenia drewna od punktu nasycenia włókien (30%) do stanu całkowicie suchego (0%). W praktyce przyjmuje się, że pęcznienie i kurczenie się drewna są to równe co do wartości zjawiska, lecz przeciwnie skierowane w przedziale wilgotności higroskopijnej.

Pękanie i paczenie się drewna.

Pękanie drewna jest to zjawisko występujące podczas nadmiernego wysychania drewna na wolnym powietrzu spowodowane m.in. dużym nasłonecznieniem. Przyczyną pękania drewna jest nierównomierne wysychanie jego warstw wewnętrznych i zewnętrznych (zróżnicowanego kurczenia się drewna) na skutek niejednolitej budowy drewna. Wielkość pęknięć zależy od szybkości wyparowywania wody, rodzaju i grubości drewna oraz od różnicy naprężeń warstw wewnętrznych. Drewno drzew iglastych mniej pęka (wielkość pęknięć jest mniejsza i występują one rzadko) niż drewno drzew liściastych, np. buk, grab. Bardziej pękają grube wyroby z drewna niż cienkie.

Paczenie się czyli zmiana kształtu drewna, występuje w materiałach tartych, podobnie jak pęknięcia drewna, podczas nierównomiernego wysychania i zróżnicowanego kurczenia się drewna w kierunku stycznym i promieniowym.

W sortymentach tartych najczęściej występuje paczenie poprzeczne, zaznaczające się zmianą kształtu przekroju poprzecznego, lub paczenie podłużne, zaznaczające się wygięciem lub skrętem podłużnym płaszczyzn.

1. 3)Właściwości cieplne drewna

Przewodność cieplna drewna jest to zdolność przewodzenia ciepła, pozwalająca na wyrównanie różnic temperatury w całym materiale. .Przewodność cieplną określa się za pomocą współczynnika przewodzenia ciepła, który wskazuje, ile ciepła przepływa w ciągu 1 godziny przez 1 m2 powierzchni, gdy odległość przeciwległych ścian wynosi 1 m, a różnica temperatury 1 K. Współczynnik ten oznacza się symbolem ~,, jednostką jest W/ (m K). Współczynnik przewodzenia ciepła decyduje o wartości danego materiału jako izolatora: im mniejszy współczynnik tym lepsze właściwości izolacyjne materiału.. Wartość tego współczynnika zależy od wilgotności drewna, temperatury, od kierunku przebiegu włókien oraz gęstości i wynosi 0,140=0,407 W/ (m K). Im większa jest gęstość drewna, tym większy jest jego współczynnik przewodzenia ciepła. Wzdłuż włókien przewodność cieplna jest około 1,8 razy większa niż w poprzek. Stosunkowo duże ciepło właściwe drewna i niewielki jego współczynnik przewodności cieplnej sprawiają, że drewno stosuje się powszechnie w budownictwie

1. 4) Trwałość drewna

Trwałość drewna jest to odporność na niszczące działanie czynników zewnętrznych, powodujących jego rozkład. Ocenia się ją na podstawie czasu, w którym drewno zachowuje swoje właściwości fizyczne i mechaniczne. Dużą trwałość mają: drewno twardzielowe o ścisłej budowie i dużej gęstości, drewno drzew iglastych i liściastych zawierające garbniki, gumy, olejki eteryczne, drewno pozyskane z terenów górskich i północnych przeważnie ze ścinki zimowej i drewno w średnim wieku.

Na trwałość drewna mają duży wpływ warunki, w jakich ono się znajduje oraz czynniki zewnętrzne. Są to:

-          czynniki biologiczne (organiczne - grzyby pasożytujące, owady i drobnoustroje);

-          czynniki fizyczne (atmosferyczne zmiany temperatury, wilgotności powietrza i opady);

-          czynniki chemiczne (roztwory kwaśne lub alkaliczne o dużym stężeniu)..

Trwałość drewna można wydatnie zwiększyć przez suszenie, nasycanie środkami przeciwgnilnymi, nasycanie suchego drewna impregnatami i pokrywanie powłokami ochronnymi. Skutecznym zabiegiem stosowanym w praktyce jest utrzymywanie takiej wilgotności drewna, która nie sprzyja rozwojowi grzybów i owadów. Dlatego też drzewa świeżo ścięte okorowuje się (zdejmuje korę, co przyspiesza wysychanie) lub przechowuje drewno okrągłe w basenie z wodą, co zabezpiecza je przed rozwojem grzybów powodujących m.in. zgniliznę drewna.

Rodzaj drewna Na wolnym powietrzu W pomieszczeniu zamkniętym bez przewiewu W warunkach niezmiennie suchych W warunkach niezmiennie wilgotnych
Sosna 80 120 1000 500
Świerk 50 25 900 70
Jodła 45 20 900 60
Modrzew 90 150 1800 600
Dąb 120 200 1800 700
Wiąz 100 180 1500 1000
Jesion 20 3 500 10
Buk 10 5 800 10
Klon 10 5 1000 10
Brzoza 5 3 500 10
Olcha 5 2 400 800
Osika 3 1 500 10
Wierzba 5 4 600 20

Przypisy:
: Å.. Oznaczenie Angstrem – jednostka długości równa 10−10 m
MPa - oznacza megapaskal (106 Pa),
Pa -oznacza Paskal - 1 Pa = 1 kg·m-1·s-2 = 1 N/m2]

 

OPRACOWAŁ:
Mgr inż. Andrzej Waligóra
Technolog drewna

Telefon

+48 62 784 51 77

Adres

Tyble 45A, 98-420 Sokolniki, Polska