337. Предел гигроскопичности древесины. Предел гигроскопической влажности ( в среднем составляет около 30%) соответствует полному насыщению стенок клеток древесины водой. Полная влажность древесины, считая вместе гигроскопическую и каппилярную влагу, может значительно превышать 30%. Нпример, у свежесрубленного дерева она может колебаться от 40 до 120%, а при выдерживании древесины в воде ее влажность может возрасти до 200%. При длительном нахождении влажной древесины на воздухе она постепенно высыхает и достигает равновестной влажности. ( Для сухой древесины составляет 8-12%).

338. Равновесная и стандартная влажность древесины. Равновестная влажность зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Для комнатно-сухой древесины 8-12%, поэтому до такой влажности высушивают паркетную клепку, древесину, идущую на изготовление столярных изделий, и т.п. Воздушно-сухая древесина после продолжительной сушки на открытом воздухе имеет влажность 15-18%.

Показатели свойств (объемной массы, прочности), полученные при испытании древесины различной влажности, для возможности сосоставления приводят к стандартной влажности, равной 12%. При необходимости численные характеристики древесины (например, предел прочности) пересчитывают к влажности 15%.

339. Линейная усушка древесины. Усушка древесины поисходит засчет удаления связанной вляги из стенок клеток, т.е. если влажность древесины становится меньше предела гигроскопичности, то усушка достигает максимального значения при полном удалении влаги, содержащейся в клеточных стенках.

Вследствие неоднородности строения древесина усухает в различных направлениях неодинаково. Вдоль оси ствола (вдоль волокон) max линейная усушка сравнительно невелика – около 0,1% (или 1мм на 1м), в радиальном направлении 3-6%, в тангенциальном 6-12%. При высушивании древесины от предела гигроскопичности (30%) до воздушно-сухого состояния (12-15%) усушка составит примерно половину своего максимального значения. При высушивании до комнатно-сухого состояния (8-10%) получается усушка, равная трем четвертям максимальной.

340. Объемная усушка древесины. Объемную усушку древесины вычисляют Уv вычисляют, не учитывая продольной усушки, с точностью до 0,1% по формуле 100, где a  и b – размеры поперечного сечения образца при данной начальной влажности, a0 и b0 – то же, в абсолютно сухом состоянии.Степень усушки древесины характеризуется коэффициентом объемной усушки kу, который вычисляют на 1% влажности с точностью до 0,01% по формуле kу=Yv, max/30. В этой формуле среднее значение предела гигроскопичности древесины различных пород принято равным 30%.

341. Истинная плотность и пористость древесины. Плотность древесины изменяется незначительно, так как древесина всех деревьев состоит в основном из одного и того же в-ва – целлюлозы. Поэтому среднюю плотность древесины можно принять равной 1,54 г/см3.

Пористость древесины хвойных пород колеблется от 46 до 81%, лиственных – 32-80%.

342. Классификация древесины по средней плотности. Плотность материала характеризуется отношением массы тела к объему, поэтому плотность древесины должна представлять собой именно объемную массу, а не объемный вес (как это до сих пор встречается в справочной и учебной литературе). Дело в том, что значение «веса» не может быть постоянным для разных географических точек Земли (зависит от ускорения свободного падения). Следовательно, принципиально неправильно характеризовать свойство древесины переменным показателем.Плотность (раньше применялся термин «удельный вес») древесинного вещества, которое образует оболочки клеток, мало зависит от породы; это объясняется практически одинаковым химическим составом древесины различных пород. Относительная плотность древесинного вещества представляет собой безразмерную величину, равную отношению плотности р_д совокупности веществ, слагающих клеточную оболочку, к плотности воды при 3,98° С:

Имеются различные способы определения величины d. Например, этот показатель можно установить путем погружения очень тонких (микротомных) срезов древесины в раствор азотнокислого кальция разной концентрации; плотность раствора, в котором срезы останутся во взвешенном состоянии, будет равна плотности древесинного вещества. В зависимости от способа определения значения d несколько различаются. По данным различных авторов, d находится в пределах 1,499—1,564 и в среднем принимается равной 1,54. Плотность древесины определяется по формуле:

где pw — плотность древесины при данной влажности W, кг/см³; m_w — масса образца древесины при влажности W, кг; V_w — объем древесины при влажности W, м³.

Для экспериментального определения плотности древесины используют образцы в виде прямоугольной призмы основанием 20X20 мм и высотой (вдоль волокон) 30 мм. Массу образца можно установить единственным методом — взвешиванием на рычажных весах. Взвешивание проводится на весах с точностью до 0,001 г. Объем образца может быть определен двумя способами: по трем линейным измерениям (ширине, толщине и высоте) и специальным прибором — объемомером. Кроме того, необходимо установить влажность образца в момент испытаний и иногда коэффициент объемного разбухания. Для этого приходится образец доводить в сушильном шкафу до абсолютно сухого состояния и измерять его массу (иногда объем).

Для определения объема по первому методу ширину и толщину образца измеряют посередине высоты, а высоту — между центрами оснований. Измерение проводят каким-либо мерительным инструментом (микрометром, штангенциркулем, прибором с индикаторами часового типа и т. д.) с точностью до 0,01 мм. Объем образца равняется произведению полученных трех величин и выражается в долях кубического метра. Вполне очевидно, что точность определения объема образца по описанному способу зависит от тщательности изготовления образца и может снижаться, если образец по форме отличается от прямоугольного параллелепипеда. При использовании объемомера образец может иметь любую форму, так как прибор основан на измерении объема несмачивающей древесины жидкости после погружения в нее образца. Объем образца вычисляется с точностью 0,01 см³ по формуле:

где п — цена одного деления круговой шкалы на обойме.

Подставив найденные значения m_w и V_w в формулу, плотность вычисляют с точностью до 1 кг/м³. Плотность существенно зависит от влажности древесины. В справочной литературе обычно приводятся данные о плотности древесины при влажности 15% (p₁₅). Иногда в расчетах участвуют значения плотности древесины в абсолютно сухом состоянии. Часто приходится оперировать данными о плотности и при других значениях влажности. Указанные показатели можно определить непосредственно экспериментальным путем по массе и объему образца, соответствующей заданной влажности.

Однако часто бывает достаточно определить плотность при любой влажности ниже или выше предела гигроскопичности, а затем, используя пересчетные формулы, получить сначала значение р₁₅, а затем искомую величину плотности при заданной влажности. Если в момент испытаний влажность образца находилась в диапазоне от нуля до предела гигроскопичности (т. е. до 30%) по любому найденному значению плотности можно вычислить плотность при влажности 15% по формуле:

где p₁₅ — плотность древесины при влажности 15%; pw — плотность древесины в момент испытаний; W — влажность образца, изменяющаяся в диапазоне от 0 до 30%; Кр.об — коэффициент объемного разбухания, %. Принимая в среднем для древесины белой акации, березы, бука, граба и лиственницы K_р._0б , равным 0,6, получим из формулы следующее выражение:

Для остальных пород при Кр.об, равном 0,5, плотность р₁₅ можно вычислить но формуле:

Формулы используются в том случае, если в процессе испытаний не определяется точного фактического значения коэффициента разбухания. Если влажность древесины в момент испытаний составляет более 30%, для пересчета найденной плотности к p₁₅ используют следующие формулы: для древесины белой акации, березы, бука, граба и лиственницы:

для древесины остальных пород:

Для многих расчетов очень удобно иметь характеристику плотности древесины, не зависящую от ее влажности,— условную плотность древесины. Условная плотность древесины определяется по формуле:

где m_о — масса образца древесины в абсолютно сухом состоянии, кг; Vmax — объем образца при влажности выше предела гигроскопичности, м³.

Экспериментальным путем условную плотность древесины определяют на образцах (20X20X30 мм), выпиленных из предварительно выдержанных в воде (до приобретения максимального объема) заготовок. Измеряют длину, ширину и толщину каждого образца и на основании этих данных определяют V_max. Затем образцы сушат и устанавливают массу в абсолютно сухом состоянии— m_о. Подставив найденные значения в формулу, вычисляют р_усл с точностью до 1 кг/м³. Величина условной плотности очень близка к величине плотности древесины в абсолютно сухом состоянии. Соотношение между этими показателями выражается формулой:

где У — полная усушка. Условную плотность древесины белой акации, березы, бука, граба и лиственницы можно вычислить также, если известно значение p₁₅ по формуле:

Условную плотность остальных пород — по формуле:

Величина плотности древесины различных пород изменяется в очень широких пределах: среди наших пород древесину с очень малой плотностью имеет пихта сибирская (380), ива белая (420) и др., а наиболее плотную — самшит (970), береза железная (980), саксаул (1050) и ядро фисташки (1110). По плотности древесины при 15% -ной влажности все наши породы можно разделить на три группы: