Теплопроводность, физические свойства и особенности древесины как строительного материала.

Теги: 
Строительный материал
Категория: 
Строительный материал

Ощущение теплоты или холода зависит не только от температуры предмета, к которому мы прикасаемся, но и от скорости, с которой он передаёт или отбирает тепло нашей кожи. К примеру, если вы касаетесь холодного металла, то он отбирает тепло в сотни раз быстрее, чем холодное дерево. Хотя их температура и одинакова, ваши ощущения таковы: дерево теплее.

    Мы все знакомы с понятием относительная теплопроводность дерева. Вернее будет сказать, с его не-теплопроводностью, поскольку дерево знаменито своими качествами теплоизоляции, а не теплопроводности. Образ «тёплого» дерева вполне объясним с точки зрения теории теплопроводности. Ощущение теплоты или холода зависит не только от температуры предмета, к которому мы прикасаемся, но и от скорости, с которой он передаёт или отбирает тепло нашей кожи. К примеру, если вы касаетесь холодного металла, то он отбирает тепло в сотни раз быстрее, чем холодное дерево.

    Хотя их температура и одинакова, ваши ощущения таковы: дерево теплее. Именно поэтому в течение многих столетий дерево используют в качестве материала для изготовления ружейного ложа, сидений и рукояток инструмента. Сравнительные значения теплопроводности различных материалов приведены в таблице: * К – коэффициент теплопроводности (выраженный как количество BTU, проходящих через материал в час, на дюйм толщины, на квадратный фут поверхности, на разницу в градусах температуры по Фаренгейту между тёплой и холодной стороной. ** R =1/К – тепловое сопротивление материала, представляет собой теплоизоляционное качество материала Приблизительные термические свойства различных материалов Материал К* R** Воздух 0.16 6.25 Вода 4 0.25 Лёд 15 0.07 Стекло 5 0.2 Кирпич 4.5 0.22 Бетон 7.5 0.13 Мрамор 17 0.06 Сталь 310 0.003 Алюминий 1400 0.0007 Теплоизоляция (стекловата, мин. вата, пенополиуретан, и т.д.) 0.2-0.3 3.3-5.0 Дерево (сухое, в направлении перпендикулярно волокну) 0.4-1.2 0.8-2.5 Очевидно, что чем выше значение R, тем лучше теплоизоляционные свойства материала. Приведённые в таблице значения для дерева показывают разницу между свойствами различных пород в сухом виде. Вообще, теплопроводность дерева зависит от его плотности и уровня влажности следующим образом: К = S ( 1,39 + 0.028 MC ) + 0.165 где К – коэффициент теплопроводности в BTU/ft2/0F/hr/in., S – плотность, а МС – уровень влажности в %. Т.е. увеличение плотности и уровня влажности ведёт к повышению теплопроводности, или к потере теплоизоляционных качеств. Для большинства хвойных пород, применяемых в строительстве, значение К будет равно или чуть меньше 1, а значение R чуть больше 1.

    Например, для еловой доски с плотностью 0.40 и средним уровнем влажности в 10 %, К = 0.40 ( 1.39 + 0.028 х 10 ) + 0.165 = 0.833 Принимая во внимание критическое состояние наших энергетических ресурсов, понятно, что потеря тепла в зданиях и сооружениях – серьёзная забота. Из данных, приведённых в таблице, отчётливо видно, что дерево – лучший теплоизолятор, чем другие строительные материалы. Оно в семь раз эффективней бетона, в 300 раз эффективней стали и в 1400 раз эффективней алюминия той же толщины. Хотя материалы, производимые специально для теплоизоляции (стекловата, минеральная вата, пенополиуретановая пена и т.п.) и превосходят дерево по своим свойствам в три-четыре раза, во многих случаях, особенно там, где требуются прочность, красота и теплоизоляция, дерево остаётся приемлемым компромиссом и логическим выбором. Значение К для воды составляет 4, а для льда –15, из чего можно сделать вывод, что для того, чтобы сохранить теплоизолирующий потенциал, дерево и другие материалы необходимо поддерживать в сухом состоянии.


    Советы

    Влага в материале.

    Влага в древесине пропитывает клеточные оболочки (связанная или гигроскопическая) и заполняет полости клеток и межклеточные пространства (свободная или капиллярная).

    При высыхании древесины сначала из нее испаряется свободная влага, а затем гигроскопическая. При увлажнении древесины влага из воздуха пропитывает только клеточные оболочки до полного их насыщения. Дальнейшее увлажнение древесины с заполнением полостей клеток и межклеточных пространств происходит только при непосредственном контакте древесины с водой (вымачивание, пропаривание).Из этого следует, что однажды высушенная древесина, не находясь в непосредственном контакте с водой, не может иметь влажность выше предела гигроскопичности - состояния древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится только воздух. Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности, при комнатной температуре (200 С) составляет 30% и практически не зависит от породы.

    Различают следующие ступени влажности древесины: мокрая - длительное время находившаяся в воде, влажность выше 100%; свежесрубленная - влажность 50...100%; воздушно-сухая (транспортная) - влажность 15...20%; комнатно-сухая - влажность 8...12% и абсолютно сухая - влажность 0%.

    Усушка. Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка начинается после полного удаления свободной влаги и с начала удаления связанной влаги.

    Усушка по разным направлениям неодинакова. В среднем полная линейная усушка в тангентальном направлении составляет 6...10%, в радиальном - 3...5% и вдоль волокон - 0,1...0,3%.


    Свойства.

    К физическим свойствам древесины относятся: внешний вид и запах, влажность и связанные с ней изменения - усушка, разбухание, водопоглощение,  растрескивание и коробление. К физическим свойствам древесины относятся также ее плотность,  электро-, звуко- и теплопроводность, показатели макроструктуры.

    Внешний вид древесины

    Цвет. Цвет древесине придают находящиеся в ней дубильные, смолистые и красящие вещества, которые находятся в полостях клеток.

    Древесина пород, произрастающих в различных климатических условиях, имеет различный цвет - в жарких и южных районах она более яркая по сравнению с древесиной пород умеренного пояса. В пределах климатического пояса каждой древесной породе присущ свой особый цвет. Под влиянием света и воздуха древесина многих пород теряет свою яркость, приобретая на открытом воздухе сероватую окраску.

    Древесина ольхи, имеющая в свежесрубленном состоянии светло-розовый цвет, вскоре после рубки темнеет и приобретает желтовато-красную окраску. Древесина дуба, пролежавшая долгое время в воде, приобретает темно-коричневый и даже черный цвет (мореный дуб). Меняется окраска древесины и в результате поражения ее различными видами грибов. На окраску древесины оказывает влияние также возраст дерева. У молодых деревьев древесина светлее, чем у более старых.

    Цвет древесины имеет важное значение в производстве  оконных изделий. Насыщенный богатством оттенков цвет придает изделиям из древесины красивый внешний вид.

    Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи обладают способностью направленно отражать световые лучи и создают блеск на радиальном разрезе.

    Текстура - рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза.

    Хвойные породы на тангентальном разрезе из-за резкого различия в цвете ранней и поздней древесины дают красивую текстуру. Особенно красивый рисунок имеет древесина с неправильным расположением волокон (свилеватость волнистая и путаная).

    Часто применяют особые способы обработки древесины - лущение фанерных кряжей под углом к направлению волокон, радиальное строгание, прессование или замену искусственной текстурой.

    Запах древесины зависит от находящихся в ней смол, эфирных масел, дубильных и других веществ. Характерный запах скипидара имеют хвойные породы - сосна, ель.

    Макроструктура. Для характеристики древесины иногда достаточно определить следующие показатели макроструктуры.

    Ширина годичных слоев определяется числом слоев, приходящихся на 1 см отрезка, отмеренного в радиальном направлении на торцовом срезе.

    Ширина годичных слоев оказывает влияние на свойства древесины. Для древесины хвойных пород отмечается улучшение свойств, если в 1 см насчитывается не менее 3 и не более 25 слоев.

    Один из важных показателей макроструктуры - содержание поздней древесины (в %). Чем выше содержание поздней древесины, тем больше ее плотность, а следовательно, и выше ее механические свойства.

    Степень равнослойности определяется разницей в числе годичных слоев на двух соседних участках длиной по 1 см.

    Наиболее хорошие показатели имеет древесина деревьев, произрастающих в северных районах европейской части России: мелкослойная плотная древесина с высоким содержанием поздней зоны, относительно неширокой заболонью.

    Влажность древесины и свойства, связанные с ее изменением

    Влажность. Влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах.


    Своими руками

    Сушка.

        
    Сушка древесины после срубкиЕсли срубленное дерево, недостаточно просушенное, будет употребляться в резьбе по дереву, то результата хорошего от него ожидать не стоит, а потому на сухость дерева, идущего для резьбы по дереву, всегда надо обращать внимание, подвергая древесный материал, в каком бы он не был виде должной просушки.
    В любом только что срубленном дереве находится большое количество соков, которые сами по себе со временем уничтожатся, если дерево достаточно долгое время пролежит в теплом помещении при сухом воздухе. Но так как это достаточно долгое время понятие весьма относительное, которое может продлиться и год и несколько лет, то нашли более быстрые методы сушки древесины своими руками. Итак сначала о технологии сушки древесины в домашних условиях, который употребляется всеми лесопромышленниками - естественная (натуральная) сушка древесины. Таких способов сушки древесины два.

    Технология сушки древесины до срубки. Древесина на сушкеПодобного рода сушку древесины обычно следует делать ранней весной, а еще лучше в начале лета, потому что в этот период времени дерево содержит в себе самое большое количество соков. Отступая от земли на метр и даже меньше, т.е. в верхней части комля делают вокруг ствола подрез. А затем вдоль ствола длиной примерно 0,7 метра делают несколько подрезов коры и отдирают ее, но так, чтобы в верхнем месте она не не оторвалась. Само собою понятно, что отодрав кору мы тем самым прекращаем проникновение к дереву тех соков, которые дают жизнь каждому дереву, и древесина эта, постепенно теряя свои соки высыхает и тем самым приобретает твердость, крепость и упругость. Постояв в таком виде до осени, его срубают. Эта технология сушки древесины не сложна, а потому очень была бы прекрасна, но беда в том, что она не может быть применима ко всем породам деревьев. Как показала практика, сушка древесины в домашних условиях этим способом дуба, березы и хвойных деревьев достигает своей цели вполне, но что касается других деревьев, то они во время этой просушки очень легко и часто загнивают, а потому данная технология сушки древесины очень редко практикуется.

    Технология сушки древесины после срубки.  Сушка древесиныСрубив дерево, прежде всего обрубают ветви и сучки и дают лежать ему в таком виде до осени, осенью же с каждого дерева снимают кору и перевозят в должное помещение, укладывая не прямо на землю, а на деревянные подкладки, чтобы дерево не касалось земли, такие подкладки называют лежнями или стилюгами. Укладку бревен делают под навесом, чтобы воздух мог хорошо циркулировать между материалами для скорейшей просушки древесины. Бревна кладут на стелюги рядами, оставляя между каждой доской, примерно, 20 сантиметров, на этот ряд помещают второй ряд в таком же порядке, но поперек первому ряду, т.е. в клетку и т.д. В таком виде деревянный материал чем дольше будет храниться, тем лучше будет высыхать и идеально подойдет для резьбы по дереву, а потому люди, профессионально занимающиеся резьбой по дереву всегда предпочитают приобретать лесной материал для своих работ в богатых, больших лесных складах, с уверенностью, что материал их достаточно сух и прошел всю технологию сушки древесины в домашних условиях. 

    Окончательная сушка древесины.  СушкаЭта просушка играет важную роль для всех поделок из дерева, а потому не увлекайтесь различными способами производства, для окончательной сушки дерева, - запасайтесь по возможности большим количеством лесного материала, требующегося для резьбы по дереву и храните его в том помещении, где эти поделки производятся, т.е. в мастерской, а чтобы материал этот не мешался, то подвешивайте его, какими бы то не было способами к потолку, где воздух теплее, а потому и сушиться древесина будет быстрее.

     


    Звукопроводность.

    Следует, однако, сказать, что в разных жидкостях древесина разбухает неодинаково. Так, абсолютно-сухая березовая древесина разбухает в тангентальном направлении: в воде на 13,6%, в спирте на 9,4%, в скипидаре на 1,8%, в керосине на 0,3%, а в лигроине не разбухает вовсе.

    Звукопроводность древесины, т. е. способность проводить звук, относительно велика, но у разных пород неодинакова. При этом лучше всего звук проходит по длине волокон, медленнее в направлении радиуса дерева и хуже всего - по хорде (в тангентальном направлении). В воздухе звук распространяется со скоростью 330,7 м в секунду.

    В главнейшей отрасли потребления древесины - жилищном строительстве - высокая звукопроводность древесины играет отрицательную роль, вынуждая увеличивать толщину всякого рода деревянных перегородок между жилыми помещениями, вызывая тем излишний расход древесины.

    Близким к звукопроводности, но не одним и тем же свойством древесины является способность ее усиливать звук - резонировать. Эта способность свойственна легкой упругой древесине - совершенно однородной по строению, не смолистой и бессучной. Такая древесина, главным образом, еловая, называется резонансовой и употребляется в производстве музыкальных инструментов (для изготовления дек).

    Теплопроводностью называется способность тела проводить тепло. Мерой теплопроводности служит коэффициент теплопроводности, т. е. то количество тепла (в малых калориях), которое проходит в 1 сек. через 1 см поверхности тела к другой его поверхности, удаленной рот первой на 1 см при разнице температуры между ними в 1°. Теплопроводность древесины, по сравнению с другими материалами, очень невелика.

    Относительно низкая теплопроводность древесины объясняется большим содержанием в ней воздуха, который, как известно, является плохим проводником тепла. С повышением влажности теплопроводность древесины увеличивается, ибо место воздуха занимает вода, а последняя лучше проводит тепло, чем воздух.


    Характеристики

    Физико-механические свойства 

    Основными характеристиками физико-механических свойств древесины являются объемный вес, влажность, теплопроводность, сопротивляемость химическим и атмосферным воздействиям (физические свойства), а также сопротивляемость дерева действию внешних сил (механические свойства).

    Удельный вес твердого вещества, из которого состоят стенки клеточек древесины, приблизительно одинаков для всех пород и равен примерно 1,53.

    Объемный вес древесины находится в зависимости от ее плотности и влажности. Под влажностью понимается отношение веса содержащейся в древесине влаги к весу этой древесины в абсолютно сухом состоянии в процентах. По степени влажности в строительном деле различают: воздушно-сухой лес (15—20 % влажности), комнатно-сухой (8—10 %), мокрый (длительное время находившийся в воде) и свежесрубленный (35 % и выше).

    Теплопроводность дерева зависит от плотности (объемного веса), влажности, направления волокон и температуры. Коэффициент теплопроводности вдоль волокон примерно в 1, 75 раза больше, чем поперек волокон. Теплопроводность сосны поперек волокон в наружных стенках составляет около 0,15.

    Дерево стойко сопротивляется химическим воздействиям сернистых газов, паров, кислот и т. п. и поэтому является незаменимым материалом для покрытий зданий в химической промышленности и для покрытий паровозных депо.

    Вследствие различного возраста клеток, различной плотности и волокнистого строения древесины механические свойства ее весьма различны не только для различных пород дерем, но даже в пределах одного ствола.

    Механические свойства древесины в разных направлениях совершенно различны, поэтому всякое изменение направления волокон и все неправильности в их расположении неизбежно отражаются на ее прочности.

    с. 55 Прочность древесины зависит также от возраста и плотности клеток, что связано с их положением в стволе, которое они занимают. Наиболее прочными являются обычно клетки нижней части ствола. Прочность изменяется также по поперечному сечению ствола; так, у сосны сопротивление сжатию вдоль волокон увеличивается от сердцевины к заболони. Наиболее слабой по качеству является центральная часть ствола, включающая сердцевину.

    На прочность древесины влияют также ее плотность и объемный вес. С увеличением плотности увеличивается и объемный вес, а с ним возрастает и прочность.

    Влажность дерева имеет большое значение для прочности дерева. С повышением влажности до точки насыщения волокон (примерно до 30 %) механическая прочность древесины уменьшается, а с увеличением влажности от 30 % и выше — почти не изменяется.

    Древесина не изменяет размеров при высыхании от самого влажного состояния до точки насыщения волокон. При дальнейшем понижении влажности древесина начинает давать усушку, т. е. уменьшаться в размерах. Усушка вызывается уменьшением толщины стенок клеток, поэтому древесина с толстыми стенками клеток усыхает сильнее, чем с тонкими, т. е. плотные породы больше усыхают, чем рыхлые.

    При высыхании до воздушно-сухого состояния средняя величина усушки выражается следующими цифрами (в %):

    вдоль волокон     0,1—0,3
    поперек волокон в радиальном направлении     3— 6
    в тангенциальном направлении     7—12
    объемная усушка в среднем     12

    Приведенные данные показывают, что усушка вдоль волокон ничтожна и практически ею можно пренебречь.

    Вследствие разной усушки древесины в радиальном и тангенциальном направлениях и неравномерности высушивания материала возникает коробление. Во избежание появления трещин высушивание необходимо вести постепенно и равномерно, не вызывая опасных напряжений.

    На прочность деревянных элементов несущих конструкций отрицательное влияние оказывают пороки древесины, главным образом сучки, косослой, трещины, сердцевинная трубка, а также гниль и червоточина.

    Наиболее значительно пороки древесины снижают прочность растянутых элементов, поэтому для этих элементов следует отбирать лесоматериалы лучшего качества.

    Строительные нормы и правила устанавливают требования к качеству древесины элементов конструкций в зависимости от их напряженного состояния в конструкции.



    Цены / Заказать

    Стоимость работ по обработке древесины: браширование (текстурирование), фактурная покраска древесины, изготовление деревянных фальшбалок, изготовление деревянных вывесок

     

    Наименование

    		 Цена
    Браширование (текстурирование вагонки, имитации бруса, доски пола, отделочной доски без покраски) 300 руб/м2
    Покраска - тонировка текстурированной (брашированной, фактурной) вагонки, имитации бруса, отделочной доски от 200 руб/м2
       
    Старение древесины - обработка “ВИНТАЖ”, с покраской 2 слоя 700 руб/м2
     Фальшбалки брашированные, материал - сосна/ель, размер 140х100х3000 мм (Ш х В х Дл), некрашеные/крашенные 2600/3100 руб/шт
     Фальшбалки брашированные, материал - ель/сосна, размер на заказ, некрашеные/крашенные 2600/3100 руб/м2
    Вывески, таблички из дерева (материал, работа) от 12000 руб/м2 *
       



    Фирмы

    Какую древесину лучше всего выбрать для постройки дома?  

     

     Для постройки деревянных домов используют хвойные породы деревьев, таких как сосна, ель, лиственница, кедр, пихта. Лиственные и ценные породы древесины, такие как береза и дуб, осина и орех, бук и клен, черное и красное дерево лучше подойдут для изготовления окон, дверей, полок и т.п.

    Многие ошибочно считают, что бани лучше строить из лиственницы. На самом деле, необходимо использовать лиственницу только в первых 2-х венцах, дальше лучше взять, например ель или сосну, из лиственных пород — осину, в премиум сегменте это может быть кедр или липа.

    Лиственница же, очень слабо держит тепло, и баня будет быстро остывать и при этом долго нагреваться.

    Хвойная древесина более распространена на территории России, имеет ровные стволы и экономична. При ее обработке остается меньше отходов.

        
    Кроме того, древесина хвойных пород имеет естественную защиту от загнивания — это смола. Именно поэтому мы используем эту древесину.

    Наибольшей популярностью в деревянном домостроении пользуется сосна благодаря красивому древесному рисунку, наименьшему количеству сучков и отличных технических характеристик. 

    Но у сосны есть небольшой эстетический недостаток. Хотя, по большому счету, любая древесина начинает «синеть» при повышенной влажности, но физические и технические свойства при этом не страдают! Не смотря на разные распространенные мнения на этот счет.

    Ель лучше использовать для внутренней отделки и для строительства бани, потому что она теплее из-за меньшей плотности древесины и содержит меньше смолы.

    Лиственница, наиболее плотная и устойчива к сырости древесина, дороже сосны в 2-3 раза и, примерно, в таком же соотношении тяжелее в обработке. Ее используют для изготовления свай или нижних венцов  во влажных почвах.

    Наиболее эффективным в строительстве принято считать древесину, заготовленную зимой или ранней весной. В это время древесина содержит меньше влаги, поэтому она быстрее просохнет. Деревья следует выбирать здоровые, с наименьшим количеством сучков, не тронутые вредителями и гнилью.

    Особо следует отметить исключительные свойства северной древесины. При низких температурах лес растет медленно, годовой прирост по кольцам небольшой, благодаря чему, древесину характеризует повышенная плотность, прочность и устойчивость к гниению. Именно такая древесина является идеальным материалом для рубки дома.

     

    Похожие товары

    Изображение
    Затирка "Церезит" - описание, характеристики, цена. Ceresit (Церезит) и его применение
    Затирки церезит предназначены для заполнения швов керамических, стеклянных и каменных облицовок на полах и стенах при наружных и внутренних работах. Работы с этими материалами выполняют на недеформирующихся основаниях и основаниях, не нуждающихся в гидроизоляции, таких как бетонные, цементные и цементно-известковые, в гражданском и промышленном строительстве. Затирка церезит, цена которой...     		Отзывы :0шт.
    Плотность пород древесины и их применение
    Выбор древесины для художественных работ обусловлен целым рядом особенностей. В зависимости от характеристики материала и вида предстоящих работ резчик определяет, какое дерево ему требуется.
    Плотность пород древесины:

    Выбор древесины для художественных работ обусловлен целым рядом особенностей. В зависимости от характеристики материала и вида предстоящих работ резчик определяет,...     		Отзывы :0шт.
    Ленинск кузнецкий завод строительных материалов
    Выпускаемый кирпич соответствует ГОСТ 530-2007, а так же современным требованиям строительства и условиям строительного рынка России. Продукция имеет идеальную геометрию, скругленные углы, придающие особый шарм готовой кладке, абсолютно ровные горизонтальные грани.
    		 Отзывы :0шт.
    Шпаклевка "Шитрок" - описание, преимущества, цена.
    Готовые к применению шпатлевки Шитрок завоевали рынок отделочных материалов уже более 50 лет назад. С открытия производства готовых шпатлевок компанией USG в 1953 году в США началось невиданное триумфальное шествие бренда SHEETROCK по всему миру. В настоящее время готовые к применению шпатлевки Шитрок явялются бесспорными лидерами мирового рынка строительных отделочных материалов.
    		 Отзывы :0шт.
    Кафедра строительные материалы ЮУРГУ
    Выпускаемые кафедрой специалисты обладают знаниями в области технологии бетона, строительных изделий и конструкций, вяжущих веществ, технологии изоляционных материалов и изделий, механичес-кого, теплотехнического оборудования предприятий стройиндустрии, автоматики и автоматизации производственных процессов, проектиро-вания предприятий по производству строительных материалов и изде-лий, экономики...     		Отзывы :0шт.