Переваги та недоліки деревини
До основних переваг деревини відносяться:
Мала вага. Деревина має в середньому щільність 550 кг / м3 і в 14 разів легше стали, в 4,5 рази легше бетону, що дозволяє значно знизити матеріальні витрати з транспортування, по влаштуванню фундаментів, обходитися без важких вантажопідйомних механізмів при зведенні будівель і споруд.
Міцність. Одним з показників ефективності застосування конструкцій з різних матеріалів є показник питомої міцності матеріалу, який виражається відношенням щільності матеріалу до його розрахункового опору. Для клеєної деревини це відношення становить 3,66-10 "4, для вуглецевої сталі 3,7-Ю-4, для бетону класу 22,5 -1,85-10" 3. Це підтверджує доцільність застосування поряд зі сталевими дерев'яних клеєних конструкцій в великопрольотних будівлях, де власну вагу має вирішальне значення.
Деформативність і в'язкість. З усіх традиційних будівельних матеріалів тільки деревина в меншій мірі реагує на нерівномірне осідання фундаментів. В'язкий характер руйнування деревини (за винятком сколювання) дозволяє перерозподіляти зусилля в елементах, що не викликає миттєво відмовитись конструкцій.
Температурне розширення. Коефіцієнт лінійного розширення деревини різний уздовж волокон і під кутом до них. Уздовж волокон значення цього коефіцієнта в 7-10 разів менше, ніж поперек волокон, і в 2-3 рази менше, ніж у сталі. Цей факт дає можливість не враховувати вплив температури і не вимагає розчленовування будівлі на температурні блоки.
Теплопровідність. Мала теплопровідність деревини, обумовлена її структурою, є основою широкого застосування в стінах огороджувальних конструкцій. Коефіцієнт теплопровідності деревини в 6 разів нижче, ніж у керамічної цегли, в 2 рази нижче, ніж у керамзитобетону, газо-пенобетонов щільністю 800 кг / м3 і еквівалентний газо-пінобетону щільністю 300 кг / м3, тобто щільністю майже вдвічі нижче, ніж у деревини.
Хімічна стійкість деревини. Деревину можна використовувати без додаткового захисту або захищаючи її фарбуванням, поверхневої просоченням в умовах хімічно агресивного середовища. Дерев'яні конструкції застосовуються при будівництві складів для хімічно агресивних сипучих матеріалів таких, як калійні і натрієві солі, мінеральні добрива, що руйнують бетон і сталь. Більшість органічних кислот не руйнує деревину при звичайній температурі.
Самовозобновляемость деревини. Основною перевагою деревини в порівнянні з іншими конструкційними матеріалами є постійне поновлення її запасів. При виробництві інших конструкційних матеріалів (сталі, бетону, пластмаси та ін.) Витрачається велика кількість вихідної сировини, запаси якого постійно вичерпуються. Крім того, при виробництві більшості конструкційних матеріалів потрібні великі витрати енергії, дефіцит якої відчувається в багатьох країнах.
Простота обробки. Деревина легко обробляється простим ручним або електричним інструментом. Деформативність деревини дозволяє надавати конструкціям з неї різні прямолінійні і криволінійні форми. Виробництво конструкцій невеликих прольотів з цільної деревини можна освоїти практично на Лісопункт, на будь-якій базі будівельної індустрії, що неможливо для виробництва металевих або залізобетонних конструкцій.
Деревині, як і інших матеріалів, притаманні недоліки:
Неоднорідність, анизотропность деревини і пороки. Неоднорідність деревини проявляється у відмінності будови і властивостей річних шарів, що утворюються в процесі росту дерева в залежності від умов зовнішнього середовища, тобто кліматичних умов, різних районів, екології, тривалості зимового і літнього періодів. Неоднорідність деревини позначається на мінливості показників міцності, що ускладнює отримання достовірних розрахункових характеристик деревини.
Деревина представляє собою тіло з трьома осями анізотропії по головним структурним напрямками - уздовж і поперек волокон в тангенціальному і радіальному напрямку. Зважаючи на малу різницю між характеристиками міцності по двох останніх напрямках на практиці використовуються характеристики за двома напрямками вздовж і поперек волокон з нелінійної інтерполяції під кутом до волокон. Значні розбіжності міцності деревини при додатку зусиль уздовж і поперек волокон значно ускладнюють питання конструювання дерев'яних конструкцій і, в першу чергу, вузлових з'єднань, що часто веде до нераціонального збільшення перетинів з'єднаних елементів.
До основних вад відносяться сучки, тріщини і косослой. Наявність сучка змінює напрямок волокон деревини або перериває їх, що значно впливає на міцність, особливо при розтягуванні, тому що відбувається нерівномірний навантаження всіх волокон по перетину. Також знижує міцність деревини нахил волокон щодо осі стовбура (косослой), що наочно демонструють досліди на великих і дрібних (чистих) зразках (без вад) деревини.
Залежність фізико-механічних властивостей деревини від вологості. Деревина має здатність вбирати в себе вологу через свою гігроскопічності. Від кількості вологи в деревині в значній мірі залежать і її фізико-механічні властивості. Велика кількість вологи може в значній мірі нівелювати деякі переваги деревини. Так, щільність свежерубленная деревини хвойних порід (крім модрини) і м'яких листяних порід (осика, тополя, вільха, липа) дорівнює 850 кг / м3. У міру віддалення вологи щільність зменшується. При 15-25% вологості щільність приймається 600 кг / м3, а при 6-12% вологості щільність приймається 500 кг / м3. Модрина має щільність відповідно 800 кг / м3 і 650 кг / м3 при вологості в межах 15-25% і 6-12% відповідно.
Для будівництва розрізняють деревину:
- сиру з вологістю вище 25%;
- напівсуху з вологістю 12-25%;
- повітряно-суху з вологістю 6-12%.
Повзучість деревини. При короткочасній дії навантаження деревина працює практично пружно, але при тривалій дії незмінною навантаження деформації в часі збільшуються. Навіть при малому рівні напруг повзучість може тривати роками. Зі збільшенням рівня напружень повзучість проявляється більш яскраво і може привести до руйнування конструкції. Відстеженням деформацій повзучості, шляхом виміру прогинів можна прогнозувати експлуатаційний стан дерев'яних конструкцій.
Але якщо для дерев'яних конструкцій повзучість є недоліком, то в окремих випадках при виготовленні виробів з деревини це властивість може обернутися гідністю, наприклад, необхідно надати виробу криволінійну форму.
Біопоразки деревини. Прямо пов'язане з вологістю деревини. При вологості більше 18%, а також при наявності кисню і позитивної температури виникає умова для життєдіяльності дереворазру-шує грибів. Також деревина руйнується життєдіяльністю комах, які поділяються на дві групи: комахи, які пошкоджують неокоренной деревину в лісі, на складах і лісосіках, і комахи, які руйнують окоренной деревину в процесі її переробки і при експлуатації в конструкціях.
Поширення вогню відбувається в результаті з'єднання вуглецю деревини з киснем. Приблизно при 250 ° С клітковина деревини починає розкладатися, що утворюються при цьому речовини починають горіти і своїм теплом розкладають мохові частини деревини. І якщо з зовнішньої сторони деревина швидко обгорає, то зважаючи на малу її теплопровідності і появи товщини обуглевающего шару, що перешкоджає надходженню кисню, подальший процес сильно сповільнюється. Тому дерев'яні конструкції масивного перетину мають більшу вогнестійкість в порівнянні з металевими конструкціями.
Всі перераховані вище переваги і недоліки деревини обумовлені, в першу чергу, анатомічною будовою деревини.