Właściwości fizyczne i mechaniczne drewna

Drewno jest materiałem o niejednorodnej budowie, dlatego właściwości mechaniczne są zmienne w zależności od kierunku przebiegu włókien. Właściwości fizyczne drewna to wilgotność, higroskopijność, gęstość, skurcz, barwa. 

Właściwości mechaniczne drewna zależą od jego gatunku, rodzaju oraz wilgotności. Wpływ mają również warunki jego wzrastania oraz wady drewna. Zmniejszenie wytrzymałości drewna związane jest ze zmianą wilgotności w przedziale od 0 do 25%.                 

Właściwości fizyczne drewna

Wilgotność będąca procentowym udziałem masy wody zawartej w drewnie w stosunku do masy drewna całkowicie suchego. W drewnie występuje kilka rodzajów wody: kapilarna, związana chemicznie oraz wypełniająca wnętrze komórki. Wilgotność ma decydujący wpływ na właściwości mechaniczne i trwałość drewna. Zaraz po ścięciu drewno ma wilgotność około 35%, natomiast przy prawie całkowitym wysuszeniu staje się kruche i łatwo pęka. Wilgotność jest bardzo ważna ponieważ jej nadmiar jest przyczyną powstawania pęknięć i rozwoju grzyba. W budownictwie drewno zazwyczaj ma wilgotność 8 – 12%. Przy wilgotności powyżej 20% rozwija się większość gatunków grzybów domowych. Przy wilgotności powyżej 80% rozwój grzybów staje się niemożliwy.                          

Higroskopijność to zdolność do wchłaniania wilgoci z otoczenia. Gdy woda zostanie usunięta z otoczenia to również wyparuje bezpośrednio z drewna. Higroskopijność zależy od gęstości oraz rodzaju drewna. 

Gęstość drewna to masa przypadająca na jednostkę objętości, którą wyrażamy w kg/m3. Gęstość bezpośrednio zależy od gatunku drewna i jego wilgotności dlatego jej wartość określa się przy wilgotności 15%. 

Skurcz to zmniejszanie wymiarów drewna przez zmniejszenie wilgotności drewna pod wpływem suszenia. Skurcz włókien podłużnych wynosi około 0,1%, w kierunku prostopadłym do włókien 3 – 6%.

Pęcznienie jest zjawiskiem przeciwnym do skurczu i polega na powiększaniu wymiarów drewna oraz objętości przy nasycaniu wodą lub parą wodną. 

Rysunek drewna to widoczne na przekrojach smugi, plamy, linie oraz sęki, które zależą od gatunku drewna.

Barwa drewna zmienia się od jasnożółtej do brązowej i może być różnorodna nawet w obrębie tego samego gatunku. Jest zależna od klimatu, w jakim rosło drzewo. Barwę drewna można zmienić poprzez impregnację, malowanie, lakierowanie oraz naparzanie. Zmiana barwy w sposób naturalny następuje pod wpływem wilgoci i światła. Następuje również z powodu obecności grzybów powodujących np. siniznę. 

W klimacie umiarkowanym drewno może mieć następujące rodzaje zabarwienia:

  1. zbliżone do białego: jodła, świerk, grab, buk, klon, jawor, olcha, topola
  2. żółtozielone: akacja
  3. żółte: brzoza, limba
  4. brunatne: dąb, jesion, wiąz
  5. ciemnoszare: orzech
  6. odcienie czerwonego: cis, modrzew, sosna, wiśnia, śliwa

Izolacyjność cieplna to zdolność do powstrzymywania przewodzenia ciepła. Zależy ona od gęstości, temperatury oraz wilgotności i ma również związek z rodzajem drewna. Drewno cięższe i wilgotniejsze jest lepszym przewodnikiem cieplnym.

Właściwości mechaniczne drewna

Wytrzymałość na rozciąganie - gdy drewno nie posiada wad, to może osiągać wytrzymałość na rozciąganie dwukrotnie większą niż na ściskanie.
 
Wytrzymałość na ściskanie - największą osiąga drewno przy sile działającej wzdłuż włókien.
 
Wytrzymałość na zginanie - jest dwukrotnie większa niż na ściskanie.
 
Twardość - to opór, jaki stawia drewno przy wciskaniu ciała obcego. Największą twardość osiąga drewno wzdłuż włókien. Zwykle określa się twardość przy wilgotności 15%. 
 
Sęki są to wrośnięte w pień części gałęzi. Są one najczęstszą wadą, która bezpośrednio wynika z budowy drewna. Zmieniają one strukturę i burzą jednolitość drewna. Są też ciemniejsze niż otaczające je drewno. Sęki wytwarzają warstwę ochronną przeciwdziałającą rozwojowi grzybów do czasu zarośnięcia pnia. Sęki wpływają na pogorszenie wytrzymałości mechanicznych, zwłaszcza wytrzymałości na rozciąganie. Szczególnie niebezpieczne są sęki w miejscach połączeń elementów.
 
Sęki można podzielić w zależności od:
  1. stopnia zrośnięcia z otaczającym drewnem – wyróżniamy: zrośnięte, częściowo zrośnięte, niezrośnięte - wypadające
  2. stanu zdrowotnego – wyróżniamy: zdrowe, nadpsute, zepsute i smolne
  3. stopnia zgrupowania – wyróżniamy: sęki pojedyncze oraz skupienia sęków
Zabarwienie drewna jest to anomalia w kolorze drewna, która może wpływać negatywnie na jego właściwości. Główne wady zabarwienia to sinizna i zgnilizna. Sinizna wpływa na zwiększenie higroskopijności i nie ma znaczenia jeśli chodzi o wytrzymałość. Zgnilizna występuje w dwóch rodzajach: twardej i miękkiej. Zgnilizna twarda wskazuje na początkowe stadium rozwoju grzyba, zmieniając jego kolor na różowy. Dalszy etap rozwoju grzyba to zgnilizna miękka. Wpływa ona na zmianę struktury drewna oraz zmianę koloru od czerwono – brunatnego do ciemnobrunatnego. Drewno  ze zgnilizną miękką staje się miękkie, podatne na odkształcenia, zmniejsza swoją wytrzymałość. 
 

 

Koniecznie zobacz nasze projekty!

Ważne dla branży