(2.3)

где mW и VW - соответственно масса, г или кг, и объем, см3 или м3, древесины при одной и той же некоторой влажности W.

Зависимости между рW и р0 имеют следующий вид.

;(2.4)

(2.5)

До наступления предела насыщения клеточных стенок плотность древесины изменяется мало, а при дальнейшем увлажнении резко возрастает.

Плотность древесины при нормализованной влажности p12 представляет собой отношение массы образца при влажности, равной 12 %, к его объему при той же влажности.

Парциальная плотность древесины, г/см3 или кг/м3, характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объема влажной древесины:

(2.6)

где m0 — масса абсолютно сухой древесины, г или кг; VW — объем, см3 или м3, древесины при данной влажности W.

Зная плотность древесины pW при данной влажности W, можно определить по формуле

(2.7)

Базисная плотность древесины рб, г/см3 или кг/м3, представляет собой отношение массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок:

(2.8)

Раньше это отношение называли условной плотностью древесины русл, подчеркивая кажущуюся искусственность этой характеристики. На самом деле показатель рб имеет вполне определенный физический смысл, характеризуя массу древесинного вещества в единице объема свежесрубленной или максимально разбухшей древесины. Показатель рб представляет собой минимальную парциальную плотность древесины и не зависит от влажности.

По плотности древесины при 12%-ной влажности породы можно разделить на три группы: с малой (р12<540), средней () и высокой (p12> 750) плотностью древесины. Диапазон изменения плотности древесины иноземных пород шире: от 100 . 130 (бальза) до 1300 (бакаут).

Различают две формы воды, содержащейся в древесине: связанную (или гигроскопическую) и свободную. Связанная (адсорбционная и микрокапиллярная) вода находится в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, удаление ее (особенно адсорбционной фракции) затруднено и существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая силами капиллярного взаимодействия, удаляется значительно легче и оказывает меньшее влияние на свойства древесины. Принято называть древесину влажной, если она содержит только связанную воду, и сырой, если она содержит кроме связанной и свободную воду.

Максимальное количество связанной воды в клеточных стенках соответствует пределу их насыщения или пределу гигроскопичности. Раньше в древесиноведческой литературе эти понятия отождествляли. Однако, как показали исследования области применения этих терминов должны, быть различными.

Предел насыщения клеточных стенок Wп.н — это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при увлажнении древесины в воде; характеризуется равновесием влажности клеточных стенок с водой, находящейся в полостях клеток у сырой древесины.

Этот показатель, %, можно определить по формуле

(2.9)

где рб и р0 — соответственно базисная плотность древесины и плотность абсолютно сухой древесины, г/см3; рв — плотность связанной воды, г/см3.

Расчеты, выполненные автором по этой формуле на основе экспериментально полученной в МЛТИ В. П. Галкиным и Э. Б. Щедриной степенной зависимости между разбуханием и плотностью древесины (эта зависимость необходима для определения рб), показали, что с увеличением плотности предел насыщения клеточных стенок Wп.н значительно снижается. Это вызвано тем, что уменьшается площадь поверхности клеточных стенок, в углублениях которых удерживается микрокапиллярная вода. Следовательно, уменьшается количество связанной воды, характеризующее Wп.н. Использование данных, приведенных в табл. 2.1 (см. далее), показывает, что среди наиболее распространенных пород W п.н колеблется от 38 % (пихта) до 24 % (граб).

При изменении плотности в большем диапазоне (100 . 1100 кг/м3) среди 117 зарубежных пород величина Wп.н находится в пределах 53 .22% (Т.В.Галкина, МГУЛ).

При инженерных расчетах используют среднюю величину Wп.н (30 %). Такое значение может быть принято для древесины пород, произрастающих в умеренном климатическом поясе.

Предел гигроскопичности Wп.г — это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при поглощении влаги из воздуха; характеризуется отсутствием воды в полостях клеток и равновесием влажности клеточных стенок и воздуха, приближающегося к насыщенному состоянию. Этот показатель может быть определен прямым экспериментом по ГОСТ 16483.32—77, предусматривающим выдерживание стружек в воздухе при его относительной влажности . Предел гигроскопичности, по исследованиям Б.С.Чудинова (ИЛД), как и предел насыщения клеточных стенок, увеличивается с уменьшением плотности древесины, когда возрастает поверхность клеточных стенок с микроуглублениями, в которых происходит конденсация влаги из воздуха.

3 Назовите причины, удерживающие гвозди и другие крепления в древесине

Уникальное свойство древесины удерживать гвозди, шурупы, скобы, костыли и другие крепления имеет важное практическое значение. При забивании гвоздя в древесину происходит ее частичное разрушение и возникают упругие деформации примыкающих областей. На боковую поверхность гвоздя со стороны деформированной древесины оказывается давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь.

Согласно разработанному ЦНИИМОДом стандартному методу (ГОСТ 16483.33—77) для определения сопротивления, которое оказывает древесина выдергиванию гвоздя или шурупа, используют образец, имеющий форму бруска сечением 50x50 мм и длиной 150 мм. Забивают гвозди или ввинчивают шурупы в соответствии со схемой, показанной на рис. 3.1. Для испытаний применяют гвозди диаметром 2 мм или шурупы диаметром 4 мм длиной не менее 50 мм. Гвозди забивают на глубину 30 мм, шурупы ввинчивают на 20 мм.