Коэффициенты усушки древесины лиственницы в радиальном направлении для основных районов произрастания одинаковы и равны соответствующим коэффициентам для сосны, бука, незначительно отличаясь от коэффициентов для ели, ясеня, дуба. Только пихта в сравниваемых породах имеет на 40% более низкий коэффициент усушки, а береза, наоборот, на 55% более высокий.
Коэффициент усушки в тангенциальном направлении у лиственницы для разных районов произрастания составляет 0,34-0,43%. Это больше, чем у всех сравниваемых хвойных и лиственных пород. Если за основу взять данные по лиственнице Восточной Сибири и Дальнего Востока, усушка в тангенциальном направлении у сосны, ели, пихты и ясеня будет ниже на 16%, у дуба на 21%. Даже усушка березы и бука в тангенциальном направлении на 5-8% меньше. Соответственно и коэффициент объемной усушки у лиственницы выше, чем у всех других сравниваемых пород, за исключением березы.
Полученные данные и рассмотренный выше механизм изменения размеров трахеид при удалении из древесины влаги показывают, что усушка древесины лиственницы значительна и отличается неравномерностью в радиальном и тангенциальном направлениях (отношение 1:2). Это увеличивает количество трещин в деталях и изделиях при изменении влажности. Значительны тенденции к растрескиванию лиственничной древесины при воздушной и камерной сушке, несмотря на применение существующих мягких режимов процесса.
Прочность. Прочностные характеристики древесины лиственницы более высокие, чем у других хвойных пород, а по отдельным видам нагрузок более высокие, чем у твердых лиственных пород и березы.
По сопротивлению статическому изгибу и скалыванию вдоль волокон лиственница превосходит сосну примерно на 30%, по сопротивлению ударному изгибу на 50%, по торцовой твердости на 50-60%.
Сопротивление сжатию и растяжению вдоль волокон у лиственницы выше, чем у сосны, на 40%. Таким образом, практически все показатели у лиственницы значительно более высокие, чем у сосны, которая в свою очередь более прочна, чем ель и пихта.
В сравнении с твердыми лиственными породами лиственница также имеет более высокие или равные им показатели по сжатию вдоль волокон, статическому изгибу, модулю упругости и несколько уступает в удельной работе при ударном изгибе, скалывании вдоль волокон и по твердости.
Несколько ниже показатели древесины лиственницы при испытании на прочность поперек волокон.
Эти виды нагрузок имеют меньшее практическое значение при эксплуатации изделий, однако в отдельных случаях их необходимо учитывать.
Предел прочности при сжатии поперек волокон и местном смятии у лиственницы ниже, чем у твердых лиственных пород, но выше, чем у пихты, и находится практически на одном уровне с данными для сосны (по сжатию поперек волокон).
Объясняется это резкой разницей плотности весенней и летней древесины; плотность весенней древесины лиственницы и других хвойных пород примерно равна.
Раскалывание образцов также зависит от плотности весенней древесины и поэтому можно было бы ожидать для лиственницы весьма низких показателей. По этому показателю лиственница занимает промежуточное положение между хвойными породами и твердыми лиственными. Так, показатели для лиственницы выше, чем для сосны, на 16-17%, а в сравнении с буком и дубом ниже на 20- 0%.
Модуль упругости у лиственницы при разных видах нагрузок значительно выше, чем у всех хвойных пород, но уступает или находится на одном уровне при сравнении с дубом и березой, такая же зависимость наблюдается и по ударной твердости.
Рассмотренные прочностные характеристики подтверждают, что в конструкциях, работающих при значительных нагрузках, листенница - самая прочная порода в сравнении с другими распространенными хвойными породами и успешно может конкурировать во многих случаях с твердыми лиственными породами. Однако при использовании лиственничной древесины в каждом отдельном случае необходимо учитывать все виды нагрузок, так как некоторые характеристики у лиственницы ниже, чем у дуба, бука и березы.
Применение лиственницы в конструкциях и сооружениях, где наряду с прочностью высокие требования предъявляются к весу изделия, требует анализа имеющихся данных с учетом веса древесины. В этом случае приобретает значение прочность, приведенная к плотности. Лиственница и сосна при всех основных видах нагрузок, имеют одинаковые показатели, а по торцовой твердости лиственница даже при такой форме сравнения имеет на 15% более высокие показатели.
Важный вывод о возможности применения изделий и деталей из лиственницы значительно меньших сечений, чем из сосны, а тем более из пихты.
В ряде производств, использующих древесину в ответственных конструкциях, это учтено. Строительными нормами предусматриваются пересчетные коэффициенты для разных пород. Так, если нормативные сопротивления древесины сосны и ели основным видам нагрузок принять за единицу, лиственница по сопротивлению растяжению, изгибу, сжатию и смятию вдоль волокон может использоваться с коэффициентом 1,2. Такой же коэффициент принимается при расчете на сопротивление сжатию и смятию поперек волокон.
По этим же видам нагрузок пихта используется только с коэффициентом 0,8, т. е., если за базу принять прочность пихты, детали и изделия из древесины лиственницы таких же размеров по основным видам нагрузок будут иметь показатели в 1,5 раза более высокие.
Анализ действующих стандартов и собранные данные потребителей древесины лиственницы в строительстве, таре специальных назначений, сельскохозяйственном машиностроении приводят к необходимости сравнения качеств древесины лиственницы не только с качествами сосны, но и пихты. Причины этому следующие. Государственными стандартами, техническими условиями, правилами Регистра Союза ССР в судостроении и т. д. среди хвойных пород, как правило, на равных правах допускается применение древесины четырех хвойных пород - сосны, ели, пихты, кедра. Поэтому в возражениях ряда организаций Министерства рыбного хозяйства, Министерства машиностроения, Министерства сельского хозяйства и других о внедрении древесины лиственницы в производство наряду с замечаниями о большой плотности, как правило, отмечается, что по отношению к пихте лиственница тяжелее почти в 1,5 раза. Этим обосновывается, в частности, изменение остойчивости судна при применении лиственницы вместо других хвойных пород даже при использовани заготовок и деталей сечением на 10% меньше, чем из сосны, ели, пихты, кедра. Такое же возражение высказывают машиностроители, указывая на значительное увеличение веса тары.
Сравним показатели прочности древесины лиственницы и пихты - легкой породы, древесина которой используется во многих ответственных конструкциях.
Усредненные показатели по плотности показывают, что пихта на 40% легче лиственницы и почти на 20% легче сосны. В то же время по прочностным показателям, кроме отдельных случаев (авиадетали, особо ответственные строительные конструкции, элементы обстройки судна), детали из пихты изготавливаются таких же размеров, как из сосны и ели. С учетом сказанного определим допустимое уменьшение толщины деталей и изделий из лиственницы при замене этой породой пихты в конструкциях, работающих при статических и динамических нагрузках.
В сравнении с лиственницей прочность пихты из Западной и Восточной Сибири составляет 54-58% по статическому изгибу, 52-61% по сжатию вдоль волокон, 50-60% по растяжению, даже по скалыванию в тангенциальной плоскости прочность пихты составляет 62-74%.
Сравниваемых данных о прочности поперек волокон лиственницы и пихты, произрастающих в Западной и Восточной Сибири, нет. Однако данные сравнения лиственницы с пихтой белой позволяют отметить те же общие зависимости, что были отмечены и выше. Так, по сжатию поперек волокон (при 15% влажности) прочность пихты составляет только 40-47% от прочности лиственницы; в тангенциальном и радиальном направлениях прочность при местном смятии поперек волокон составляет соответственно 37 и 41%.
Средние показатели по сопротивлению раскалыванию древесины пихты в сравнении с древесиной лиственницы сибирской соответственно в радиальном и тангенциальном направлениях составляют 55 и 68%. Ударная твердость поверхности не превышает 59% твердости лиственницы.
Итак, приведенные данные по всем основным видам нагрузок показывают, что прочность пихты находится в пределах 55-65% от прочности лиственницы. По сжатию и растяжению вдоль волокон она в ряде случаев снижается до 50%, а по сжатию и смятию поперек волокон не превышает 41-47%.
Даже не принимая для сравнения данные по сжатию и смятию поперек волокон, сжатию и растяжению вдоль волокон, показатели, по которым лиственница вдвое прочнее пихты, по основным характеристикам прочность пихты составляет 65% и менее прочности древесины лиственницы. Следовательно, уменьшение размеров деталей из лиственницы на 1/3 по сравнению с деталями из пихты во всех случаях обеспечивает равную или большую прочность деталей из лиственницы. Это уменьшение размеров (поперечных сечений) может быть принято за основу во всех случаях, когда в деталях и изделиях допускаются без разделения хвойные древесные породы: сосна, ель, пихта и кедр.
Изготовление деталей из лиственницы перспективно почти во всех случаях, когда к изделию предъявляются требования повышенной прочности.
Если в практике размеры деталей из лиственницы будут устанавливаться с сечением, уменьшенным, например, на 30% по сравнению с деталями из других хвойных пород, это открывает перспективы создания менее материалоемких изделий, снимает вопрос об увеличении их веса и позволит привлечь потребителей к использованию лиственницы в широком круге изделий, несмотря на некоторые трудности ее обработки.
Безусловно, весьма широка номенклатура изделий из древесины, где сечения и размеры нельзя изменять из-за их конструктивных особенностей, ограничения звуко- и теплопроводности или по другим причинам. Но и решение вопроса об использовании лиственницы в изделиях, где к деталям предъявляются требования прочности, позволит резко расширить область применения этой породы, снимет имеющийся психологический барьер и создаст предпосылки для широкого использования ее в машиностроении, судостроении, строительстве.
