خصائص الأخشاب الصنوبرية
إن الخشب هو مادة البناء ذات الإرث الأقدم في السويد. وبما أنه يتم استخدام الخشب في مجموعة كبيرة من أغراض البناء - الأطر الهيكلية وكسوة الحوائط الداخلية والخارجية والتجهيزات والأرضيات والقوالب و الدعامات المؤقتة وغير ذلك - فمن المهم أن نفهم ردود أفعال الخشب تجاه الظروف المختلفة. وبالنظر إلى الخصائص الخاصة به، فإن لكل نوع من الخشب استخدامات نموذجية.
أن خشب شجرة التنوب هو الخشب المستخدم في البناء في المقام الأول. ويتم استخداد خشب شجرة الصنوبر في أعمال النجارة والإطارات الخشبية والكسوات الخشبية الداخلية، إلا أنه يمكن أن يتم استخدام خشب شجرة التنوب في تلك الأعمال ايضا. وتستخدم الأخشاب الصلبة مثل البلوط والزان في الأرضيات والأثاث.
إن الخشب الموجود في جنوب السويد هو أكثر كثافة وقوة وتحملاً من الخشب الموجود في شمال السويد. وهذا على الرغم من حقيقة أن خشب جنوب السويد بشكل عام لديه حلقات نمو أوسع من خشب شمال السويد. والسبب في ذلك هو أن حلقات الخشب الصيفية، وهي الحلقات الأكثر دكانة بين حلقات النمو، تكون أوسع في جنوب السويد. وتجدر الإشارة إلى أن كثافة حلقات الخشب الصيفية، والتي يصل وزنها إلى 900 كيلو في كل متر مكعب من الخشب الجاف، هي ثلاث أضعاف كثافة حلقات الخشب الربيعية، والتي يصل وزنها إلى 300 كيلو في كل متر مكعب من الخشب الجاف.
تختلف خصائص المواد بين أنواع الخشب المختلفة. وحتى في نفس النوع فإن هناك فرق كبير بين مواقع النمو المختلفة، وأيضاً بين الأشجار المختلفة التي تُزرع في نفس الموقع. وعلى الرغم من ذلك فإن هناك تبايناً كبيراً داخل الشجرة ذاتها، على سبيل المثال اختلافات بين الارتفاعات المختلفة في الشجرة، واختلافات بين الخشب فيما يتعلق بمدى قربه من قلب الشجر، وكذلك بين حلقات الخشب الربيعية وحلقات الخشب الصيفية فيما يتعلق بحلقات النمو الفردية. كما تؤثر العقد وتشوهات الألياف (العيوب) أيضاً على الخصائص التقنية للخشب.
الاختلافات الطبيعية لخصائص الكثافة والقوة والصلابة (معامل المرونة) في نفس نوع الخشب مع تركيبة ألياف غير مشوهة:
- الكثافة ±20 في المئة
- القوة ±40 في المئة
- معامل المرونة ±35 في المئة.
ومن ثم فإن الناتج يكون أكبر على سبيل المثال بين متوسط قوة الخشب والقوة المسموح بها، بالمقارنة مع غيره من مواد البناء.
الجدول رقم 11 البيانات الفيزيائية لأخشاب الصنوبر والتنوب
قيم القوة ومعامل المرونة هي قيم متوسطة، وتشير إلى عينات اختبار صغيرة، مع عدم وجود عيوب، في متوسط درجة حرارة 20 درجة مئوية.
إن الأرقام المذكورة مع عدم وجود أقواس تعبر عن الخصائص الموازية للألياف (II)، والأرقام المذكورة بين الأقواس تعبر عن خصائص الزاوية القائمة باتجاه الألياف ( ḻ ).
كافة القيم المذكورة للخشب هي ذات محتوى رطوبي بنسبة 12%.
على الرغم من وجود بعض الاختلافات بين التنوب والصنوبر، إلا أنهما متماثلين إحصائياً من حيث شروط البناء.
| الخصائص | الصنوبر | التنوب | |
| المحتوى الرطوبي (%) | II | 12 | 12 |
| الكثافة الأساسية (كيلوغرم\متر مكعب) | II | 420 | 380 |
| الكثافة (كيلوغرم\متر مكعب) | II | 470 | 440 |
| قوة الشد (ميغاباسكال) | II | 104 | 90 |
| ḻ | (3) | (2,5) | |
| متانة الانحناء (ميغاباسكال) | II | 87 | 75 |
| متانة الضغط (ميغاباسكال) | II | 46 | 40 |
| ḻ | (7,5) | (6) | |
| متانة الجز (ميغاباسكال) | II | 10 | 9 |
| مقاومة الصدمات (كيلوجول \ متر مربع) | II | 70 | 50 |
| الصلادة (برينل) | II | 4 | 3,2 |
| ḻ | (1,9) | (1,2) | |
| معامل المرونة (ميغاباسكال) | II | 12 000 | 11 000 |
| ḻ | (460) | (550) | |
| الموصلية الحرارية (واط\متر درجة مئوية) | II | 0,26 | 0,24 |
| ḻ | (0,12) | (0,11) | |
| السعة الحرارية (جول\كيلوغرام درجة مئوية) | II | 1 650 | 1 650 |
| القيمة الحرارية (ميغاجول\كيلوغرام) | II | 16,9 | 16,9 |
ميغاباسكال = نيوتن \ ملليمتر مربع
تكوين وبنية الشجرة
لدى أشجار الصنوبر وأشجار التنوب بنية مشابهة. ففي منتصف المقطع المستعرض للجزع يوجد لب الشجرة، وهو الموجود بطول الشجرة وينتهي عند أعلى الشجرة ببرعم. ويكون لب الشجرة محاطاً بخشب وهو ما يمكن أن ينقسم إلى خشب القلب و خشب العصاري. أما بالنسبة للخلايا الموجودة في منطقة خشب القلب فهي خلايا ميتة، وتم انسداد بعضها بالراتينج، وهو ما يعني أن تلك المنطقة من الخشب لا يمكنها نقل الماء، وبالتالي يكون المحتوى الرطوبي منخفض نسبياً، 30 - 50 في المئة. كما أن خلايا منطقة خشب العصاري تكون ميتة أيضاً، باستثناء 5 - 10 في المئة، وهي خلايا النسيج الحشوي التي تقوم بنقل الغذاء إلى باقي أجزاء الشجرة.
وبما أن خلايا خشب العصاري لا تكون مسدودة بالراتينج، فإنها تكون قادرة على نقل الماء والعناصر الغذائية الذائبة من جذور الشجر إلى أوراق الشجر الإبرية. ويتراوح معدل المحتوى الرطوبي في خشب العصاري بين 120 إلى 160 في المئة. وتوجد طبقة الكمبيوم (الطبقة المنتجة للحاء والخشب) حول خشب العصاري، وهي طبقة نمو الساق. وتقوم طبقة الكمبيوم بإنتاج خلايا الخشب في الجزء الداخلي وإنتاج خلايا لحاء الخشب في الجزء الخارجي. وتكون طبقة الكمبيوم مغطاة بقلافة (لحاء)، وهي ما يطلق عليها في الغالب اللحاء الداخلي. وتقوم هذه الطبقة بنقل العناصر الغذائية (الكربوهيدرات) إلى أسفل من خلال الجذع وتقوم بتوزيعهم على الخلايا الحية في فروع الشجرة وجذعها وجذرها. وترتبط طبقة اللحاء باللب عن طريق الخيوط النخاعية، والتي تكون حية في خشب العصاري وتكون ميتة في خشب القلب. ويغلف اللحاء الخارجي الساق بأكمله، وهو يوفر الحماية من فقدان المياه والحماية من الطفيليات المختلفة.
تتألف أخشاب أشجار الصنوبر من 40 - 50 بالمئة من السلولوز، حوالي 20 - 22 بالمئة من الهيميسلولوز، وأقل من 30 بالمئة من اللغنين (الصمغ).
وبالإضافة إلى ذلك فإن هناك أيضاً 2 - 6 بالمئة من المواد الاستخراجية في الخشب. والغالبية العظمة من تلك المواد تكون أحماض الراتينج والأحماض الدهنية والكربوهيدرات والمواد المعدنية (الرماد).
وبالنسبة لغالبية الخشب، فإن 90 - 95 بالمئة من الخشب يتألف من خلايا طويلة ومجوفه، وهي ما يُطلق عليها في صناعة الغابات اسم الألياف. وتكون سماكة هذه الألياف بنفس سمك الشعرة وتتراوح في الطول بين 0,5 مم إلى 6 مم. أما باقي الخلايا الأخرى فهي تكوم أقصر وأقل سمكاً.
وخلال مرحلة النمو فإنه يتم تكوين خلايا جديدة في منطقة الكمبيوم. وبالنسبة للخلايا التي تتشكل في فصل الربيع وأوائل الصيف تكون خلايا أقصر وأكثر اتساعاً نسبياً وذات جدران رقيقة. وهذا يعني أن الكثافة الأساسية منخفضة، حوالي 300 كيلو في المتر المكعب. في حين أن حلقات الخشب الصيفية، التي تتشكل خلال الصيف، تكون أطول بنسبة 20 - 25 في المئة وتكون جدران خلاياها أكثر سمكاً من حلقات الخشب الربيعية. وتجدر الإشارة إلى أن جدران الخلايا الأكثر سمكاً يعني أن خلايا الخشب الصيفي تكون أثقل وزناً بثلاثة أضعاف تقريباً من خلايا الخشب الربيعي، مع كثافة تصل إلى 900 كغ / م 3 تقريباً. ونظراً لاختلافات الكثافة، فإن الخشب الربيعي تبدوا حلقاته أفتح لوناً من حلقات الخشب الصيفي.
إن كثافة الخشب هي عامل رئيسي لكثير من الخصائص الفنية للخشب، وهي يتم تحديدها بشكل كبير من خلال نسبة الخشب الصيفي في عرض حلقات النمو. إلا أن الحكم على كثافة الخشب استناداً على عرض حلقات النمو فقط يُعتبر أمراً مُضللاً.
ويُحدد المناخ جزئياً الطريقة التي تطور بها حلقات النمو خلال موسم النمو. وبالتالي فإن نمو حلقات خشب الصيفية تميل إلى أن تكون أضيق و أقل سمكا في العادة في المناطق ذات المناخ البارد بالمقارنة مع المناطق ذات المناخ الأدفأ. وقياساً على ذلك، فمن الممكن أن نرى مؤشرات لسنوات نمو جيدة وأخرى سيئة، وكيف تأثرت ظروف النمو بتدابير زراعة الغابات المختلفة. يزداد النمو بعد التقليم وذلك بسبب إمكانية وصول الضوء والغذاء بشكل أفضل، وعلى النقيض من ذلك فإن النمو يمكن أن يصبح سيئاً إذا ما بدأت الشجرة في النمو قريباً جداً من شجر مجاور أكبر حجماً.
يتنوع عرض حلقات النمو كما تتنوع نسبة الخشب الصيفي في الجذع الواحد.
ففي الجزء الداخلي من الجذع، في الخشب الجديد القريب من اللب، تكون حلقات نمو خشب الصيفي غالباً أكثر اتساعاً و رقيقة. وبالتالي فإن كثافة الخشب الموجود بالقرب من اللب تكون منخفضة كثافة، بالمقارنة مع الخشب الناضج الموجود خارج نصف قطر الجذع. وهذا هو الحال بطول الشجرة بالكامل.
وفي الأجزاء الخارجية من الجذع، خاصة في المنطقة السفلية، تكون حلقات النمو أضيق تكون حلقات الخشب الصيفي فيها أوسع. وبالتالي فإن نسبة الخشب الصيفي تكون أكبر، وهو ما يؤدي إلى أن تكون الكثافة والصلابة أكبر في الخشب الناضج. وتحتاج الأجزاء السفلى من الجذع إلى أن تكون أكثر صلابة لكي تتمكن من مقاومة ضغوط الرياح والثلوج. وبالتالي فإن الكثافة تكون أكبر في كتل الخشب السفلية من كتل الخشب الوسطى أو كتل الخشب العلوية.
القوة
إن الخشب مادة متباينة الخواص، وهو ما يعني أن له خصائص مختلفة في اتجاهات مختلفة، في اتجاه الألياف، على سبيل المثال، أي على طول الاتجاه الطولي للألياف يكون الخشب أقوى بكثير من الاتجاه العمودي للألياف وينطبق هذا بغض النظر عما إذا كان الحمل المطبق يسبب قوى ضغط أو شد أو انحناء.
وتعتمد المتانة في جزء منها على كثافة الخشب وعلى مدى مطابقة اتجاه الألياف لاتجاه القوى التي تنشأ عند وضع الخشب تحت تأثير قوى خارجية.
وينحرف اتجاه الألياف من اتجاه القوى في عُقد الخشب وعندما لا تكون الألياف موازية لحافة الخشب.
كما تتأثر المتانة أيضاً بمستوى الرطوبة في الخشب ودرجة حرارته والفترة التي استمر خلالها للتعرض للضغط. فقطعة الخشب الجافة أقوى من قطعة الخشب الرطبة، والخشب البارد أقوى من الخشب الدافئ. وكلما طالت المدة التي استمر الخشب خلالها تحت الضغط، كلما قلت قوته.
وقد يحدث الكسر تدريجياً أو قد يحدث بشكل سريعاً. فالكسر السريع يكون فجائياً ويحدث دون سابق إنذار. أما بالنسبة للكسر التدريجي فهو يسبقة شكل من أشكال التحذير، مثل تشوهات كبيرة أو أصوات طقطقة في الخشب. وبشكل عام فإن الكسر التدريجي هو النوع المفضل، وهو نوع الكسر الغالب في الأخشاب.
قوة الخشب تعتمد على كيفية حدوث الضغط، ومن ثم فإن هناك العلاقة التالية:
الجدول رقم 12 القوة - الضغط
| القوة | الضغط |
| قوى الضغط | مقاومة الضغط |
| قوى الشد | مقاومة الشد |
| قوى الانحناء | مقاومة الانحناء |
| قوى القص | مقاومة القص |
يمكن استغلال قوة تحمل حتى الحد الأقصى للكسر بشكل كامل دون تحديد مستويات تحميل أقل. هذا يرجع إلى الانتشار الواسع لخواص الخشب ، مما يعني أنه يجب أن يكون هنالك مجال الأمان. هذه التقييمات يكون وراء القيم العددية للمقاومه الموجودة في معايير البناء،
دستور
Boverket ، BFS ، 2015: 6-EKS 10
من وجهة نظرالمقاومه ، يتم التعامل مع الصنوبر والتنوب بالتساوي ، وعادة ما يتم تحديدها بنفس قيم المقاومه:
- مقاومة الضغط عالية في اتجاه الألياف ولكن أقل بشكل ملحوظ، حوالي 1/6 جزء، في الاتجاه العامودي لي الألياف.
- قوة الشد عالية في اتجاه الألياف ولكن أقل بشكل ملحوظ ، حوالي 1/30 جزء ، في الاتجاه العامودي لي الألياف.
- مقاومة الائنحناء يكون عبر اتجاه الألياف على طول الخشب.
- مقاومة القص يكون اكبرفي الاتجاه العامودي لي الألياف مقارنتا مع مقاومة القص عبر اتجاه الألياف على طول الخشب ، وبالتالي في معظم الحالات تصبح مقاومة القص على طول الألياف حاسمة ، على سبيل المثال في الطرف الحامل لعارضة.
ويمكن أن تشتمل خصائص المتانة أيضاً على الصلابة والصلادة. إن الصلابة عكس الالتواء والتشوه. وعندما يتم التواء لوح خشبي ذو مستويات مرتفعة من الصلابة، فإنه لا يلتوي كثيراً، بل يبقى مستوياً تماماً. وتتوقف درجة الالتواء على اتجاه الألياف في الخشب وعلى معامل المرونة الخاصة به. فمعامل المرونة المرتفع يعني صلابة مرتفعة.
وتشير الصلادة إلى سهولة تلف السطح بواسطة الضغط الخارجي، على سبيل المثال الكعب على الأرضيات أو الدق على سطح طاولة. وتكون صلادة الخشب أكبر في اتجاه الألياف من ما يكون عليه الحال في اتجاه العمودي لألياف.
إن الأرضيات الخشبية المصنوعة من نهايات الألياف في الخشب تكون صلبة ومتينة وذلك لأن سطحها مصنوع من الأخشاب الطرفية.
وبغض النظر عن اتجاه الألياف، فإن قوة الخشب تعتمد في المقام الأول على الكثافة. وفي الأرضيات الخشبية، فإن الخشب الربيعي يهترئ بشكل أسرع من الخشب الصيفي. ولذا فإنه ينبغي استخدام الخشب ذو الكثافة المرتفعة للأرضيات.
الخصائص الحرارية
لدى الخشب خصائص حرارية جيدة، وقد تم استخدام الخشب تاريخياً كمادة عازلة للحرارة. وتجدر الإشارة إلى أن التوصيل الحراري يكون كبيراً في اتجاه الألياف، ويزيد مع مستوى الرطوبة والكثافة.
فالقدرة الحرارية للخشب عالية نسبياً وتصل إلى حوالي 1,300 جول لكل كيلوغرام درجة مئوية للخشب الجاف تماماً.
والقيمة الحرارية الفعالة لكل من أخشاب الصنوبر والتنوب كوقود هي 19.3 ميجا جول لكل كيلوغرام من المحتوى الجاف. انظر الجدول رقم 11، خصائص الأخشاب الصنوبرية.
خصائص الاحتراق
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على خصائص احتراق الخشب، ويأتي في المقام الأول المحتوى الرطوبي والمقاييس والكثافة واتجاه الألياف. الوقت المستغرق حتى الاشتعال يختلف اختلافاً كبيراً وهذا يعتمد على الإشعاع الحراري والتهوية ووجود اللهب المكشوف. وأدنى مستوى للإشعاع الحراري لاحتراق الخشب بلهب مكشوف هو حوالي 12 كيلوواط لكل متر مكعب. وللاحتراق دون لهب مكشوف فينبغي أن يتوفر إشعاع حراري ذو مستويات أعلى. فالكسوة الخشبية التي يكون سمكها 18 مم 12 مم دون وجود فراغ هوائي خلف الكسوة الخشبية) تستوفي متطلبات الطبقة D، بموجب النظام الأوروبي. وتجدر الإشارة إلى أن حرق الأخشاب ينتج عنه كميات معتدلة من الدخان.
ولدى الهياكل الخشبية خصائص جيدة فيما يتعلق بالسلامة من الحرائق. كما أن الخشب يتفحم ببطء، ويوجد خشب عادي تحت السطح المتفحم، والذي يحتفظ بخصائصه الأصلية. إن معدل التفحم حوالي 0.5 - 1 مم في الدقيقة. وتجدر الإشارة إلى أن مقاييس الخشب الكبيرة وحماية سطح الخشب يمكن أن يجعل مقاومة الهياكل الخشبية للحريق أعلى.
ويمكن تحديد قدرة مقاومة النيران لدى الهياكل الخشبية على سبيل المثال من خلال الحساب وفقاً للمعيار الأوروبي Eurokod 5.
