Hout: Belangrijkste Eigenschappen voor Bouw & Ontwerp

Hout is na steen het meest gebruikte materiaal in bouw, meubels, vloeren en andere toepassingen. Hoewel steen nog steeds overheerst in de bouw, heeft hout recent een enorme toename ervaren. Hier zijn meer feiten over hout en de diverse mechanische, chemische en fysische eigenschappen.

Kleur, glans, textuur, macrostructuur, geur, vocht, krimp, interne spanningen, zwelling, barsting, vervorming, dichtheid en geluid-elektro-thermische geleiding zijn fundamentele fysische eigenschappen. Het uiterlijk van hout wordt bepaald door kleur, glans, textuur en macrostructuur.

Verschillende houtsoorten hebben diverse kleuren, van wit (populier, spar) tot zwart (ebbenhout). Hout krijgt kleur door tanines, harsen en pigmenten in celkaviteiten. In dit artikel bespreken we alle houteigenschappen: fysiek, chemisch, mechanisch, enz.

Eigenschappen van hout

De belangrijkste houteigenschappen zijn:

• Mechanische eigenschappen
• Thermische eigenschappen
• Elektrische eigenschappen
• Akustische eigenschappen
• Sensorische kenmerken
• Dichtheid en specifiek gewicht
• Afbraak
• Hygroscopiciteit
• Krimp en zwelling

Sensorische kenmerken

Kleur, glans, geur, smaak, textuur, graan, figuur, gewicht en hardheid zijn sensorische eigenschappen. Deze macroscopische kenmerken helpen bij identificatie en beschrijving. Houtkleuren variëren van wit en bruin tot geel, groen, rood en zuiver wit. Op één stuk hout kunnen kleurverschillen zichtbaar zijn tussen kernhout, splinthout, vroeghout, laathout, stralen en harskanalen. Bleken, kleuren of langdurige blootstelling aan de omgeving veranderen de natuurlijke kleur. Voorbeelden van kleurrijk hout: robinia, honinglocust en enkele tropische soorten.

Sommige soorten (spar, es, linde, populier) hebben een natuurlijke glans, met name op radiale vlakken. Geur en smaak komen door vluchtige stoffen in het hout; ze zijn lastig te beschrijven maar soms nuttig voor identificatie. "Textuur" verwijst naar de uniformiteit van een houtoppervlak (meestal dwarsdoorsnede). "Graan" wordt vaak als synoniem gebruikt voor textuur (grof, fijn, gelijkmatig) of voor de richting van houtelementen (recht, spiraal, golvend). Soms vervangt graan "figuur", zoals zilvergraan in eik. Figuur verwijst naar natuurlijke patronen op houtoppervlakken (normaal radiaal of tangentaal).

Gewicht en hardheid zijn sensorische eigenschappen in diagnostische zin: Gewicht wordt geschat door optillen, hardheid door duwen met de duimnagel. In de tropen variëren gewichten van 80 kg/m³ (balsa) tot 1.300 kg/m³ (gaiac). Gemiddelde gematigde houtsoorten liggen bij 300-900 kg/m³ (droog).

Dichtheid en specifiek gewicht

Specifiek gewicht is de verhouding van het gewicht van hout tot dat van water; dichtheid is het gewicht per eenheidsvolume. Omdat 1 cm³ water 1 gram weegt, is de gemiddelde dichtheid en specifiek gewicht van Douglas spar beide 0,45 g/cm³ in het metrieke systeem. (1 g/cm³ ≈ 62,4 lb/ft³). Omdat hout hygroscopisch is, beïnvloeden vochtinhoud zowel gewicht als volume, wat dichtheidsbepaling complexer maakt dan bij andere materialen. Gewicht en volume worden bij vooraf vastgelegde vochtwaarden gemeten voor vergelijkbare resultaten.

Standaarden: oventrocken gewicht (minimale vochtinhoud) en ofwel oventrocken ofwel groen volume (groen = vochtinhoud boven vezelverzadigingspunt, gemiddeld ~30%). Andere weergaven (luchtdroog gewicht/volume of groen hout) zijn minder precies maar hebben praktische toepassingen, bijv. houttransport.

Hygroscopiciteit

Hout kan water absorberen als vloeistof of damp uit de lucht. Water is de meest significante stof die hout absorbeert. Door de hygroscopische aard bevat hout altijd vocht, of het nu deel uitmaakt van de levende boom of een materiaal is. (De termen water en vocht worden hier door elkaar gebruikt.) Vocht beïnvloedt alle houteigenschappen, maar alleen vocht in celwanden is significanter; vocht in celkaviteiten voegt slechts gewicht toe.

Krimp en zwelling

Wanneer de vochtinhoud onder het vezelverzadigingspunt varieert, treden dimensionele veranderingen op. Krimp ontstaat door vochtverlies, zwelling door vochtopname. Deze veranderingen zijn anisotroop: ze verschillen in axiale, radiale en tangentiële richting. Gemiddelde krimpwaarden: ~0,4% (axiaal), ~4% (radiaal), ~8% (tangentieel). Volumekrimp ~12%, met grote soortenverschillen. Percentages zijn van groene naar oventrocken toestand. De celwandstructuur is primair verantwoordelijk voor differentiële krimp/zwelling.

De orientatie van microfibrillen in de secundaire celwandlagen verklaart verschillen tussen axiale en de twee laterale richtingen, maar waarom radiale en tangentiële richtingen verschillen, is onduidelijk.

Afbraak

Bacteriën, schimmels, insecten, zeeborers, en omgevings-, mechanische-, chemische- en thermische factoren veroorzaken houtafbraak. Uiterlijk, structuur of chemische samenstelling kunnen veranderen, wat levende bomen, stammen of producten beïnvloedt. Veranderingen varieren van lichte verkleuring tot irreverseerbare schade die hout waardeloos maakt. Hout kan honderden tot duizenden jaren duren (bijv. Egyptische grafvondsten), en slecht alleen onder invloed van externe factoren.

Mechanische eigenschappen

Mechanische eigenschappen duiden op de weerstand tegen externe krachten die vorm en afmetingen kunnen veranderen. Weerstand hangt af van krachtgrootte, toepassingswijze, dichtheid en vochtinhoud. In axiale richting (parallel aan graan) is de sterkte aanzienlijk anders dan dwars op het graan (transversaal).

Mechanische kenmerken: trek- en druksterkte (axiaal en transversaal), scheur, scheefbaarheid, hardheid, statische buiging, schok (impactbuiging en zwaartekracht). Tests bepalen spanningen per eenheid belaste oppervlakte (elastische grens en maximale belasting) en criteria als zwaartekracht, breukmodulus, elasticiteitsmodulus (stevigheidsmaat). Teststukjes: 2x2 cm of 2x2 inch doorsnede.

Thermische eigenschappen

Hoewel hout uitzet en krimpt bij temperatuursveranderingen, zijn krimp en zwelling door vochtveranderingen veel groter. Temperatuurafhankelijke dimensieveranderingen zijn meestal verwaarloosbaar. Oppervlaktebarstingen alleen onder 0°C; vorstspleten in levende bomen door oneffen krimp van buiten- en binnenlagen.

Vergeleken met metalen, marmer, glas en beton heeft hout lage thermische geleiding (hoge warmte-isolatie). Lichte, droge houtsoorten isoleren beter; thermische geleiding is hoogst in axiale richting en neemt toe met dichtheid en vochtinhoud.

Elektrische eigenschappen

Oventrocken hout is een elektrische isolator. Bij stijgende vochtinhoud neemt elektrische geleiding toe; verzadigd hout gedraagt zich meer als water. Opvallend is de drastische daling van elektrische weerstand bij vochtinhoudsstijging van 0 tot vezelverzadiging: meer dan een miljard keer. Van vezelverzadiging tot maximum vochtinhoud daalt weerstand slechts ~50 keer. Soort en dichtheid beïnvloeden elektrische weerstand nauwelijks; variaties tussen soorten komen door chemie van extractieven. Axiale weerstand is ongeveer half van transversale weerstand.

Dielektrische (slecht geleidende) eigenschappen zijn ook belangrijk. Dielektrische constante en verliesfactor spelen praktische rol in vochtmeters (capaciteit en radiofrequentie-verliestype), drogen van hout met elektrische stroom (theoretisch mogelijk, nog geen praktijk), en lijmen met hoogfrequente stroom. Hout toont piezo-elektrisch effect: elektrische polarisatie (tegenovergestelde lading aan tegenoverliggende zijden) bij mechanische spanning. Omgekeerd: mechanische vervorming (afmetingsverandering) bij elektrisch veld.

Akustische eigenschappen

Hout kan geluid produceren (door directe aanslag) en geluidsgolven van andere bronnen versterken of afbuigen. Dit maakt het uniek voor muziekinstrumenten en akoestische toepassingen. Afmetingen, dichtheid, vochtinhoud en elasticiteitsmodulus beïnvloeden trillingsfrequentie en dus toonhoogte. Hogere dichtheid en elasticiteit, lagere vochtinhoud, kleinere afmetingen geven hogere tonen.

Dit was het overzicht van houteigenschappen. Ik hoop dat u er veel aan hebt gehad; deel dit graag met anderen. Bedankt voor het lezen, tot de volgende keer!