Древесиной называется освобожденная от коры ткань древесных волокон, находящаяся в стволе дерева. Древесина преимущественно состоит из органических веществ, в состав которых входит углерод (до 50%), водород (до 6%),кислород (до 44%) и незначительное количество азота.
Макростроение древесины. Ствол изучают в трех разрезах: торцевом, радиальном и тангентальном. На торцевом разрезе различают главные части: кора, камбий, заболонь, ядро, сердцевина и сердцевинные лучи. Кора – наружный слой дерева, предохраняющий его от повреждений и температурных воздействий. Камбий представляет собой клетки между корой и древесиной, способные к делению и росту. Деление клеток камбия начинается весной и заканчивается осенью. Поэтому древесина ствола состоит из ряда концентрических годовых колец. Заболонь состоит из клеток более молодой древесины, окружающих ядро (или спелую древесину). Ядро (или спелая древесина) – внутренняя часть дерева. Древесина ядровой части ствола обладает большой прочностью и стойкостью к загниванию. Сердцевинная трубка представляет собой рыхлую первичную ткань, которая состоит из тонкостенных клеток, имеет малую прочность и легко загнивает. Поэтому сердцевина нежелательна в тонких брусках и столярных изделиях, т.к. она постепенно выкрашивается. Сердцевинные лучи выглядят как темные штрихи. Они служат для перемещения питательных веществ и сохранения их запаса на зиму.
Свойства древесины. К ним относятся:
— влажность. Влажность свежесрубленного дерева может составлять более 100%. С возрастом дерева влажность уменьшается. Свойства древесины зависят от ее влажности. Поэтому все определения проводят при стандартной влажности, принятой равной 12%.
— Усушка. Величина усушки зависит от направления по отношению к волокнам, а также от плотности. Усушка вдоль волокон составляет до 0,1%, радиальная усушка до 6%, а тангентальная усушка до 12%, что вызывает коробление изделий.
— Водопоглощение. Оно обратно пропорционально плотности и прямо пропорционально пористости. Поглощение влаги происходит в основном через торцевую поверхность.
— Плотность. Истинная плотность древесины равна 1,54 г/см 3 . Средняя плотность зависит от породы древесины. По средней плотности древесина подразделяется на:
особо легкую (ρо 3 ) – кедр, пихта;
легкую (ρо= 0,45…0,60 г/см 3 ) – ель, сосна, осина, липа, тополь, каштан, вяз, ольха;
среднюю (ρо= 0,61…0,75 г/см 3 ) – береза, лиственница, бук, дуб, ясень, груша, клен, платан;
тяжелую (ρо= 0,76…0,90 г/см 3 ) – граб, можжевельник;
очень тяжелую(ρо > 0,91 г/см 3 ) – кизил, самшит, хурма, железное дерево.
— Теплопроводность.Теплопроводность древесины незначительная. Она зависит от направления волокон, плотности, влажности и температуры. Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек волокон.
— Прочность. Прочность древесины также зависит от направления волокон. Так, предел прочности при сжатии вдоль волокон выше (30…80 МПа), чем поперек волокон (4…16 МПа). Предел прочности древесины при изгибе и растяжении выше предела прочности при сжатии вдоль волокон в 2…3 раза.
— Твердость. Твердость древесины определяется по методу Бринелля по диаметру отпечатка на поверхности. Она пропорциональна плотности и обратно пропорциональна влажности. По твердости древесина бывает:
очень твердая – граб, самшит, груша, кизил, железное дерево, эбеновое дерево;
твердая – лиственница, береза, бук, вяз, дуб, ясень, орех, клен;
мягкая – ель, липа, сосна, осина, пихта, кедр, можжевельник, тополь, ольха.
— Биологическая стойкость. Она отражает стойкость древесины к загниванию. Наиболее стойкой по отношению к биологической агрессии считают древесину тиса, каштана, дуба, лиственницы. К среднестойкой относят древесину сосны и кедра, к малостойкой – березы, бука, осины, липы, клена.
Способы защиты древесины от гниения и возгорания:
— Защита древесины от гниения. Гниение представляет собой разложение древесины под действием дереворазрушающих грибов и микроорганизмов. Способы предотвращения гниения имеют своей целью создание условий, неблагоприятных для развития дереворазрушающих грибов. Для предотвращения гниения древесины ее обрабатывают антисептиками, которые должны быть безвредными для людей и животных. Они не должны понижать прочность древесины и вызывать коррозию металлических креплений. Существуют водорастворимые антисептики, маслянистые антисептики и антисептические пасты.
К водорастворимым антисептикам относятся следующие вещества.
Фтористый натрий— NaF – представляет собой водный 2…3% раствор. Обладает высокой токсичностью по отношению к дереворазрушающим грибам, микроорганизмам, и насекомым.
Кремнефтористый натрий- NaSiF6 – применяется в виде водного 2% раствора, иногда вместе с фтористым натрием. Также входит в состав антисептических паст.
Хлористый цинк – ZnCl2 – применяют в виде водного 5% раствора, т.к. при более высоких концентрациях вызывает коррозию металла.
Медный купорос- CuSO4·5H2O – используют в виде водного 10% раствора. Может входить в состав комбинированных препаратов.
К маслянистым антисептикам относятся следующие материалы.
Антраценовое масло – продукт перегонки каменноугольного дегтя, обладающий высокой токсичностью и резким запахом.
Креозотовое масло – получают дистилляцией каменноугольного дегтя, применяют в подогретом до 50…60 о С виде. Не оказывает вредного действия на древесину и металл, является самым лучшим антисептиком для шпал, деревянных столбов, опор, мостов и др.
Читайте также: Набор тканей для стигис аппликации
Антисептические пасты используют как обмазки для защиты от гниения деревянных конструкций при повышенной влажности воздуха, а также находящихся в грунтах. К антисептическим пастам относятся следующие составы.
Битумная паста– ееготовят из расплавленного битума, зеленого масла, фтористого натрия и торфа. В отличие от водорастворимых антисептиков, обладает водостойкостью.
Силикатная паста — состоит из кремнефтористого натрия, жидкого стекла, воды и каменноугольного масла. Водостойкость ее ниже, чем у битумных паст.
— Защита древесины от возгорания. Древесина относится к сгораемым материалам. Для защиты древесины от сгорания используют вещества, называемые антипиренами, или огнезащитные красочные составы.
Защитное свойство антипиренов связано с тем, что некоторые из них при пожаре плавятся и древесина покрывается пленкой, затрудняющей доступ кислорода. Другие антипирены при нагревании выделяют негорючие газы, снижающие концентрацию кислорода возле конструкции. К ним относятся фосфорнокислые и сернокислые соли аммония, а также бура – борнонатриевая соль. Растворы антипиренов применяют для поверхностной обработки и пропитки древесины.
Огнезащитные красочные составы состоят из связующего (жидкого стекла), наполнителя (кварцевого песка) и щелочестойкого пигмента – охры и др. При пожаре краска пузырится, и образующийся пористый слой замедляет нагревание древесины.
Общие сведения. Древесиной называют освобожденную от коры часть ствола дерева, имеющую слоисто-волокнистое строение
МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
Древесиной называют освобожденную от коры часть ствола дерева, имеющую слоисто-волокнистое строение. Древесина обладает рядом ценных свойств: небольшой плотностью, высокой прочностью, малой теплопроводностью, гибкостью и упругостью, высоким коэффициентом конструктивного качества. Однако при использовании древесины в строительстве необходимо учитывать такие недостатки этого материала, зависящие от его строения и состава, как неоднородность свойств по объему и направлению (анизотропию), гигроскопичность, которая приводит к изменению размеров, короблению и растрескиванию, загнивание во влажных условиях и сгораемость.
Строение древесины.На торцевом срезе ствола дерева видна кора, камбий и древесина. Кора состоит из наружной кожицы, пробкового слоя под ней и внутреннего слоя – луба, который проводит питательные вещества по стволу дерева. Камбий, расположенный под лубом, представляет собой тонкий слой живых клеток, способных к делению и росту. Древесина является основной частью ствола и находится под камбиальным слоем. Древесина состоит из годичных слоев. Каждый годичный слой представлен ранней и поздней древесиной. Ранняя древесина образуется весной и в начале лета, поздняя – летом и в начале осени. Поздняя древесина является более плотной и прочной, чем ранняя.
В древесине на торцевом срезе можно выделить сердцевину, ядро и заболонь. Сердцевина – рыхлая первичная ткань, которая имеет малую прочность и легко загнивает. Ядро, или спелая древесина – внутренняя часть ствола дерева, состоящая из омертвевших клеток. Ядро выделяется темным цветом и обладает большей прочностью и стойкостью к загниванию по сравнению с древесиной заболони. Заболонь состоит из живых клеток, имеет бóльшую влажность, легко загнивает, вследствие большой усушки усиливает коробление пиломатериалов.
Древесные породы делят: 1) на ядровые, имеющие ядро и заболонь (дуб, ясень, сосна, лиственница, кедр и др.); 2) спелодревесные, имеющие спелую древесину (она не отличается по цвету от заболони) и заболонь (ель, пихта, осина, бук и др.); 3) заболонные, у которых отсутствует ядро (береза, клен, ольха, липа).
Микроструктура древесины включает разного рода клетки. Оболочка (стенка) клетки состоит на 99 % из органических соединений, главнейшими из которых являются целлюлоза и лигнин. Лигнин – природный полимер, соединяющий в единое целое целлюлозные волокна. Древесина содержит капилляры и поры различных размеров. В древесине содержится влага различных типов: химически связанная, связанная молекулярными силами или гигроскопическая, капиллярная и свободная. Крупные поры и капилляры заполняются водой при непосредственном контакте древесины с водой. Тонкие поры и капилляры заполняются влагой из воздуха при гигроскопическом увлажнении.
Основные хвойные породы древесины. Сосна — ядровая порода, у которой ядро буро-красного цвета, а заболонь – желтого. Древесина сосны легкая (средняя плотность 470-540 кг/м 3 ), легко обрабатывается, при этом достаточно прочная.
Ель по качеству древесины уступает сосне, имеет спелую древесину бело-желтого цвета, менее смолистую и более легкую (плотность 440-500 кг/м 3 ) с большим количеством сучков.
Лиственницаимеет ядро красновато-бурого цвета; ее древесина плотная (плотность 630-790 кг/м 3 ), твердая, прочная, менее подвержена гниению, чем у сосны. Применяется в гидротехническом строительстве, для строительства мостов, из неё изготавливают шпалы.
Кедр имеет мягкую легкую древесину, имеющую более низкие механические свойства, чем у сосны. Из нее изготавливают пиломатериалы, столярные изделия, декоративную фанеру для отделки мебели.
Пихтапо древесине схожа с елью, но не имеет смоляных ходов, легко загнивает, поэтому ее не применяют во влажных условиях эксплуатации.
Основные лиственные породы древесины.Дубимеет плотную (около 720 кг/м 3 ), очень прочную и твердую древесину. Ядро у дуба темно-бурое, заболонь желтая, на разрезе древесины имеются крупные сердцевинные лучи. Дуб применяют в ответственных конструкциях гидротехнических сооружений, мостостроении, для изготовления паркета, мебели.
Читайте также: Где создали шелковую ткань
Ясеньимеет тяжелую, гибкую и вязкую древесину, но менее прочную, чем у дуба. Благодаря красивой текстуре ценится в мебельном производстве и столярно-отделочных работах.
Береза— распространенная заболонная порода, имеет тяжелую (около 650 кг/м 3 ) древесину, которая легко загнивает во влажных условиях. Используют для изготовления фанеры, столярных и отделочных материалов (в том числе для имитации ценных пород древесины).
Бук— спелодревесная порода, имеющая тяжелую и твердую древесину, которая легко раскалывается и относительно легко загнивает. Применяют для производства паркета, мебели, фанеры.
Грабимеет древесину, схожую с буковой, но более тяжелую. Используют для тех же целей, что и бук.
Осина — заболонная порода с мягкой и легкой древесиной (420-500 кг/м 3 ), склонной к загниванию. Служит сырьем для производства фанеры, древесных плит.
Ольха— заболонная порода с мягкой древесиной, склонной к загниванию. Как и березу, используют для изготовления фанеры.
Липа— спелодревесная мягкая порода. Используют для изготовления фанеры, мебели, тары.
Раздел 2. Природные материалы
Древесные строительные материалы и изделия
Общие сведения
Лесные материалы целиком или преимущественно состоят из древесины (освобождённая от коры ткань волокон, находящаяся в стволе дерева). Древесина издавна широко применяется в строительстве.
Их применяют для устройства полов, оконных и дверных заполнений, устройства лесов, подмостей и других целей. Их широкое применение в строительстве объясняется положительными свойствами древесины: высокой прочностью, небольшой средней плотностью, долговечностью при благоприятных условиях эксплуатации, малой теплопроводностью, хорошей обрабатываемостью, способностью склеиваться.
Сырье.Растущее дерево состоит из корня, ствола и кроны. Древесину, используемую в качестве строительного материала, в основном даёт ствол, который составляет до 90% объёма дерева.
При соблюдении правил рубки и ухода за лесом запасы древесины практически неисчерпаемы.
Изучая строение древесины, различают её макро- и микроструктуру. Достаточно полное представление о макроструктуре – строении, видимом невооружённым глазом или при небольшом увеличении – получают, рассматривая разрезы ствола дерева по трём направлениям: торцевой (поперечный), радиальный, тангенциальный.
Рис. 4 Главные разрезы ствола дерева:1 — поперечный (торцовый); 2 — радиальный;
Основные части ствола дерева: сердцевина, сердцевинные лучи, ядро, заболонь, годичные слои, сосуды или смоляные ходы.
Рис. 5 Поперечный разрез ствола: 1 — сердцевина, 2 — сердцевинные лучи; 3 — ядро,
4 — пробковый слой; 5 — лубяной слой; 6 — заболонь; 7 — камбий; 8 — годичные слои
Сердцевина представляет собой рыхлую ткань, состоящую из клеток с тонкими, слабо связанными друг с другом стенками. Размеры сердцевинной трубки (сердцевина и слой первого года жизни древа) невелики: до 10 мм или чуть больше. У спиленного дерева эта самая слабая часть ствола нередко крошится и легко загнивает. Поэтому сердцевина не допускается в тонких досках и брусках, предназначенных для растянутых и изгибаемых элементов конструкций. Нежелательна сердцевина и в столярных изделиях, так как она постепенно выкрашивается.
У всех пород имеются сердцевинные лучи – светлые, часто отличающиеся блеском линии, которые направлены от сердцевины к коре. Сердцевинные лучи играют важную роль в создании текстуры древесины.
Ядро – внутренняя часть ствола, образующаяся по мере роста дерева, когда внутренняя, наиболее старая часть древесины ствола отмирает, проводящая и запасающая системы перестают функционировать, а клетки уплотняются. Движение влаги по этим клеткам прекращается, поэтому древесина ядровой части отличается прочностью и стойкостью к загниванию. Некоторые древесные породы, например берёза, клён, ядра не имеют.
Заболонь состоит из колец более молодой древесины, окружающих ядро. По живым клеткам заболони растущего дерева перемещается влага с растворенными в ней питательными веществами. Древесина заболони имеет большую влажность, легко загнивает, при последующей усушке усиливает коробление древесных материалов. Различают раннюю (весеннюю) и позднюю (летнюю) зоны, называемые, соответственно, ранней и поздней древесиной. Годичные слои в значительной мере определяют характер текстуры древесины.
Сосуды или смоляные ходы (в зависимости от породы древесины) представляют собой трубки, каналы различной величины.
Микроструктуру древесины можно наблюдать при сильном увеличении. Под микроскопом видно, что древесина слагается из большого количества живых и отмерших клеток различной формы и размеров. По функциональному назначению живые клетки делят на проводящие, механические и запасающие.
Древесина может иметь пороки – недостатки отдельных участков, снижающие качество ограничивающие возможности использования материала. Пороки механического происхождения, возникающие в древесине в процессе ее добычи и обработки, называют дефектами.
К характерным порокам относят различные сучки (сросшиеся и несросшиеся, роговые и т.д.), трещины (метиковые, морозные, усушки, отлупные, различного расположения и размеров); пороки строения (наклон волокон, тяговая древесина, свилеватость, завиток, глазки, смоляной кармашек, пасынок, сухобокость, прорость, рак, засмолок, ложное ядро, внутренняя заболонь, косослой, пятнистость), отклонения от нормальной формы ствола (сбежистость, закомелистость, нарост и кривизна); грибные поражения (ядровые пятна и полосы, ядровая гниль, плесень, заболонные гнилые окраски, заболонная и наружная гниль); повреждение насекомыми (червоточина); дефекты. Образующиеся в процессе обработки; инородные включения (камни, гвозди и т.д.); деформации (покоробленность, образующаяся при сушке, хранении, выпиливании).
Читайте также: Шьем из сорочечной ткани
Пороки древесины определяют в соответствии с требованиями ГОСТа с учетом их вида, разновидности и размеров. При этом используются измерительные инструменты, наборы щупов.
Выделяют две группы древесных пород, встречающиеся в лесах нашей страны: хвойные и лиственные.
Таблица 1.Эстетические характеристики различных пород древесины
| Порода древесины | Цвет | Текстура |
| Хвойные породы | ||
| осна Лиственница Кедр Ель Пихта | Желтоватый или красноватый (ядро – розовое, красноватое, заболонь – желтоватая) Бурый оттенок (ядро – красновато – бурое,заболонь – буровато – белая) Розоватый оттенок (ядро – от свтело – розового до красно- ватого с желтым оттенком, заболонь – желтовато – белая) Белый с желтоватым оттенком (ядра нет) Белый со слабым буроватым оттенком (ядра нет) | Годичные слои различаются на всех разрезах; резкие переходы по цвету от поздней (красновато – бурая) к ранней древесине (желтовато – белая) Годичные слои различаются на всех разрезах; резкие переходы по цвету от поздней (темно-бурая) к ранней древесине (светло-бурая) Годичные слои различаются на всех разрезах; постепенных переход по цвету от поздней (желтовато – розовая) к ранней древесине Годичные слои различаются на всех разрезах; постепенный переход по цвету от поздней (светло – бурая) к ранней древесине Годичные слои различаются на всех разрезах; постепенный переход по цвету от поздней (слабый буроватый оттенок) к ранней древесине |
| Лиственные породы А.Кольцесосудистые | ||
| Дуб Ясень | Желтовато – коричневый оттенок (ядро – желтовато — коричневое или темно-бурое, заболонь – светло-желтая). Характерный блеск от сердцевинных лучей Желтоватый оттенок (ядро –светло – бурое; заболонь – желтовато – белая) | Годичные слои хорошо видны на торцевом разрезе; серцевиные лучи хорошо развиты и видны на всех разрезах; сосуды мелкие, располагаются радиальными рядами в поздней части годичного слоя. Годичные слои хорошо видны; сердцевинные лучи на торцевом разрезе почти не видны; на радиальном разрезе заметны в виде коротких черточек, сосуды мелкие |
| Б.Рассеянно — сосудистые | ||
| Береза | Белый с красноватым или желтоватым оттенком | Годичные слои и сосуды различают ся плохо, сердцевинные лучи различаются только на радиальном разрезе |
| Порода древесины | Цвет | Текстура |
| Липа Осина Бук | Белый со слабым розоватым оттенком Белый со слабым зеленоватым оттенком Красновато — белый | Годичные слои и сосуды различаются плохо, сердцевинные лучи различаются на радиальном и поперечном разрезах. Годичные слои, сосуды и сердцевинные лучи различаются плохо. Годичные слои ясно различаются, сосуды мелкие и малозаметны, широкие сердцевинные лучи видны на всех разрезах |
К конструкционным материалам относят круглые лесоматериалы (брёвна, жерди, подтоварник), пиломатериалы (доски, брусья), листовые, полученные послойным склеиванием древесного шпона (фанера, слоистый пластик), а также цементосодержащие изделия: прессованные (древесно-цементные) или отформованные (фибролитовые, арболитовые) плиты, содержащие цемент и древесные отходы разной степени измельчения. Эти материалы используют для возведения стен, каркасных перегородок, кровель в виде жёстких оболочек, перекрывающих большие площади, клеёных арок, балок и ферм.
Конструкционно-отделочные материалы представлены прессованными твёрдыми древесноволокнистыми ДВП и древесностружечными ДСП плитами с отделкой лицевой поверхности декоративными красочными и плёночными материалами, пластиком или шпоном ценных пород древесины (орех, ясень, бук, граб). Эти изделия используют для выполнения полов, подвесных потолков, а также высококачественной отделки стен при влажности в помещении не более 60 %. Высокая степень декоративности, долговечность отличают полы, выполненные из паркета (паркетных щитов и досок) лиственных пород древесины, обладающих неповторимой текстурой (рисунком). Наряду с обычным паркетом все большее распространение получает ламинированный паркет, имеющий верхнее полимерное защитное покрытие.
К материалам специального назначения относятся теплоизоляционные и акустические фибролитовые и арболитовые плиты, а также мягкие ДВП плотностью менее 600 кг/м 3 . Их используют для утепления кровель, стен и полов, а также выполнения акустических потолков в зданиях общественного и культурного назначения. Для усиления эффекта звукопоглощения плиты перфорируют или наносят поверх них специальные рельефные штукатурки.
Определённое место в номенклатуре выпускаемых изделий занимают столярные, к которым относятся подоконные доски, оконные и дверные блоки, ворота, а также такие погонажные отделочные изделия, как плинтусы, вагонка, перила, рейки.
Вопросы для самоконтроля.
1. Назовите древесные породы, применяемые в строительстве.
2. Перечислите основные пороки древесины.
3. Назовите породы деревьев, чья древесина обладает наибольшей декоративностью.
4. Какие виды пиломатериалов вам известны?
5. Перечислите основные изделия, детали и конструкции из древесины, применяемые в современном строительстве.