Строительные свойства материалов из дерева

Дерево как строительный материал хорошо поддается обработке, обладает высокой прочностью на растяжение, сжатие и изгиб, малыми объемным весом, тепло- и звукопроводностью. Однако этот материал имеет ряд недостатков: легко подвергается возгоранию и загниванию, впитывает влагу, неоднороден по строению.

Для правильного и целесообразного применения и увеличения срока службы древесины необходимо знать ее свойства.

Основная часть дерева — ствол, нижняя часть (большего диаметра) которого называется комлем, или нижним отрубом, а верхняя — вершиной, или верхним отрубом.

Древесина — наиболее плотная и прочная часть ствола. Она состоит из ряда концентрических годичных колец особо ярко выраженных на деревьях хвойных пород. Каждый годичный слой состоит из весенней (внутренней), более светлой древесины и летней (наружной), более темной. Чем больший процент летней древесины на срезе ствола, тем более прочным считается материал.

В центре сечения ствола расположена сердцевина — наиболее ранняя часть образования ствола. В техническом отношении она значительно хуже древесины, состоит из тонкостенных клеток и представляет собой рыхлую ткань.

Различают две основные группы пород дерева: хвойные (сосна, ель, лиственница, пихта, кедр) и лиственные (дуб, бук, граб, клен, ясень, береза, ольха, каштан, липа, орех и др.).

В строительстве наиболее широко применяют хвойные породы. Лиственные же больше используют при изготовлении мебели и Других деревянных изделий.

Хвойные породы. Сосна. Наиболее распространенный в строительстве материал. Древесина ее в основном крепкая, гибкая, смолистая, хорошо сопротивляется загниванию, при интенсивной сУшке коробится, но трескается мало. Благодаря малому количеству на основной части ствола веток дает возможность получить хороший пиломатериал.

EnL Древесина менее крепкая и стойкая, чем у сосны, менее смолиста, поэтому лучше поддается склеиванию. Однако из-за большого количества крепких сучков труднее обрабатывается.

Лиственница. Более смолистая, чем сосна, прочнее ее, значительно устойчивее против загнивания. Древесина при сушке растрескивается, что ограничивает ее применение в гвоздевых конструкциях и столярных изделиях.

Пихта. Обладает легкой, мягкой и упругой древесиной. Смолистых веществ в древесине нет, что делает ее неустойчивой к загниванию. Применяется в открытых (неоштукатуренных) конструкциях, защищенных от атмосферных осадков. Применение в производстве столярных изделий ограничено.

Кедр. Имеет легкую смолистую древесину с красивой текстурой (расположение годовых слоев на продольном срезе). По прочности слабее сосны. Применяется для изготовления столярных изделий.

Лиственные породы. Дуб. Твердый, прочный, вязкий, стойкий к загниванию материал. Применяется в основном для изготовления подземных конструкций. Имеет красивую текстуру, хорошо обрабатывается, благодаря чему широко применяется в мебельной промышленности и для дорогой отделки в строительстве (паркет, панели, внутриквартирные лестницы и т.п.).

Бук. Имеет твердую и прочную древесину, но легко поддается загниванию. Применяется преимущественно для изготовления столярных изделий и при отделочных работах.

Граб. Древесина при сушке сильно коробится, ствол в своем сечении неправильной формы и редко бывает прямым, поэтому в строительстве почти не применяется.

Такие породы, как береза, липа, клен, ольха, орех в строительстве почти не применяются. Основное назначение — для изготовления мебели и дорогостоящей отделки. Осина применяется для изготовления гонта на кровлю.

Пороки древесины. Во время роста, а также при валке, транспортировании, хранении и сушке у дерева нередко появляется ряд дефектов, ограничивающих его применение в строительстве.

Основными пороками древесины являются следующие.

Косослой — винтообразное размещение волокон вокруг продольной оси ствола. Встречается во всех породах. Распиловка такой древесины на доски нежелательна. При значительном косослое бревна применяют в целом виде во второстепенных конструкциях.

Свилеватость — волнообразное или путаное расположение волокон, затрудняющее обработку древесины.

Трещины различают морозобойные, сердцевинные, отлупы и воздушные. Все они способствуют преждевременному загниванию древесины и порче конструкций.

Сучки — основания ветвей дерева, находящиеся в древесине. Сучки бывают сросшиеся (здоровые) и несросшиеся (выпадающие); окрашенные, рыхлые и табачные (в зависимости от степени гниения).

Сросшиеся сучки мало влияют на качество древесины, а выпадающие ограничивают ее применение в конструкциях, работающих на растяжение и изгиб. Древесину с окрашенными, а в особенности с рыхлыми и табачными сучками до удаления места расположения сучка в строительстве не применяют. Как правило, такие сучки не только загнивают сами, но и вызывают гниение здоровой древесины.

Червоточина — повреждение древесины насекомыми-вредителями, главным образом их личинками. Наибольший вред приносят жук-короед, который портит древесину непосредственно под корой; жук-усач, повреждающий древесину на глубине более 5 см; жук-долгоносик, протачивающий в древесине большое количество ходов.

Гниение древесины есть разложение ее клеток, сопровождающееся изменением цвета, растрескиванием в продольном или поперечном направлениях и превращением древесины в бурую массу, рассыпающуюся при прикосновении в труху. Гниение вызывается грибом, поражающим древесину.

Наиболее опасные грибы, которые разрушают конструкции целых зданий, — домовой настоящий, домовой пленчатый и домовой белый.

Антисептирование и огнезащита древесины. При строительстве дома необходимо в первую очередь принять такие конструктивные и эксплуатационные меры, которые предотвращают появление и развитие гнили в деревянных конструкциях, например, устраивать изоляцию между деревянными элементами и каменной или кирпичной кладкой, а также продухи в цокольной части для проветривания подполья, ликвидировать источники увлажнения и т.п. Если указанные меры принять невозможно (в деревянных стульях фундамента, в обшивке перегородок под штукатурку, при устройстве полов на лагах непосредственно по грунту и т. п.), применяют химические меры борьбы с гниением древесины — антисептирование.

Основными химическими веществами, применяемыми при антисептировании, или антисептиками, являются фтористый натрий и хлористый цинк.

Фтористый натрий — основной антисептик, применяемый в Деревянных конструкциях внутри помещений. Водный раствор его относительно легко проникает в древесину. Может применяться в комбинации с другими антисептиками.

Состав антисептика на 100 л раствора:

фтористый натрий — 3,0 кг;

краситель — 0,05 кг;

вода – 97 л.

Хлористый цинк по качеству ниже фтористого натрия, легко вымывается водой. Если к древесине, пропитанной хлористым Цинком, прилегают металлические изделия, то они сильно коррозируют.

Состав антисептика на 100 л раствора:

хлористый цинк — 5 кг;

краситель — 0,05 кг;

вода — 95 л.

Указанные антисептики — порошки, легко растворимые в воде. Поверхность древесины дважды опрыскивают или обмазывают раствором; повторную обработку выполняют через 2—4 ч. Расход раствора при таком антисептировании составляет 0,6—0,8 л на 1 м2 обрабатываемой поверхности древесины.

При антисептировании конструкций, находящихся на открытом воздухе или в грунте, лучшими являются следующие маслянистые антисептики, не растворимые в воде.

Каменноугольное креозотовое масло — жидкость темно-коричневого (почти черного) цвета со специфическим резким запахом, ограничивающим его применение во внутренних деревянных конструкциях. Применяется с растворителем (нефтяным топливом, сольвентнафтой и зеленым маслом) в соотношении 1:1.

Древесный деготь (смола) — густая жидкость темного цвета. Применяется в основном для промазки подземных конструкций и мест соприкосновения дерева с кладкой или бетоном.

Зеленое масло — применяется в основном в виде добавки к креозотовому маслу, а также самостоятельно.

Способ употребления указанных антисептиков — обмазка (лучше в подогретом виде) кистью.

Открытые деревянные конструкции (стропильная система), а также закрытые (оштукатуренные перегородки, балки перекрытий), находящиеся в непосредственной близости к отопительным печам, дымоходам, трубам и выполненные с нарушением противопожарных правил при строительстве, могут стать причиной возникновения или распространения пожара. Поэтому в первую очередь необходимо строго придерживаться конструктивных мероприятий, которые предупреждают возникновение пожара. Огнезащитные средства могут только помешать его быстрому распространению. К таким средствам относятся следующие огнезащитные покраски.

1. Раствор для поверхностной пропитки (в %):

фосфорнокислый аммоний — 20;

сернокислый аммоний — 5;

соляровый контакт — 3; вода — 72.

Наносится опрыскиванием или кистью два раза с перерывом от 4 до 24 ч. Расход на 1 м2 поверхности — 1,1 кг раствора.

2. Силикатная краска (в г/м2):

жидкое стекло (натровое) — 185;

мел — 185;

глицерин — 10;

цинковые белила — 10;

вода — ПО.

Наносится опрыскиванием или кистью два раза с перерывом не менее 12 ч. Нормальный цвет — белый. Пригодна для работы в течение 8 ч после приготовления.

3. Суперфосфатная обмазка (в г/м2):

суперфосфат — 1400;

вода — 600.

Наносится кистью два раза. Нормальный цвет — белый. Пригодна для работы в течение 6 ч после приготовления.

Строительно-технологические свойства древесины. Влажностью древесины называется отношение веса содержащейся в ней воды к массе древесины, высушенной до абсолютно сухого состояния, выраженное в процентах.

По влажности различают древесину воздушно-сухую (влажностью не более 20 %), сырую (влажностью от 20 до 50 %) и свеже-срубленную или сплавную (влажностью более 50).

До заданной степени влажности древесину сушат естественным путем (длительно хранят на воздухе в защищенных временной крышей штабелях) или искусственным путем (в специальных сушилках).

При высыхании древесина изменяется в объеме — усыхает, причем усушка древесины по поперечному сечению ствола происходит неравномерно.

Растрескивание древесины происходит вследствие ее нерав номерной усушки в разных направлениях, а также в наружных и внутренних слоях. Трещины образуются сначала в торцах, а затем вдоль бревна или доски.

При умелой сушке лесных материалов можно добиться незначительного растрескивания древесины или вовсе избежать появления трещин. Коробление древесины происходит при ее высыхании вследствие неравномерной усушки в разных направлениях. Доски, выпиленные из сырого бревна, при высыхании коробятся в поперечном сечении таким образом, что поверхность, более удаленная от сердцевины бревна, становится вогнутой, а более близкая к сердцевине бревна — выпуклой. Доска, выпиленная из сердцевинной части бревна, становится более тонкой в кромках, чем в середине сечения.

Разбухание древесины происходит от насыщения ее влагой и сопровождается неравномерным увеличением размеров материала аналогично уменьшению размеров при усушке древесины.

Цвет является характерным признаком древесины. По цвету можно определить породу древесины, ее качество. Здоровая древесина имеет ровный цвет; пятна и полосы указывают на начало загнивания древесины. Натуральная окраска, блеск от пересечения сердцевинных лучей, своеобразное расположение волокон-создают текстуру древесины данной породы. Текстура у разныч пород древесины различна: гладкая (у самшита), шероховатая (у дуба), косослойная, свилеватая и т.п. Текстура древесины широко используется при производстве отделочных работ. Запах древесины, своеобразный для каждой породы, также служит для распознавания породы и определения доброкачественности.

Теплотворная способность древесины (количество теплоты)выделяемой при горении 1 кг древесины) при влажности 15 составляет 3700 ккал, тогда как теплотворная способность лучших: углей Донецкого бассейна не превышает 7500 ккал.

Древесина — сгораемый материал, поэтому в несущих и ограждающих конструкциях ее необходимо защищать от возгорания пропиткой огнезащитными составами или устройством защитных покрытий из несгораемых материалов. В последнем случае деревянные конструкции имеют значительный предел огнестойкости, который характеризуется способностью конструкций сопротивляться в течение определенного промежутка времени воздействию огня до потери прочности и устойчивости конструкций или до образования сквозных трещин. Так, междуэтажные деревянные перекрытия с накатом или подшивкой и оштукатуренные по драни или сетке при толщине штукатурки 20 мм имеют предел огнестойкости 0,75 ч; монолитные или сборные железобетонные перекрытия при толщине защитного слоя арматуры в плитах 10 мм, а в балках и ребрах — 20 мм имеют предел огнестойкости 1 ч.

Прочность разных пород древесины различна. Если прочность сосновой и еловой древесины на растяжение, изгиб, сжатие и смятие вдоль волокон принять за 100, то прочность дуба, ясеня европейского, граба, клена, акации белой составит 130, лиственницы — 120%, березы, бука, ясеня дальневосточного — 110%, сосны Якутии, пихты кавказской, кедра — 90%, пихты уральской, сибирской и дальневосточной, осины, тополя — 80 %.

Прочность древесины зависит также от степени ее влажности и возраста: чем больше влажность древесины, тем меньше ее прочность; древесина молодых деревьев менее прочна.