Характеристика основных пород древесины, применяемых в строительстве.

Все породы древесины подразделяются на хвойные и лиственные. К хвойным относят сосну, ель, лиственницу, кедр, пихту. К лиственным – дуб, березу, липу, осину, ольху и др. Хвойные породы. Сосна – самый распространенный строительный материал. Имеет красивый янтарный цвет с многочисленными тонкими прожилками и выразительной структурой. Заболонь – светло-желтого цвета с легким розоватым оттенком. Ствол обладает наибольшей прямотой и отсутствием дефектов. Побеги у сосны направлены вдоль ствола под острым углом вверх. Поэтому на плоскости распила древесины немногочисленные сучки имеют овальную форму. Древесина сосны достаточно смолистая, поэтому трудно поддается загниванию. В зависимости от степени смолистости различают два сорта сосны – смолку и сухощепку, содержащую минимальное количество смолы. Смолка может пролежать в воде, не сгнивая не один десяток лет. Древесина сосны прямослойная, легкая, мягкая, но вместе с тем прочная. Умеренно растрескивается при высыхании. Хорошо поддается всем видам механической обработки (легко колется, пилится и строгается вдоль волокон), хорошо склеивается. Сосна широко применяется для изготовления столярных изделий, устройства стен, полов, элементов крыш и других изделий. Полная технологическая зрелость наступает в 80 – 120 лет. Ель – по распространенности, объемом производства и переработки занимает второе место. По качественным характеристикам чуть уступает сосне. Древесина ели однородно-белая с чуть золотистым или желтоватым оттенком, легче и мягче сосновой, менее прочная и смолистая и менее стойкая против загнивания. Но в отличие от сосны очень долго сохраняет свой светлый тон. В пиломатериалах ель легко можно узнать по круглой форме сучков и большому их количеству. Последнее сильно затрудняет ее механическую обработку и применение в столярном производстве. Ель обладает большей гигроскопичностью, чем сосна, при высыхании сильно трескается, поэтому ее используют обычно для внутренних работ. Лучший возраст для заготовки древесины ели – 100 – 150 лет. Лиственница считается примадонной деревянной архитектуры. Имеет красивую древесину – от красно-коричневой до бурой. Она плотнее и прочнее сосны почти на 30 %, более твердая. По твердости лиственница не уступает дубу. Смолистая, легко колется, малосучковатая, прямослойная. Обладает повышенной стойкостью против загнивания и поэтому является особо ценной для строительства мостов и гидротехнических сооружений, т. е. она практически не загнивает во влажных условиях и является природным антисептиком. Лиственница – единственное дерево не гниющее в морской воде. Вследствие особенностей смолы, пропитывающей древесину, она не подвергается нападению жучков-точильщиков, это позволяет использовать без какой-либо предварительной химической обработкой. К недостаткам лиственницы следует отнести склонность к растрескиванию и трудность обработки. В строительстве используется реже чем сосна и ель. Лиственные породы. Дуб отличается очень твердой и прочной древесиной. Она режется с трудом, но в то же время эластичная и легко колется. Хорошо гнется, полируется, но при этом нужно приложить значительную физическую силу. Обладает значительной усушкой и склонностью к растрескиванию. Дуб отличается высокой эстетической привлекательностью. Цвет ядра – от золотисто-каштанового до темно-шоколадного. Заболонь – узкая, светло-желтая. У зрелой древесины оттенки от светло-коричневых до желтовато-коричневых. Однако мелкие профили из дуба не выразительны. Наиболее характерной чертой дуба частые и широкие сердцевинные лучи, которые видны на всех разрезах ствола. Дуб легко окрашивается и морится до черного цвета. Обладает высокой стойкостью против загнивания. Используют древесину дуба для изготовления особо прочных изделий и ответственных несущих конструкций, особенно для деталей, работающих под усилием поперек волокон (опорные подушки, прокладки, шпонки и т. п.). Древесину дуба используют для производства паркета, столярных изделий (оконные переплеты, двери), отделочных деталей, мебели и др. Лучший возраст дуба для заготовки древесины 80 – 100 лет. Древесина осины однородно-белого цвета, белее, чем у других лиственных пород, а по устойчивости к истиранию почти равняется древесине дуба. Лицевая поверхность изделий из осины отличается оригинальным серебристым оттенком. Легко режется и обрабатывается на токарном станке. Обладает высокой однородностью, что позволяет делать прорези практически в любом направлении, не скалывается и не сминается. Она способна длительное время сохранять свой цвет в воде, а при высыхании не трескается и не коробится. Однако во влажном состоянии легко загнивает. На корню осина также не долговечно, так как легко поражается сердцевинной гнилью. Поэтому лучший возраст для заготовки древесины 40 – 45 лет. Используется для внутренней отделки, возведения временных сооружений и получения фанеры. Береза является самой распространенной в наших лесах лиственной породой. Древесина березы довольно твердая и прочная, особенно при ударных нагрузках. Имеет молочно-белый цвет с легким желтоватым или красноватым оттенком. Особенно красива древесина карельской березы, отличающаяся изысканной завитковой структурой (свилеватостью). Береза легка поддается имитации ценных пород, хорошо окрашивается, пропитываются, полируются. Легко обрабатывается, строгается, гнется, однако склонна к загниванию в условиях повышенной влажности. Лучшая эксплуатационно-техническая характеристика березы проявляется в возрасте 40 – 50 лет. Применяется для изготовления лущеного шпона, клееной фанеры, паркета и других изделий. Липа имеет мягкую древесину, однородное строение, белый цвет с легким розоватым оттенком. На радиальном разрезе ствола хорошо просматриваются сердцевинные лучи, придающие материалу древесины заметный блеск. Древесина липы отличается сравнительно высокой непроницаемостью для жидкостей, но подвержена червоточине. Не коробится и не растрескивается. Хорошо держит тепло и приятно пахнет, что делает ее ценным материалом при строительстве бань. Используется также для изготовления мебели, резных деталей для мебели, фанеры и других изделий. Ольха имеет необычную дымчатую структуру и очень красивый цвет. Древесина мягкая и легко обрабатывается. В условиях переменной влажности легко загнивает. Но при повышенной влажности и под водой древесина остается прочной и стойкой. Ольха легко подвергается различным видам обработки. Вместе с тем легко ломается и сильно коробится. Используется для изготовления внутренних столярных изделий, мебели и клееной фанеры. Ясень имеет золотисто-сливочного цвета заболонь, постепенно переходящую в желтовато-бурого цвета ядро, и красивую текстуру. Древесина ясеня прочная, вязкая, стойкая к загниванию и долговечная.

Микроструктура древесины.

Строение древесины, видимое в микроскоп, называется микроструктурой. Исследование древесины под микроскопом показывает, что она состоит из мельчайших частичек - клеток, преимущественно (до 98%) мертвых. Растительная клетка имеет тончайшую прозрачную оболочку, внутри которой находится протопласт, состоящий из цитоплазмы и ядра. Клеточная оболочка у молодых растительных клеток представляет собой прозрачную, эластичную и весьма тонкую (до 0,001 мм) пленку. Она состоит из органического вещества - клетчатки, или целлюлозы. По мере развития, в зависимости от функций, которые призвана выполнять та или иная клетка, размеры, состав и строение ее оболочки существенно изменяются. Наиболее частым видом изменения клеточных оболочек является их одревеснение и опробкование. Одревеснение клеточной оболочки происходит при жизни клеток в результате образования в них особого органического вещества - лигнина и сопровождается сильным разбуханием оболочки. Одревесневшие клетки или совсем прекращают рост, или увеличивают размеры в значительно меньшей степени, чем клетки с целлюлозными оболочками. Целлюлоза в клеточной оболочке представлена в виде волоконец, которые называются микрофибриллами. Промежутки между микрофибриллами заполнены в основном лигнином, гемицеллюлозами и связанной влагой. В процессе роста клеточные оболочки утолщаются, при этом остаются неутолщенные места, называемые порами. Поры служат для проведения воды с растворенными питательными веществами из одной клетки в другую.

Клетки, составляющие древесину, разнообразны по форме и величине. Различают два основных вида клеток: клетки, имеющие длину волокон 0,5-3 мм, диаметр 0,01-0,05 мм, с заостренными концами - прозенхимные и клетки меньших размеров, имеющие вид многогранной призмы с примерно одинаковыми размерами сторон (0,01-0,1 мм),- паренхимные. Паренхимные клетки служат для отложения запасных питательных веществ. Органические питательные вещества в виде крахмала, жиров и других веществ накапливаются и хранятся в этих клетках до весны, а весной они направляются в крону дерева для образования листьев. Ряды запасающих клеток расположены у дерева по радиусу и входят в состав сердцевинных лучей. Количество их в общем объеме древесины незначительно: у хвойных пород 1-2%, у лиственных - 2-15%. Основная масса древесины всех пород состоит из клеток прозенхимных, которые в зависимости от выполняемых ими жизненных функций разделяются на проводящие и опорные, или механические. Проводящие клетки v растущего дерева служат для проведения из почвы в крону воды с растворами минеральных веществ; опорные создают механическую прочность древесины. Строение древесины хвойных пород. Древесина хвойных пород отличается сравнительной простотой и правильностью строения. Основную ее массу (90-95%) составляют расположенные радиальными рядами вытянутые клетки с кососрезанными концами, называемые трахеидами. В стенках трахеид имеются поры, через которые они сообщаются с соседними клетками. В пределах годичного слоя различают ранние и поздние трахеиды. Ранние трахеиды образуются весной и в начале лета, имеют тонкие оболочки с порами, широкие полости и служат для проведения воды и растворов минеральных веществ. У ранних трахеид размер в радиальном направлении больше, чем в тангентальном. Концы ранних трахеид имеют закругленную форму. Поздние трахеиды образуются в конце лета, имеют узкие полости и толстые клеточные оболочки, поэтому выполняют механическую функцию, придавая древесине прочность. Размер по радиальному направлению меньше, чем по тангентальному. Количество пор на стенках ранних трахеид примерно в 3 раза больше, чем на стенках поздних трахеид. Трахеиды являются мертвыми клетками. В стволе растущего дерева только вновь образующийся годичный слой содержит живые трахеиды. Сердцевинные лучи у хвойных пород узкие, слабо заметные или вовсе не заметные простым глазом, но многочисленные. Они состоят преимущественно из паренхимных клеток. Смоляные ходы - особенность строения древесины хвойных пород. Они представляют собой клетки, вырабатывающие и хранящие смолу. У одних пород имеются только разобщенные между собой смоляные клетки (пихта, тис, можжевельник), у других пород смоляные клетки связаны в систему и образуют смоляные ходы (сосна, ель, лиственница, кедр). Различают горизонтальные и вертикальные смоляные ходы, которые в совокупности составляют единую систему сообщающихся каналов. Горизонтальные смоляные ходы проходят по сердцевинным лучам и хорошо видны на тангентальном разрезе ствола. Древесная паренхима у хвойных пород распространена мало и представляет собой вытянутые по длине ствола единичные паренхимные клетки или клетки, соединенные в длинные ряды, идущие вдоль оси ствола. Древесной паренхимы нет у тиса и сосны. Строение древесины лиственных пород. По сравнению с хвойными породами лиственные имеют более сложное строение. Основной объем древесины лиственных пород составляют сосуды и трахеиды, волокна либриформа, паренхимные клетки. Сосуды - это система клеток, служащих в растущем дереве для проведения воды с растворенными в ней минеральными веществами из корней к листьям. Вода из сосудов проходит к соседним живым клеткам через поры. имеющиеся в боковых стенках сосудов. Волокна либриформа являются наиболее распространенными клетками древесины лиственных пород и составляют их главную массу (до 76%). Они представляют собой длинные клетки с заостренными концами, с толстыми оболочками и узкими полостями. Стенки волокон либриформа всегда одревесневшие, имеют узкие каналы - щелевидные поры. Длина волокон либриформа находится в пределах 0,3-2 мм, а толщина - 0,02-0,005 мм. Волокна либриформа - наиболее прочные элементы древесины лиственных пород, выполняют механические функции. Остальной объем древесины составляют клетки древесной паренхимы. Эти клетки могут быть собраны в вертикальные ряды, называемые тяжами древесной паренхимы. Размеры и количественное соотношение различных клеток, составляющих древесину, даже у одной и той же породы могут изменяться в зависимости от возраста, условий роста дерева. Паренхимные клетки, выполняющие запасные функции, в древесине лиственных пород прежде всего образуют сердцевинные лучи. Сердцевинные лучи у лиственных пород развиты сильнее, чем у хвойных. По ширине сердцевинные лучи могут быть узкие однорядные, состоящие из одного ряда вытянутых по радиусу клеток, и широкие многорядные, состоящие по ширине из нескольких рядов клеток. По высоте сердцевинные лучи состоят из нескольких десятков рядов клеток (до 100 и более у дуба, бука). На тангентальном разрезе однорядные лучи представлены в виде вертикальной цепочки клеток; многорядные лучи имеют форму чечевицы. Лиственные породы сбрасывают на зиму листья и нуждаются в большом количестве запасных питательных веществ, необходимых для образования новых листьев весной следующего года, поэтому в древесине лиственных пород содержится больше клеток древесной паренхимы.

Макроструктура древесины.

Макроструктура древесины видна невооруженным глазом или при небольшом увеличении (через лупу). Изучают ее по трем основным разрезам: поперечный (или торцевой) – по плоскости, перпендикулярной оси ствола; радиальный – проходящий через ось ствола; тангенциальный – проходящий по хорде вдоль ствола. Древесина, распиленная в разных направлениях, имеет различную текстуру и отличается своими качествами и свойствами. На поперечном разрезе ствола дерева достаточно четко различается сердцевина, ядро, заболонь, камбий, кора, и годичные слои.

Сердцевина расположена в самом центре ствола внутри первого годичного слоя. Размеры сердцевины (сердцевинной трубки) невелики – до 10 мм или чуть больше. Это наиболее слабая часть ствола дерева. Она представляет собой рыхлую ткань, состоящую из клеток с тонкими, слабо связанными друг с другом стенками. Сердцевина легко загнивает, крошится и имеет малую прочность. В пиломатериалах толщиной до 50 мм сердцевина не допускается.

Годичные слои (кольца) образуются в течении вегетационного периода и соответствуют одному году жизни дерева. В поперечном разрезе они занимают часть ствола от коры до сердцевины. Каждое годичное кольцо состоит из двух слоев: древесины, образовавшейся весной (весенняя или ранняя древесина), и древесины, образовавшейся летом (летняя или поздняя древесина). Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но рыхлых тонкостенных клеток и обладает слабой механической прочностью. Поздняя древесина имеет более темный цвет, менее пориста и обладает большей прочностью, так как состоит из клеток с более толстыми стенками. Следовательно, чем более в годичном слою поздней древесины, тем выше механические свойства породы.

Часть древесины ствола, которая располагается ближе к сердцевине, в процессе роста дерева пропитывается у хвойных деревьев смолой, у лиственных – дубильными веществами. В результате клетки древесины отмирают, движение влаги в этой чпсти ствола прекращается и она становится более твердой, прочной и менее способной к загниванию. У некоторых пород деревьев она имеет темноокрашенный цвет и ее завывают ядром, у других – спелой древесиной.

Другую часть ствола, окружающую ядра (от ядра до коры) называют заболонью. Она состоит из растущих молодых клеток, по которым в процессе роста дерева движется влага и питательные вещества. Заболонь – наиболее плотный слой дерева, выполняющий защитный функции. Сохранение этого слоя позволяет снизить образование трещин т избежать других дефектов древесины. По механическим свойствам заболонь практически не уступает древесине ядра, но имеет большую влажность, хуже сопротивляется загниванию, обладает большей усушкой и склонностью к короблению. Однако не у всех пород дерева четко различаются ядро и заболонь. Если такое различие отсутствует, то породы называют заболонными (осина, береза, ольха, клен и др.). В случае четкого различия ядра и заболони породы называют ядровыми (дуб, сосна, кедр и др.).

В древесине всех пород в поперечном к стволу направлении располагаются сердцевинные лучи. Они служат для перемещения и создания запаса влаги и питательных веществ на зимнее время. У хвойных пород они видны только под микроскопом, но по ним древесина легко раскалывается и растрескивается при высыхании. Для многих пород сердцевинные лучи играют важную роль в создании структуры друвесины.