Тема № 2. Материалы из древесины

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Схема 2

Механические свойства строительных материалов

 

 

В настоящее время древесные материалы — это не просто меха­нически обработанная (распиленная, остроганная и т.п.), но и под­вергнутая сложной технологической обработке древесина. Таким об­разом, получают композиционные материалы, в которых натуральная древесина является одним из основных компонентов смеси или слои­стой конструкции. Эти древесные материалы обладают улучшенными эксплуатационными свойствами: повышенной прочностью, огнестой­костью, стойкостью к гниению (древесные пластики, плиты древесно-стружечные и древесноволокнистые и др.).

Материалы из древесины, сохранившие ее природную структур ру и химический состав, называют лесоматериалами.

Лесоматериалы подразделяют на необработанные и обработанные. Необработанные лесоматериалы получают из спиленных де­ревьев путем очистки от ветвей и разделения на части требуемой длины; их называют круглыми. Сейчас круглые лесоматериалы при­меняют в строительстве очень ограниченно, используя как сырье для деревообрабатывающих комбинатов.

Материалы, выработанные из круглого леса и сохранившие природную структуру и свойства, относят к обработанным лесомате­риалам.

Древесина обладает достаточной прочностью и невысокой плот­ностью. Она легко обрабатывается, склеивается, удерживает метал­лические крепления, что позволяет получить сборно-разборные кон­струкции, удобные для монтажа и транспортировки. Древесина имеет малую теплопроводность, высокую морозостойкость и стойкость в сре­де, агрессивной даже для стали и бетона. Она отличается высокими декоративными свойствами и в настоящее время является ценным отделочным материалом.

Наряду с достоинствами, благодаря которым древесина находит широкое применение в строительстве, она имеет и серьезные недос­татки: неоднородность (анизотропность) строения, гигроскопичность, загниваемость, горючесть, коробление, растрескивание, наличие по­роков, которые ограничивают сроки службы изделий и сферу приме­нения. Однако современная техника и химия располагают средства­ми для продления срока эксплуатации дерева в конструкциях: сушка, обработка синтетическими материалами, пропитка огнезащитными средствами.

Важнейшей задачей строителей является экономное и рацио­нальное использование древесины.

 

СТРОЕНИЕ ДЕРЕВА И ДРЕВЕСИНЫ

Дерево — многолетнее растение. Различают основные части де­рева: крону (ветви с листьями), ствол и корни. Каждая из них вы­полняет определенные функции, необходимые для жизни дерева. В процессе роста дерево получает продукты питания (влага, растворен­ные в ней питательные вещества) из почвы и из воздуха (углекислоту и испарившуюся из почвы влагу). Ствол составляет главную часть дере­ва и его основную массу (50...90% объ­ема). Его называют деловой древеси­ной, и он является основным сырьем в производстве всех видов древесных строительных материалов. Ствол де­рева рассматривают в трех разрезах; поперечном (торцовом), проходящем перпендикулярно оси ствола; ради­альном (продольном), проходящем вдоль ствола через его ось; танген-тальном (тангенциальном), проходя­щем вдоль ствола по хорде поперечного сечения (рис. 2.1).

 

Рис. 2.1. Разрезы ствола дерева: 1 — радиальный; 2 — тангентальный;

3 — торцовый (поперечный); 4 — сердцевинные лучи

 

Рис. 2.2. Поперечный разрез ствола дерева:

1 — кора; 2 — луб; 3 — камбий; 4 — заболонь; 5 — ядро; 6 — сердцевина

 

Строение древесины можно изучать не­вооруженным глазом или через лупу (макро­структура), а также через микроскоп (микро­структура).

Макроструктура. На торцовом разре­зе ствола дерева, показанном на рис. 2.2, раз­личают следующие основные части: кору, камбий, собственно древесину и сердцевину.

Кора состоит из двух слоев — наружного пробкового, представляющего собой мертвую корку, защищающую дерево от механических повреждений, и внутреннего лубяного, по ко­торому проводятся продукты фотосинтеза от кроны в ствол. Кора составляет 6...25% объема дерева.

Камбий — жизнедеятельный слой, находится под лубом и со­стоит из живых клеток. Он имеет важное значение в процессе роста дерева. Камбий откладывает в сторону центра ствола клетки древе­сины, обеспечивая ее рост, а в сторону коры — клетки луба.

За камбием следует древесина — сложная ткань древесных рас­тений, которая проводит воду и растворенные в ней минеральные со­ли. Наружная часть древесины, более светлая, называется заболонью, а внутренняя, более темная, — ядром.

Заболонь состоит из растущих молодых клеток, по которым движутся влага и питательные вещества. Ядро состоит из мертвых клеток, в которых прекращается движение влаги, происходит накоп­ление запасов питательных веществ и образование смолы. Клетки ядра уплотнены.

Породы древесины, у которых внутренний слой на поперечном разрезе заметно темнее заболони, называют ядровыми породами (дуб, тополь, ясень, сосна, кедр, лиственница).

У некоторых пород дерева ядро отсутствует. Такие породы на­зывают заболонными (осина, береза, ольха, клен). Древесные породы с одинаковой окраской в поперечном сечении, но содержащие раз­личное количество влаги в центральной и периферической частях на­зывают спелодревесными (ель, пихта, осина, бук).

На поперечном разрезе хвойной и большинства лиственных по­род древесины легко различаются концентрические слои прироста, или годичные кольца (слои). На радиальном разрезе они имеют вид прямых или наклонных линий, на тангентальном — параболических кривых.

Внутри каждого кольца различают раннюю (весеннюю) и позд­нюю (летнюю) зоны, называемые соответственно ранней и поздней древесиной. Ранняя древесина образуется весной и в начале лета, поздняя — летом и в начале осени. Чередование ранней и поздней древесины создает слоистое строение дерева. Ранняя древесина по­ристая и слабая, поздняя образована из более прочных толстостенных клеток. Чем больше содержание поздней древесины в годичных сло­ях, тем прочнее материал. Чем ближе к вершине дерева, тем меньше годовых колец, и определить возраст дерева по годовым кольцам можно лишь по нижнему их сечению. В центре ствола расположена сердцевина, представляющая собой рыхлую ткань, состоящую из тон­костенных клеток. У дерева это самая слабая часть ствола, которая поддается, загниванию. По размерам сердцевина невелика (1...10 мм у хвойных пород и немного больше у лиственных).

Таким образом, дерево по своей структуре, в отличие от других материалов, является материалом анизотропным, т.е. неоднородным.

На поперечном разрезе ствола бука, клена, дуба и других пород видны радиальные линии, так называемые сердцевинные лучи, ока­зывающие значительное влияние на прочность и служащие для пе­ремещения влаги и питательных веществ в поперечном направлении. В древесине хвойных пород имеются смоляные ходы, заполненные смолой. Смоляные ходы на торцовом разрезе имеют вид светлых то­чек в поздней части годового слоя, а на радиальном и тангентальном разрезах — вид темных черточек.

Микроструктура. Микроскопическое строение древесины раз­личных пород хвойных (сосна), твердолиственных (дуб) и мягколиственных (береза) весьма разнообразно. Под микроскопом видно, что древесина состоит из живых и отмерших клеток различных размеров и формы. Каждая живая клетка имеет оболочку, внутри которой на­ходится растительный белок — протоплазма и ядро. По функциям, которые выполняют клетки древесины, их подразделяют на проводя­щие, механические (опорные) и запасающие.

Проводящие клетки проводят питательные вещества от корней к ветвям и листьям. У хвойных пород проводящие клетки называют трахеидами, а у лиственных — сосудами. Клетки различаются фор­мой, размером. Трахеиды — вытянутые, замкнутые клетки с кососрезанными концами. Сосуды — тонкостенные широкополосные трубоч­ки, сообщающиеся между собой.

Механические, или опорные, клетки образуют древесные во­локна. Древесные волокна представляют собой вытянутые в длину тонкостенные клетки с заостренными концами. Благодаря плотному соединению между собой древесные волокна придают древесине не­обходимую механическую прочность.

Запасающие клетки сосредоточивают в себе запасы питатель­ных веществ. Эти клетки расположены в стволе дерева, главным образом в сердцевинных лучах, и передают питательные вещества дру­гим клеткам в горизонтальном направлении.