Древесные породы, применяемые в строительстве

Выделяют две группы древесных пород, встречающиеся в лесах нашей страны: хвойные и лиственные. Породу растущего дерева сравнительно легко определить, оценивая внешний вид кроны, коры, листьев или хвои. Гораздо труднее распознать породу срубленной древесины, особенно после распиловки и других видов обработки, поэтому ее оценивают по макро и микроструктуре.

Хвойные породы относятся к голосеменным растениям с узкими игловидными или чешуевидными листьями (хвоей), большей частью вечнозеленые и смолистые; макроструктура древесины большинства пород характеризуется наличием смоляных ходов, хорошо заметных границ годичных слоев. Из хвойных пород чаще всего применяют сосну, лиственницу, ель, пихту и кедр.

Сосна – наиболее распространенная хвойная порода. Древесина сосны ядровая с розовым или буро-красным ядром и желтовато-белой заболонью. Ядро древесины обильно пропитано смолистыми веществами, содержание смолы – 18-20 кг/м³ древесины. Отличается прямизной ствола, малой плотностью (ρ = 470..540 кг/м³), высокой прочностью при растяжении (R_р = 110 МПа), при сжатии (R_сж = 48 МПа), при изгибе (R_изг = 85 МПа), хорошо поддается обработке. Из сосны изготавливают деревянные несущие конструкции, различные столярные изделия, фанеру и т.д.

Лиственница – ядровая порода. Цвет ядровой древесины темный, серо-красный. Лиственница значительно богаче смолистыми веществами (20-25 кг/м³), чем сосна. Плотность ρ = 630…790 кг/м³, древесина твердая и прочная (R_р = 125 МПа, R_сж = 62 МПа, R_изг = 105 МПа), но труднее поддается обработке, менее подвержена гниению чем сосна. При сушке древесина лиственницы подвержена сильному растрескиванию. Применяется в конструкциях для гидротехнических сооружений.

Ель – спелодревесная порода, древесина которой отличается от сосны меньшей плотностью (ρ = 350..500 кг/м³), белым цветом, мягкостью, меньшим содержанием смолы (5-10 кг/м³), относительно высокими прочностными показателями (R_р = 120 МПа, R_сж = 44 МПа, R_изг = 80 МПа;), однако при использовании в сырых местах быстро загнивает. Из ели изготавливают столярные изделий и строительные конструкции, эксплуатируемые в сухих местах.

Пихта – древесина по внешнему виду напоминает древесину ели, но не содержит смолы, более хрупкая, хуже обрабатывается, легче колется. Физико-механические свойства: ρ = 370…600 кг/м³, R_р = 70 МПа, R_сж = 40 МПа, R_изг = 70 МПа близки к свойствам древесины ели. В строительстве древесину пихты используют для тех же целей, что и древесину ели.

Кедр – по сравнению с другими хвойными древесными породами древесина самая мягкая и легкая, плотность ρ = 400..450 кг/м³. Кедр - ядровая порода, ядро отличается по цвету от заболони более темным цветом, легкий в обработке с красивой текстурой. Применяется для изготовления всякого рода резных изделий.

Лиственные породы - относятся к покрытосеменным растениям с хорошо развитыми листовыми пластинками; макроструктура их древесины характеризуется наличием сосудов, сердцевинных лучей, размытых границ годичных слоев. Лиственные породы. применяемые вы строительстве: дуб, бук, ясень, береза, граб, осина, ольха и др.

Дуб – ядровая порода, древесина плотная (ρ = 600..900 кг/м³), твердая и очень прочная: R_р = 130 МПа, R_сж = 58 МПа, R_изг = 106 МПа. Многочисленные крупные сердцевинные лучи видны на всех разрезах и придают древесине дуба красивую своеобразную текстуру. Дуб хорошо обрабатывается, полируется, окрашивается. Древесина дуба в условиях переменной влажности более хорошо сохраняется, поэтому его применяют в ответственных конструкциях (шпонки, нагели и т.п.), в гидротехнических сооружениях, мостостроении, а также для изготовления паркета, столярных изделий. Древесина дуба при быстрой сушке подвержена сильному растрескиванию и короблению при сушке.

Бук – древесина белая с красноватым оттенком спелодревесная (ядро и заболонь не отличаются по цвету), плотность ρ = 810...930 кг/м³. Древесина бука крепкая, но чрезвычайно нестойкая в условиях переменной влажности. При высыхании коробится и растрескивается, легко загнивает во влажных условиях. Прочностные показатели древесины бука не ниже древесины дуба. Применяется для изготовления паркета, фанеры.

Береза – заболонная самая распространенная в лесах России лиственная порода, древесина белого цвета, плотность ρ = 500..770 кг/м³, легко загнивает в сырых и плохо вентилируемых местах. Березу используют для изготовления фанеры, столярных изделий и отделочных материалов, особую ценность представляет карельская береза с извилистой своеобразной и узловатой текстурой. Прочность: R_р = 125 МПа, R_сж = 55 МПа, R_изг = 110 МПа

Ольха – заболонная порода с мягкой древесиной, склонной к загниванию, используют в основном так, как и березу.

Осина – заболонная широко распространенная порода. Ее древесина с зеленоватым оттенком, легкая ρ = 350..530 кг/м³, мягкая, легко обрабатывается (R_р = 120 МПа, R_сж = 42 МПа, R_изг = 78 МПа), мало усыхает. Используется в зданиях временного назначения.

Ясень – ядровая порода плотностью ρ = 570..930 кг/м³, древесина тяжелая, гибкая, вязкая, но менее прочная, чем у дуба. Ясень относят к дефицитным породам. Древесина имеет красивую текстуру, хорошо полируется, мало трескается и мало коробится.

 

4 Пороки древесины

Пороками древесины называют: отклонения строения древесины от нормального, нарушение внешней формы ствола дерева, различные повреждения, оказывающие влияние на ее технические свойства. Пороки снижают сортность древесины и ограничивают области ее применения в строительстве. В зависимости от причин появления пороки можно разделить на следующие основные группы: сучки, трещины, неправильности формы ствола и строения древесины, ненормальная окраска, гниль, повреждения насекомыми.

 

5 Виды лесоматериалов и изделий из древесины

К основным технологическим операциям при производстве древесных материалов относятся добыча и обработка. Добыча древесины предполагает валку, раскряжевку и окорку деревьев. Раскряжевка представляет собой процесс поперечного деление хлыстов – стволов поваленного дерева. опиленных от корневой части и очищенных от сучьев. При этом выделяют деловую и дровяную части ствола дерева. Древесные материалы производят на деревообрабатывающих предприятиях при помощи таких технологических операций как распиловка, строгание, лущение, фрезерование, сборка полуфабрикатов, обработка отходов, сушка, защитная обработка древесины и др.

Лесоматериалы – материалы из древесины, сохранившие ее природную физическую структуру и химический состав. Лесоматериалы подразделяют на необработанные (круглые) и обработанные (пиломатериалы, колотые, шпон и др.)

Круглые лесоматериалы. В зависимости от толщины (диаметра) в верхнем отрубе отрезка ствола дерева очищенного от сучьев круглый лес имеет различные названия: кряжи – (диаметр в верхнем отрубе 40-60 см, длина 1-3 м), бревна (толщина в верхнем отрубе 16-39 см и длина 4…6,5 м), подтоварник или накатник (диаметр – 8-13 см, длина 3-9 м) и жерди (диаметр 2-7 см, длина 3-9 м).

Кряжи применяют в основном для получения шпона, шпал Отрезки кряжей, соответствующие по длине рабочим размерам деревообрабатывающего оборудования, называется чураками. Бревна применяют для несущих строительных конструкций и для получения различных пиломатериалов. Подтоварник и жерди используют для различных целей в строительстве, в том числе и для получения древесной щепы.

Пиломатериалы - изготовляют продольным пилением круглого леса с последующей поперечной распиловкой полученного полуфабриката. По внешнему виду пиломатериалы подразделяются на необрезные и обрезные. У необрезных пиломатериалов пропилены только пласти, а кромки не пропилены. У обрезных – пропилены пласти и кромки со всех четырех сторон либо с кромками, имеющими тупой или острый обзол - сохранившуюся часть поверхности бревна. По форме и размерам поперечного сечения различают следующие виды пиломатериалов: пластины, четвертины, лежни, брусья, бруски, горбыль, доски, обапол (горбыльный и дощатый) и шпалы. Пластины получают продольной распиловкой бревен на две половины, четвертины – продольной распиловкой по двум взаимно перпендикулярным диаметрам. Лежни – бревна, опиленные на 2 канта, брусья – бревна, опиленные на 4 канта, при этом ширина и толщина превышает 100 мм. Горбыль – срезанная наружная часть бревна, у которой с одной стороны во всю длину сделан пропил, а другая поверхность не обработана (неполная пластина). Доски – получают продольной распиловкой бревен по нескольким параллельным между собой плоскостям, толщина досок 13-100 мм, при этом ширина вдвое превышает их толщину. Доски бывают тонкие (толщиной менее 35 мм) и толстые (толщиной 35 мм и более). В строительстве доски подразделяются в зависимости от толщины: шалевка (7-19 мм) тес (22-35 мм), доска (40-80 мм) и лафет (90-130 мм). Бруски – пиломатериалы толщиной до 100 мм, имеющие отношение ширины к толщине менее двух.

Оценка качества пиломатериалов должна производиться по пласти или кромке, худшей для данной доски, а брусков и брусьев квадратного сечения - по худшей стороне.

К фрезерованным, в том числе погонажным, материала относятся различные профильные изделия: поручни для перил лестниц; плинтусы для оформления углов между полом и стенами; наличники для оформления дверных и оконных коробок; доски для облицовки; паркет штучный и др.

Лущеные, строганые и колотые лесоматериалы. Лущеные лесоматериалы, получают резанием древесины по спирали (лущением). Путем лущения - срезания слоя древесины в виде непрерывной ленты с вращающегося предварительно окоренного и нагретого (распаренного) отрезка ствола (чурака) - получают шпон толщиной от 0,55 до 1,5 мм. Лущеный шпон используется в качестве полуфабриката для изготовления клееной фанеры, слоистых пластиков и облицовки (фанерования) изделий из древесины. Строганые изготавливают резанием древесины ножами, формирующими плоскую поверхность раздела. Колотые - производят продольным разделением древесины клиновидными инструментами.

Измельченные лесоматериалы получают переработкой древесины на специальном оборудовании (рубильном, строгальном, размольном). К этой категории материалов относятся технологическая щепа, технологические опилки, стружка и древесная мука. Технологическая щепа, получаемая в виде товарной продукции из низкокачественной древесины и круглых отходов лесопиления, широко используется в производстве древесностружечных и древесноволокнистых плит, а также в качестве исходного сырья для изготовления древесных заполнителей в таких композиционных материалах и изделиях на их основе, как арболит, фибролит, цементно-стружечные плиты.

Композиционные древесные материалы. К этой категории древесных материалов относятся: клееная древесина и композиционные материалы на основе измельченной древесины. Клееная древесина подразделяется на слоистую клееную - фанера, фанерные плиты, древесно-слоистые пластики; массивную клееную - клееные доски, бруски, брусья, плиты и комбинированную клееную - столярные плиты, сочетающие в себе массивную древесину и шпон, паркетные доски, паркет щитовой, оконные и дверные блоки, щиты. Клееные материалы и элементы клееных конструкций в ряде случаев эффективнее железобетонных или металлических.

Фанера общего назначения представляет собой листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущеного шпона, обычно с взаимно перпендикулярным расположением волокон в смежных слоях; расположение слоев шпона возможно под углом 45° или звездообразно - под углом 30 и 60°. Наименование фанеры определяется породой древесины, из которой изготовлен лицевой слой (рубашка) изделия - березовая, ольховая, буковая, липовая, осиновая, тополевая, кленовая, еловая, сосновая, пихтовая, кедровая, лиственная. Склеивание фанеры производится разными, отличающимися различной стойкостью к действию воды и атмосферной влаги, клеями, например фенолформальдегидными, карбамидными и др. Фанера общего назначения используется для изготовления дверей, панелей, рам, опалубки, внутренней облицовки стен, потолков, перегородок, а водостойкая, высокой прочности и жесткости фанера применяется для создания пространственных несущих строительных конструкций.

Древесные слоистые пластики (ДСП) представляют собой композиционные материалы, изготавливаемые из листов березового лущеного шпона, пропитанных резольными смолами, и склеенные в процессе термической обработки под большим давлением. Пластики отличаются высокой плотностью (от 1230 до 1300 кг/м³).

Древесностружечные плиты (ДСтП) получают путем горячего прессования формовочной массы, состоящей из смеси древесных стружек и полимерного связующего мочевиноформальдегидной или фенолоформальдегидной смол. По способу изготовления различают плиты плоского прессования, у которых древесные частицы расположены параллельно лицевым поверхностям плиты, и экструзионного (путем выдавливания из мундштука пресса) формования - с древесными частицами, расположенными преимущественно перпендикулярно этим поверхностям.

Для придания древесностружечным плитам био- и огнестойкости, гидрофобности в связующее или в стружку вводятся антисептики, антипирены или гидрофобные вещества. Плотность древесностружечных плит в зависимости от их структуры, способов формования может колебаться в пределах от 550 до 820 кг/м, а их водостойкость непосредственно связана с видом используемого связующего и породой древесины частиц стружки..

Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготавливаются методом горячего прессования волокнистых масс, состоящих из целлюлозосодержащих волокон, наполнителей, синтетических полимеров и специальных добавок. Древесноволокнистые плиты в зависимости от плотности подразделяются на мягкие (М), полутвердые (ПТ), твердые (Т) и сверхтвердые (СТ). Основным сырьем в технологии производства ДВП являются отходы лесозаготовок и деревоперерабатывающих производств (древесная щепа и дробленка), а также стебли камыша, льняная костра и другие растительные материалы.

Фибролит – плитный материал, получаемый в результате твердения неорганического вяжущего с наполнителем из спрессованной массы древесной «шерсти» - тонких длинных стружек. Древесную шерсть производят в виде лент шириной 4-7 мм и толщиной 0,25-0,5 мм из отходов хвойных и лиственных пород. Фибролит выпускают в виде крупноразмерных плит длиной до 3 м, шириной до 1,2 м, толщиной 30, 50, 70, 100 мм.

Арболит – изготавливают из цемента и древесных опилок, дробленой стружки или щепы.

6 Методы защиты древесины от гниения, возгорания

и поражения древогрызущими насекомыми

Для защиты древесины от загнивания в процессе эксплуатации используются как конструкционные (создание неблагоприятного для развития грибов влажностного и температурного режимов), так и химические (обработка лесных материалов и изделий токсичными для грибов веществами - антисептиками) меры.

Антисептики должны обладать высокой токсичностью по отношению к дереворазрушающим грибам; хорошо проникать в древесину; быть устойчивыми к вымыванию; не ухудшать физико-механические свойства древесины - не повышать ее электропроводность, водопоглощение, не ухудшать способности к склеиванию и окрашиванию и др.; не корродировать металлические крепления; быть относительно безвредными. Рациональность выбора того или иного антисептика определяется в основном условиями службы древесины и способами ее защитной обработки. Высокотоксичными для грибов и насекомых являются невымываемые водой антисептики, содержащие в своем составе соли хрома, меди, мышьяка, цинка, фторида натрия и динитрофенола;

Червоточина - поражение древесины древогрызущими насекомыми - подразделяется на поверхностную (не снижает технических свойств материала), неглубокую- глубиной до 15 мм в круглом лесе и до 5 мм - в пиломатериалах и глубокую - глубиной более 15 мм в круглом лесе и более 5 мм в пиломатериалах. Как глубокая, так и неглубокая червоточины значительно нарушают структуру древесных материалов и резко ограничивают возможность использования их в строительстве. Очень опасным пороком является трухлявая червоточина - продукт жизнедеятельности домовых усачей и мебельных точильщиков, разрушающих древесину в труху. Основные методы борьбы с древогрызущими насекомыми - пропитка или окуривание древесины отравляющими веществами - инсектицидами - разновидностью пестицидов, используемых в борьбе с вредными насекомыми.

Наиболее эффективный способ защиты древесины от разрушающего действия насекомых - окуривание в течение 2-3 дней ядовитыми газами - сероуглеродом, хлорпикрином в вакуум-камерах. Кроме того, для пропитки пораженных участков можно использовать природные смолы, например канифоль, растворенные в органических растворителях (скипидар, спирты, толуол, уайт-спирит).

Из синтетических препаратов наиболее эффективны для обработки хлор-, фтор- и борсодержащие составы, а также четвертичные аммониевые соли. Можно также использовать смеси скипидара и керосина, креозота и керосина, креозота и бензина, насыщенный раствор нафталина в бензине, а также раствор камфоры и карболовой кислоты в керосине.

Защита древесины от возгорания достигается либо пропиткой ее специальными составами - антипиренами или покрытием огнезащитными красками.

При нагреве антипирены плавятся и покрывают защищаемую поверхность огнезащитной пленкой, преграждающей доступ к ней кислорода, или разлагаются с выделением большого количества негорючих газов (СО2, NH3 и др.), оттесняющих воздух от поверхности древесины, или вспучиваются, а затем обугливаются, образуя теплоизолирующее покрытие.

Антипирены должны отвечать требованиям, обеспечивающим высокие огнезащитные свойства; стойкость в период эксплуатации пропитанных изделий; малую гидроскопичность. Они не должны вступать во взаимодействие с древесиной и не корродировать металлические соединения, а также не препятствовать склеиванию и отделке лицевой поверхности.

Наиболее распространены огнезащитные составы - на основе фосфата и сульфата аммония, а также буры, борной кислоты и их смесей.

Антипирены на основе бора могут применяться в комбинации с хром-медными антисептиками, обеспечивая при этом глубокую пропитку и малую вымываемость. В последнее время в сочетании с растворимыми антисептиками (бура, борная кислота, хром-медные препараты и др.) успешно применяется фосфат мочевины. Конденсацией мочевины с ортофосфорной кислотой получают водорастворимый препарат КМ, при введении 10-15% которого в древесину обеспечивается ее защита от возгорания при воздействии открытого огня.

Огнезащитные свойства придает древесине окрашивание огнезащитными красками, состоящими из негорящих веществ, обладающих низкой теплопроводностью. Подобные краски подразделяются на силикатные и несиликатные.

Силикатные создаются на основе натриевого жидкого стекла в смеси с мылом и жженой магнезией (неатмосферостойки, разлагаются под действием углекислоты воздуха, теряя при этом защитные свойства).

Несиликатные имеют в своей основе суперфосфат, хлористый аммоний и воду или экстракт сульфатного щелока, асбестоцемент и воду. Они отличаются более высокой стойкостью, но обладают пониженной огнезащитой.

Огнезащитная обработка древесины производится либо насыщением антипиреновыми растворами в горяче-холодных ваннах, либо пропиткой под давлением. Обычно в пропиточные составы вводится 5-8% сухого антисептика к массе древесины. Для пропитки тонких досок на всю глубину этот процент несколько повышается. Для снижения корродирующего действия на металлические детали и крепления рекомендуется в антипирены, содержащие аммониевые соли, добавлять фосфат натрия.