Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Зависимость основных свойств древесины от ее строения и влажности.





Лесные материалы

Цель работы. Ознакомление с составом и строением древесины, ее физическими и механическими свойствами, пороками древесины и влиянием их на ее качество, способами защиты древесины от гниения, поражения насекомыми, возгорания.

Древесина относится к одному из весьма распространенных строительных материалов с многовековым опытом применения.

Древесиной называют освобожденную от коры ткань волокон, которая содержится в стволе дерева.

Достоинства древесины. Высокая прочность, гибкость и упругость древесины сочетаются с малой средней плотностью, а, следовательно, с низкой теплопроводностью. Древесина морозостойка, не растворяется в воде и органических растворителях. Хорошо известна легкость обработки древесины, удобство скрепления деревянных элементов с помощью клея, врубок, гвоздей и пр. Имеет долговечность при нормальных условиях эксплуатации, эстетичность (цвет древесины, блеск поверхности и т.д.)

Вместе с тем древесина имеет ряд недостатков, зависящие от ее строения и состава и ограничивающих ее область применения в строительстве: анизотропию (неодинаковая прочность в различных направлениях, неоднородность свойств по объему и направлению) свойств, вследствие волокнистой структуры; пороки структуры; гигроскопичность и, как следствие, влажностные деформации (изменение размеров, коробление и растрескивание); загниваемость в условиях переменной влажности и возгораемость при действии высоких температур.

Однако технологическими мероприятиями все эти недостатки сравнительно легко устраняются.

Качество древесины зависит от породы древесины. Древесные породы подразделяются на две основные группы: хвойные и лиственные.

К хвойным породам, широко используемым в строительстве, относят сосну, лиственницу, ель, пихту и кедр.

Лиственные породы в строительстве используют значительно реже, чем хвойные. Среди многообразия лиственных пород наибольшее применение в строительстве имеют дуб, ясень, бук, береза, осина.

Древесина хвойных пород применяется для изготовления строительных конструкций жилых, общественных, промышленных зданий, сооружений постоянного и временного назначения. Ель и пихта имеют пониженную по сравнению с сосной и лиственницей способность к загниванию.

Древесину лиственных пород применяют для изготовления конструкций и изделий: наклонных стропил (за исключением березы) и обрешетки, доступных для осмотра и проветривания; столярных перегородок, устанавливаемых внутри зданий; внутренних дверей и фрамуг (последние за исключением березы); внутренних дверей и фрамуг для помещений с относительной влажностью воздуха не свыше 70%; раскладок, плинтусов; галтелей; наличников; досок для чистых полов; проступей лестниц; деревянных щитов для перекрытий и междукомнатных перегородок при условии обязательного антисептирования древесины каждого слоя. Применение лиственных пород допускается для временных сооружений и вспомогательных устройств (опалубки, лесов, креплений котлованов, оград и др.).

Строение и состав древесины

Растущее дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны. Промышленное значение имеет ствол, так как из него получается от 60% до 90% древесины.

Макроструктурой называют строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом или через лупу, микроструктурой - видимое под микроскопом.

Обычно изучают три основных разреза ствола: поперечный (торцовый), радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный, проходящий по хорде вдоль ствола (рис. 1, а).

При рассмотрении разрезов стерла дерева невооруженным глазом или через лупу можно различить следующие основные его части: сердцевину, кору, камбий и древесину (рис. 1, б).

Сердцевина состоитиз клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Сердцевина совместно-с древесной тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. Эта часть ствола дерева легко загнивает и имеет малую прочность.

Кора состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка или кожица и пробковая ткань защищают дерево от вредных влияний среды и механических повреждений. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни.

Под лубяным слоем у растущего дерева располагается тонкий кольцевой слой живых клеток - камбий. Ежегодно в вегетативный период камбий откладывает в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большем объеме - клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осенью.

Поэтому древесина ствола (часть ствола от луба до сердцевины) в поперечном разрезе состоит из ряда концентрических, так называемых, годичных колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каждое годичное кольцо состоит их двух слоев: ранней (весенней) древесины, образовавшейся весной или в начале лета, и поздней (летней) древесины, которая образуется к концу лета. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но тонкостенных клеток; поздняя древесина более темного цвета, менее пориста и обладает большей прочностью, так как состоит из мелкополостных клеток с толстыми стенками.

В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных - дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается и она становится более прозрачной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола, состоящую из мертвых клеток, называют у некоторых пород ядром, у других - спелой древесиной. Часть более молодой древесины ствола ближе к коре, в которой еще изменяются живые клетки, обеспечивающие перемещение питательных веществ от корней к кроне, называют заболонью. Эта часть древесины имеет большую влажность, относительно легко загнивает, малопрочна, обладает большей усушкой и склонностью к короблению.

Породы, у которых ядро отличается от заболони более темной окраской и меньшей влажностью, называют ядровыми (сосна, лиственница, дуб, кедр и др.). Породы, у которых центральная часть ствола отличается от заболони только меньшей влажностью, называют спелодревесными (ель, пихта, бук, липа и др.). Древесные породы, у которых нельзя заметить значительного различия между центральной и наружной частями древесины ствола, носят название заболонные породы (береза, клен, ольха, осина и др.).

В древесине всех пород располагаются сердцевинные лучи, которые служат для перемещения влаги и питательных веществ в поперечном направлении и создания запаса этих веществ на зимнее время. У хвойных пород они обычно очень узки и видны только под микроскопом. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.

Микроструктура. Изучая строение древесины под микроскопом, можно увидеть, что основную ее массу составляют клетки веретенообразной формы, вытянутые вдоль ствола. Некоторое количество клеток вытянуто в горизонтальном направлений, т.е. поперек основных клеток (клетки сердцевинных лучей).

В древесине лиственных пород имеются мелкие и крупные сосуды, имеющие форму трубочек, идущих вдоль ствола. В растущем дереве по сосудам передвигается влага от корней к кроне. По распределению сосудов в поперечном сечении лиственные породы разделяют на кольцесосудистые (дуб, вяз, ясень и др.) (рис. 2, а) и рассеяннососудистые (бук, граб, ольха, береза, осина и др.) (рис. 2, а).

У хвойных пород сосудов нет, их функции выполняют удлиненные замкнутые клетки, называемые трахеидами (рис. 3).

 
 

 


У большинства хвойных пород, преимущественно в слоях поздней древесины, расположены смоляные ходы - межклеточные пространства, заполненные смолой.

Одинаковые по форме и функциям группы клеток объединяются в ткани, имеющие различное, назначение в жизни древесины: проводящие, запасающие, механические.

Живая клетка имеет оболочку, протоплазму, клеточный сок и ядро. Срубленная древесина состоит из отмерших клеток, т.е. только из клеточных оболочек.

Оболочки клеток сложены из нескольких слоев очень тонких волоконец, называемых микрофибриллами, которые компактно уложены и направлены по спиралям под разным углом к продольной оси клетки в каждом слое (сходство с канатом). Иногда микрофибриллы ориентированы по встречным спиралям. Микрофибрилла состоит из длинных нитевидных цепных молекул целлюлозы - высокомолекулярного природного полимера (С6Н10О5) n, где n > 2500, со сложным строением макромолекул. Макромолекулы целлюлозы эластичны и сильно вытянуты.

В клеточной оболочке содержатся и другие природные полимеры - лигнин и гемицеллюлоза, которые размещаются преимущественно между микрофибриллами, а также небольшое количество неорганических веществ в виде солей щелочноземельных металлов.

Механические свойства

Прочность древесины определяют путем испытания малых, чистых (без видимых пороков) образцов древесины. Прочность древесины характеризуется пределами ее прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании. Кроме того, могут определяться условный предел прочности при местном смятии и предел прочностипри перерезании поперек волокон.

Прочность древесины зависит также от породы дерева, средней плотности, косвенно характеризующей пористость древесины, наличия пороков и влажности,

Прочность древесины понижается, когда ее влажность возрастает от 0 до З0% (до предела гигроскопической влажности), при этом в интервале влажности 8…20% понижение прочности прямо пропорционально приросту влажности:

, (3)

где -предел прочности образцов соответственно при 12% и фактической влажности в момент испытаний; - коэффициент изменения прочности при изменении влажности на 1%; при сжатии и изгибе = 0,04, при скалывании =.0,03; -влажность образца (%) в момент испытаний.

Предел прочности древесины с влажностью в момент испытания равной или больше предела гигроскопической влажности приводят квлажности 12% по формуле

, (4)

где - пересчетный коэффициент, имеющий различные значения для разных пород и вида испытаний (указан в соответствующих ГОСТах).

Основные физико-механические свойства древесины хвойных и лиственных пород, применяемых в строительстве, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Пороки формы ствола

Сбежистость - это уменьшение диаметра круглых лесоматериалов от толстого к тонкому концу, превышающие нормальный сбег, равный 1 см на 1 м длины бревна.

Этот же порок наблюдается у необрезанных пиломатериалов в виде ненормального уменьшения ширины досок по длине, превышающего допустимый предел.

Сбежистость увеличивает отходы при распиловке и лущении бревен, обуславливает появление радиального наклона волокон в пиломатериалах и шпоне, а, следовательно, и снижение прочности этих материалов.

Закомелистость проявляется в виде резкого увеличения комлевой (нижней) части ствола дерева. Различают округлую и ребристую закомелистость со звездчато-лопастной формой поперечного сечения бревна (рис. 7, а).

Нарост - резкое местное утолщение ствола, имеющее различную форму и размеры.

Кривизна - искривление продольной оси бревен, обусловленное кривизной ствола дерева. Бывает простая и сложная кривизна (рис. 7. б), характеризующаяся несколькими изгибами.

Пороки строения древесины

Наклон волокон - не параллельность волокон древесины (рис. 8. а) продольной оси изделий (бревен, досок, брусьев и т.п.). Наклон увеличивает прочность древесины при раскалывании, но затрудняет ее механическую обработку и снижает прочность пиломатериалов при растяжении и изгибе вследствие перерезания волокон древесины.

Крень - ненормальное утолщение поздней древесины в годовых слоях; свойственно наклонно стоящим и искривленным деревьям (рис. 8, 6).

Свилеватость - волокнистое или беспорядочное расположение волокон древесины, чаще встречающееся у лиственных пород, преимущественно в комлевой части ствола (рис. 8, в).

Сердцевина - узкая центральная часть ствола, состоящая из рыхлой древесной ткани; попадая в деревянные изделия, усиливает их растрескивание. Двойная сердцевина в виде двух сердцевин со своими системами, годовых слоев увеличивает отходы при обработке древесины, усиливает ее растрескивание (рис. 8, г).

Завиток - местное резкое искривление годовых слоев под влиянием сучков и проростей.

Пасынок - отмершая вторая вершина или толстый сук, пронизывающие ствол под острым углом к его продольной оси. Ухудшает однородность и механические свойства древесины.

Водослой - это участки ядра или заболони с ненормальной темной окраской, возникающие в растущем дереве вследствие повышенной влажности этих участков. Этот порок нередко является причиной растрескивания и гниения древесины, снижения ударной вязкости при изгибе.

Прорость в виде обросшего древесиной участка поверхности ствола с омертвевшими тканями и отходящая от него радиальная трещина возникает в растущем дереве при зарастании повреждений.

Рак - рана, возникающая на поверхности ствола растущего дерева вследствие жизнедеятельности грибков и бактерий.

Сухобокость возникает в местах повреждений (заруба, ожога, ушиба и т.п.); представляет собой омертвевший участок ствола.

Засмолок - участок древесины, обильно пропитанный смолой; присущ только хвойным породам. Он, снижает ударную вязкость и водопроницаемость, затрудняет отделку - лакировку, окраску. Смоляной кармашек в виде полости, заполненной смолой встречается у хвойных пород, чаще всего у ели. Препятствует лицевой отделке и склейке древесины.

Прочие пороки

Червоточиной называют ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми. Различают червоточину: поверхностную, проникающую в древесину не более чем на 3 мм (рис. 10); неглубокую, проникающую в древесину не более чем на 15 мм в круглых материалах и не более чем на 5 мм в пиломатериалах; сквозную,выходящею на две противоположные стороны материала.

Инородные включения - это присутствующие в древесине посторонние тела недревесного происхождения (песок, камни, гвозди и т.п.). Подобные включения затрудняют обработку древесины и могут быть причиной аварий.

Механические повреждения (заруб, запил, скол, вырыв и т.п.) являются следствием небрежного или неумелого применения механизмов и инструментов при обработке древесины. Они не только снижают механическую прочность, но и затрудняют использование лесоматериалов по назначению.

Покоробленность - это искривление пиломатериала, возникающее при распиловке, сушке и хранении. Различают простую, сложную покоробленность и крыловатость (рис. 4). Поскольку покоробленность изменяет форму пиломатериалов, то она затрудняет их обработку и использование по назначению.

Литература

1. Белов В.В., Петропавловская В.Б., Шлапаков Ю.А. Лабораторные определения свойств строительных материалов: учебное пособие. – М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2004. – 176 с.

2. И.А. Рыбьев,Строительное материаловедение - М. Высшая школа, 2002.

3. Микульский В.Г. Строительные материалы (материаловедение и технология): Учебное пособие. – М.: ИАСВ, 2002. – 536 с.

4. Попов К.Н., Каддо М.Б., Кульков О.В.Оценка качества строительных материалов / Под ред. К.Н. Попова. - М., Изд-во АСВ, 1999.

5. Уголев Б.К Древесиноведение и лесное товароведение. - М.: Экология, 1991.

Лесные материалы

Цель работы. Ознакомление с составом и строением древесины, ее физическими и механическими свойствами, пороками древесины и влиянием их на ее качество, способами защиты древесины от гниения, поражения насекомыми, возгорания.

Древесина относится к одному из весьма распространенных строительных материалов с многовековым опытом применения.

Древесиной называют освобожденную от коры ткань волокон, которая содержится в стволе дерева.

Достоинства древесины. Высокая прочность, гибкость и упругость древесины сочетаются с малой средней плотностью, а, следовательно, с низкой теплопроводностью. Древесина морозостойка, не растворяется в воде и органических растворителях. Хорошо известна легкость обработки древесины, удобство скрепления деревянных элементов с помощью клея, врубок, гвоздей и пр. Имеет долговечность при нормальных условиях эксплуатации, эстетичность (цвет древесины, блеск поверхности и т.д.)

Вместе с тем древесина имеет ряд недостатков, зависящие от ее строения и состава и ограничивающих ее область применения в строительстве: анизотропию (неодинаковая прочность в различных направлениях, неоднородность свойств по объему и направлению) свойств, вследствие волокнистой структуры; пороки структуры; гигроскопичность и, как следствие, влажностные деформации (изменение размеров, коробление и растрескивание); загниваемость в условиях переменной влажности и возгораемость при действии высоких температур.

Однако технологическими мероприятиями все эти недостатки сравнительно легко устраняются.

Качество древесины зависит от породы древесины. Древесные породы подразделяются на две основные группы: хвойные и лиственные.

К хвойным породам, широко используемым в строительстве, относят сосну, лиственницу, ель, пихту и кедр.

Лиственные породы в строительстве используют значительно реже, чем хвойные. Среди многообразия лиственных пород наибольшее применение в строительстве имеют дуб, ясень, бук, береза, осина.

Древесина хвойных пород применяется для изготовления строительных конструкций жилых, общественных, промышленных зданий, сооружений постоянного и временного назначения. Ель и пихта имеют пониженную по сравнению с сосной и лиственницей способность к загниванию.

Древесину лиственных пород применяют для изготовления конструкций и изделий: наклонных стропил (за исключением березы) и обрешетки, доступных для осмотра и проветривания; столярных перегородок, устанавливаемых внутри зданий; внутренних дверей и фрамуг (последние за исключением березы); внутренних дверей и фрамуг для помещений с относительной влажностью воздуха не свыше 70%; раскладок, плинтусов; галтелей; наличников; досок для чистых полов; проступей лестниц; деревянных щитов для перекрытий и междукомнатных перегородок при условии обязательного антисептирования древесины каждого слоя. Применение лиственных пород допускается для временных сооружений и вспомогательных устройств (опалубки, лесов, креплений котлованов, оград и др.).

Строение и состав древесины

Растущее дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны. Промышленное значение имеет ствол, так как из него получается от 60% до 90% древесины.

Макроструктурой называют строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом или через лупу, микроструктурой - видимое под микроскопом.

Обычно изучают три основных разреза ствола: поперечный (торцовый), радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный, проходящий по хорде вдоль ствола (рис. 1, а).

При рассмотрении разрезов стерла дерева невооруженным глазом или через лупу можно различить следующие основные его части: сердцевину, кору, камбий и древесину (рис. 1, б).

Сердцевина состоитиз клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Сердцевина совместно-с древесной тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. Эта часть ствола дерева легко загнивает и имеет малую прочность.

Кора состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка или кожица и пробковая ткань защищают дерево от вредных влияний среды и механических повреждений. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни.

Под лубяным слоем у растущего дерева располагается тонкий кольцевой слой живых клеток - камбий. Ежегодно в вегетативный период камбий откладывает в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большем объеме - клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осенью.

Поэтому древесина ствола (часть ствола от луба до сердцевины) в поперечном разрезе состоит из ряда концентрических, так называемых, годичных колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каждое годичное кольцо состоит их двух слоев: ранней (весенней) древесины, образовавшейся весной или в начале лета, и поздней (летней) древесины, которая образуется к концу лета. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но тонкостенных клеток; поздняя древесина более темного цвета, менее пориста и обладает большей прочностью, так как состоит из мелкополостных клеток с толстыми стенками.

В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных - дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается и она становится более прозрачной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола, состоящую из мертвых клеток, называют у некоторых пород ядром, у других - спелой древесиной. Часть более молодой древесины ствола ближе к коре, в которой еще изменяются живые клетки, обеспечивающие перемещение питательных веществ от корней к кроне, называют заболонью. Эта часть древесины имеет большую влажность, относительно легко загнивает, малопрочна, обладает большей усушкой и склонностью к короблению.

Породы, у которых ядро отличается от заболони более темной окраской и меньшей влажностью, называют ядровыми (сосна, лиственница, дуб, кедр и др.). Породы, у которых центральная часть ствола отличается от заболони только меньшей влажностью, называют спелодревесными (ель, пихта, бук, липа и др.). Древесные породы, у которых нельзя заметить значительного различия между центральной и наружной частями древесины ствола, носят название заболонные породы (береза, клен, ольха, осина и др.).

В древесине всех пород располагаются сердцевинные лучи, которые служат для перемещения влаги и питательных веществ в поперечном направлении и создания запаса этих веществ на зимнее время. У хвойных пород они обычно очень узки и видны только под микроскопом. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.

Микроструктура. Изучая строение древесины под микроскопом, можно увидеть, что основную ее массу составляют клетки веретенообразной формы, вытянутые вдоль ствола. Некоторое количество клеток вытянуто в горизонтальном направлений, т.е. поперек основных клеток (клетки сердцевинных лучей).

В древесине лиственных пород имеются мелкие и крупные сосуды, имеющие форму трубочек, идущих вдоль ствола. В растущем дереве по сосудам передвигается влага от корней к кроне. По распределению сосудов в поперечном сечении лиственные породы разделяют на кольцесосудистые (дуб, вяз, ясень и др.) (рис. 2, а) и рассеяннососудистые (бук, граб, ольха, береза, осина и др.) (рис. 2, а).

У хвойных пород сосудов нет, их функции выполняют удлиненные замкнутые клетки, называемые трахеидами (рис. 3).

 
 

 


У большинства хвойных пород, преимущественно в слоях поздней древесины, расположены смоляные ходы - межклеточные пространства, заполненные смолой.

Одинаковые по форме и функциям группы клеток объединяются в ткани, имеющие различное, назначение в жизни древесины: проводящие, запасающие, механические.

Живая клетка имеет оболочку, протоплазму, клеточный сок и ядро. Срубленная древесина состоит из отмерших клеток, т.е. только из клеточных оболочек.

Оболочки клеток сложены из нескольких слоев очень тонких волоконец, называемых микрофибриллами, которые компактно уложены и направлены по спиралям под разным углом к продольной оси клетки в каждом слое (сходство с канатом). Иногда микрофибриллы ориентированы по встречным спиралям. Микрофибрилла состоит из длинных нитевидных цепных молекул целлюлозы - высокомолекулярного природного полимера (С6Н10О5) n, где n > 2500, со сложным строением макромолекул. Макромолекулы целлюлозы эластичны и сильно вытянуты.

В клеточной оболочке содержатся и другие природные полимеры - лигнин и гемицеллюлоза, которые размещаются преимущественно между микрофибриллами, а также небольшое количество неорганических веществ в виде солей щелочноземельных металлов.

Зависимость основных свойств древесины от ее строения и влажности.

Физические свойства древесины.

Истинная плотность древесины изменяется незначительно, так как древесина всех деревьев состоит в основном из одного и того же вещества – целлюлозы. В связи с этим истинную плотность древесины можно принять равной 1,54 г/см3. Плотность древесины разных пород и даже древесины одной и той же породы колеблется в весьма широких пределах, поскольку строение и пористость растущего дерева зависят от почвы, климата и других природных условий. С увеличением влажности и плотность древесины возрастает. Свежесрубленная древесина значительно тяжелее древесины воздушно-сухой, имеющей влажность 15% (табл. 1).

Таблица 1







Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.