Строение и свойства древесины

Древесина представляет собой ткань высших растений. Она состоит из высокомолекулярных и низкомолекулярных углеводородов - целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, а также кислот, смол, эфирных масел, жиров, стеаринов и минеральных веществ.

На макроуровне строение древесины изучают по торцовому срезу, на котором выделяют кору, луб, камбий, заболонь, ядро и сердцевинную трубку. Кора представлена пробковым слоем. Камбий – слой живых клеток. Заболонь содержит отмершие и живые клетки, проводящие питательные вещества. Заболонь составляет наиболее молодую и наиболее влажную часть древесины, примыкающую к камбию. Ежегодно из камбия формируются новый слой заболони и новый слой клеток луба, расположенного под корой. Сердцевинная трубка состоит из тонкостенных клеток рыхлой первичной ткани. Она низкопрочна и легко загнивает. Ядро представляет собой совокупность отмерших клеток, расположенных вокруг сердцевинной трубки. Это так назы-ваемая спелая древесина, которая может выделяться более темным цветом, поскольку со временем пропитывается смолой и дубильными веществами. Ядро отличается высокой плотностью и стойкостью к загниванию.

По макростроению различают древесные породы заболонные, ядровые и спелодревесные. У заболонных пород нет ядра, и вся древесина состоит из заболони. Такое строение имеют береза, ольха, клен. У ядровых пород ядро четко выделяется темной окраской. К ядровым породам относят сосну, дуб, кедр. У спелодревесных пород ядро имеется, но окраской от заболони оно не отличается. Такие породы, как ель, пихта, бук, являются спелодревесными породами.

На торцевом срезе древесины отчетливо просматриваются годовые кольца. Каждое кольцо соответствует одному году жизни древесины. В каждом годовом кольце имеется два слоя, отличающиеся цветом и плотностью. В весенний период роста, вследствие интенсивного перемещения питательных веществ, формируется слой годового кольца древесины из тонкостенных клеток с большими полостями. Этот слой годового кольца называют весенней или ранней древесиной. В летний период образуется слой более плотной древесины, состоящей из клеток с более толстыми стенками и небольшими полостями. Этот слой древесины называют летней или поздней древесиной.

Микроструктура древесины характеризуется наличием вытянутых вдоль ствола, веретенообразных клеток, стенки которых содержат целлюлозу (С₆Н₁₀О₅)_n – природный полимер.

Свойства древесины зависят от влажности. Влага в древесине может содержаться в стенках клеток и в их полостях. Влага, находящаяся в полостях клеток, называется свободной, а в стенках – гигроскопической. При высыхании древесина теряет сначала свободную влагу, а затем гигроскопическую. Предельное содержание гигроскопической влаги называют точкой насыщения волокон. Оно составляет обычно 25…35 % и в среднем 30 %.

Древесина гигроскопична. Установлено, что каждому сочетанию температуры и влажности воздуха соответствует своя равновесная влажность древесины. Равновесной влажностью W называется такая влажность, которую приобретает древесина, длительно находясь в постоянных температурно-влажностных условиях. Инженер Н.Н. Чулицкий составил номограмму зависимости равновесной влажности древесины от температуры и влажности воздуха. Понижение влажности древесины ниже точки насыщения волокон сопровождается усушкой. Объемная усушка У_о определяется в процентах:

Величина усушки зависит не только от процента изменения влажности, но и от породы древесины. Коэффициент объемной усушки К_о показывает величину объемной усушки породы древесины, приходящуюся на один процент изменения влажности:

Коэффициент объемной усушки сосны составляет 0,5, а березы, соответственно, 0,6.

Влажность древесины 12 % принято считать стандартной. Средняя плотность древесины при стандартной влажности γ₁₂ может быть вычислена исходя из значений средней плотности при равновесной влажности γ_w:

Зависимость прочности древесины стандартной влажности σ₁₂ от прочности древесины при равновесной влажности σ_W выражается формулой

Коэффициент α отражает зависимость прочности данной породы древесины от изменения ее влажности. Для большинства пород коэффициент α составляет 0,035…0,05.

Характерным свойством древесины является анизотропия. Вследствие анизотропии свойства древесины в продольном и радиальном направлении заметно отличаются. Например, коэффициент теплопроводности в радиальном направлении в два раза ниже, чем в продольном. Свойства древесины различных пород могут отличаться также существенно. Например, в зависимости от породы древесины прочность при сжатии вдоль волокон может изменяться в пределах 35,0…70,0 МПа, а при растяжении – в пределах 80,0…130,0 МПа.

Особенности роста и признаки разрушения древесины, снижающие ее сорт, называют пороками. Наиболее распространенными видами пороков являются трещины и сучки.

Трещины возникают как в растущем дереве, так и в срубленной древесине. В растущем дереве могут возникнуть трещины от мороза – «морозобоины», солнца – солнечные трещины или от раскачивания ветром. В срубленной древесине появляются трещины усушки. Радиальную внутреннюю трещину, не выходящую на поверхность, называют метиком. Трещины усушки и морозобоины обычно радиальные, наружные. Трещину, располагающуюся по годовому кольцу, называют отлупом.

Значительно понижается сортность древесины от присутствия сучков. Сучки представляют собой основания ветвей. Различают сучки здоровые и загнившие, выпадающие и сросшиеся с основной древесиной. Сучки, являясь участками существенного изменения направления волокон, могут затруднять механическую обработку древесины, ослаблять прочность изделий и понижать их качество.

Гниль на древесине – признак поражения древесины грибковыми микроорганизмами, которые способны с помощью своих ферментов расщиплять целлюлозу до глюкозы и использовать ее как питательную среду.

К порокам строения древесины относят закомелистость, косослой, крень, смещение сердцевины, завиток, свилеватость, засмолок, водослой, двойную сердцевину. Закомелистось состоит в резком увеличении диаметра ствола у основания. Косослой проявляется в отклонении волокон древесины от продольной оси изделий, что снижает их прочность на растяжение и изгиб. Крень выражается в ненормальном однобоком утолщении годовых колец, возникающем обычно в наклонно стоящих и покривленных деревьях. Кривизна представляет собой искривление продольной оси ствола. Свилеватость – волнистое расположение волокон древесины. Завиток – местное искривление волокон древесины. Древесина сердцевины, как легко загнивающая и низкопрочная, не допускается в растянутых и изгибаемых элементах деревянных конструкций. Двойная сердцевина, обнаруживаемая в сросшихся стволах, существенно снижает выход деловой древесины. Засмолок представляет собой местное скопление смолы, затрудняющее механическую обработку древесины. Водослой – местное скопление влаги в древесине. Водослой усиливает склонность к короблению изделий при сушке. Арболит – композиционный материал на цементном вяжущем, органических заполнителях и химических добавках. В качестве органического заполнителя в арболите применяют измельченную древесину из отходов лесозаготовок и деревообработки хвойных и лиственных пород, костру конопли и льна. Наиболее пригодны следующие породы древесины: ель, пихта, сосна, тополь, осина, береза, бук, дуб.

Средние показатели прочности древесины хвойных и лиственных пород при испытании малых образцов в лабораторных условиях достаточно высоки и находятся в пределах:

В силу неоднородности строения и пороков древесины для длинномерных элементов при расчете конструкций расчетные значения при сжатии и изгибе принимаются равными не более 10-12 МПа.

Расчетные значения прочности для клееных конструкций выше, благодаря снижению количества пороков и дефектов.

Для производства строительных конструкций из древесины применяют круглые лесоматериалы и пиломатериалы.

Для строительных конструкций применяют древесину преимущественно хвойных пород: сосну, ель, лиственницу, кедр. Применение лиственных пород допускается для временных сооружений и вспомогательных устройств.

Лиственные породы такие как бук, береза, ольха, осина, липа, тополь, разрешено применять для изготовления следующих конструкций: наслонных стропил (за исключением березы), обрешетки в конструкциях, доступных для осмотра и проветривания, столярных перегородок внутри зданий, внутренних дверей, досок чистого пола, плинтусов, наличников. При условии антисептирования допускается применение лиственных пород при изготовлении деревянных щитов перекрытий и межкомнатных перегородок.

Круглый лес представляет собой отрезки ствола с опиленными торцами и обрубленными сучьями. Круглый лес с диаметром ствола 140…300 мм в верхнем отрубе и длиной 3…9 м находит применение для возведения стен, свай гидротехнических сооружений и элементов мостов, для опор линий электропередач, радиомачт. Тонкий кругляк с диаметром ствола в верхнем отрубе 40…120 мм применяют для временных и вспомогательных построек.

Пиломатериалы подразделяют на доски, брусья и бруски. Доски представляют собой пиломатериалы, имеющие толщину менее 100 мм и отношение ширины к толщине сечения свыше 2. По степени обработки продольных граней – пластей и кромок различают доски обрезные, необрезные и горбыль. Брусья и бруски характеризуются отношением ширины сечения к толщине не более 2. Толщина брусков не превышает 100 мм. Брусья имеют толщину 130…250 мм. Бруски и брусья используют для конструирования деревянных ферм, конструкций крыш. Размеры пиломатериалов должны иметь припуски на усушку, величина которых зависит от номинальной толщины и породы древесины.

К строганым погонажным изделиям относят наличники, плинтусы, галтели, поручни перил, вагонку, доски для чистого пола, проступи. Их изготавливают профильным строганием на четырехсторонних станках из пиломатериалов или заготовок хвойных и лиственных пород влажностью не более 12 %.

Для устройства полов изготавливают паркет штучный, паркет наборный, паркетные доски, паркет ламинированный, доски для чистых полов. Для паркета используют древесину влажностью не более 8 % преимущественно лиственных декоративных пород с низкой склонностью к растрескиванию: дуб, ольху, березу. Паркет штучный состоит из планок толщиной 15…18 мм, шириной 30…60 мм и длиной 150…400 мм. Паркет штучный имеет на кромках пазы и гребни - правые и левые. Наборный паркет состоит из планок с прямыми кромками, наклеенных лицевой поверхностью на крафт-бумагу, снимаемую после настилки. Паркетная доска состоит из реечного основания толщиной 19 мм и лицевого покрытия из паркетных планок с прямыми кромками, толщиной 6…8 мм, наклеенных на основание. Кромки паркетной доски имеют пазы и гребни. Ламинат представляет представляет собой сверхтвердые прессованные древесноволокнистые панели, пропитанные водоустойчивыми полимерными смолами и антисептиками с лицевым покрытием, имитирующим ценную декоративную породу древесины и ламинированной поверхностной ПВХ пленкой. Доски для чистого пола шпунтовые выпускают толщиной 22…37 мм из сосны, ели, лиственницы, пихты, березы, бука, ольхи.

Плиты столярные изготавливают из реечных щитов, оклеиваемых шпоном, оргалитом или фанерой. Фанера состоит из трех и более листов лущеного шпона, склеенных между собой с взаимно перпендикулярным расположением волокон в смежных листах.

К столярным изделиям относят оконные и дверные блоки.

К несущим клееным конструкциям относят плоские конструкции - балки, арки, рамы, фермы, панели и пространственные конструкции (купола, оболочки). Поперечное сечение клееных балок имеет прямоугольную или двутавровую форму. Высота сечения составляет не менее 1/15 пролета балки. Для возведения складов и ряда сельскохозяйственных зданий часто применяют арки стрельчатые, треугольные и кругового сечения. Рамные несущие конструкции состоят из стоек и ригеля.

Деревянные фермы чаще всего конструируют треугольными односкатными и двускатными, а также с параллельными поясами с раскосно-стоечной или с раскосной решетками. Для ограждающих конструкций разработаны деревянные панели с обшивкой из фанеры.

Арболит – композиционный материал на цементном вяжущем, органических заполнителях и химических добавках. В качестве органического заполнителя в арболите применяют измельченную древесину из отходов лесозаготовок и деревообработки хвойных и лиственных пород, костру конопли и льна. Наиболее пригодны следующие породы древесины: ель, пихта, сосна, тополь, осина, береза, бук, дуб.

В таблице приведен требуемый фракционный состав древесного заполнителя:

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

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

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