Строение, виды и свойства древесины.

Ствол — основная часть дерева, используемая в качестве стро­ительного материала. Строение древесины изучают по поперечному, радиальному и тангенциальному разрезам.

Поперечный разрез древесины производится по плоскости, пер­пендикулярной оси ствола; радиальный по радиусу ствола и тангенциальный раз­рез — вдоль ствола дерева на некотором расстоянии от цен­тра. В поперечном и радиальном разре­зах (рис. 87) видны кора 1, заболонь 2, камбий 3, ядро 4 и сердцевина 5. Кора защищает дерево от механических по­вреждений и состоит из наружного слоя— корки и внутренне­го слоя — луба. Камбий состоит из живых клеток, обус­ловливающих прирост древесины и коры в толщину. За камбием расположены заболонь и ядро, состоящие из тонких концентрических слоев. Каждый слой образуется в течение годового вегетационного пери­ода развития дерева и называется годовым слоем, или годичным кольцом. Годичные кольца определяют воз­раст древесины. В центре ствола находится наиболее слабая часть древесины, называемая сердцевиной. В со­став древесины входят целлюлоза (40—50%), лигнин (20—30%), гемицеллюлоза (20—30%), смолы (3—8%) и золообразующие вещества.

Древесные породы, применяемые в строительстве, подразделяются на хвойные и лиственные. К хвойным породам относятся сосна, лиственница, кедр сибирский, пихта и другие, а к лиственным — дуб, береза, осина, ясень, бук, ольха, тополь, клен и др. Хвойные породы получили преимущественное распространение для изготовления несущих строительных конструкций, шпал, столбов, свай, столярных изделий, фанеры, в гидротех­ническом строительстве, мостостроении и т. д., так как имеют прямой и длинный ствол, мало отличающийся по толщине в верхнем и нижнем срубах, и лучшее качество древесины. Лиственные породы, имеющие твердую древесину (дуб, ясень и др.), применяются для изго­товления деталей несущих строительных конструкции, паркета, фанеры, дверей и панелей, различных столярных изделий и др.; лиственные породы с мягкой древе­синой используются для изготовления деталей конст­рукций временных зданий и сооружений, а также две­рей, окон, плинтусов, подмостей, кровли, ящиков, опалубок при производстве различных бетонных работ.

Основными свойствами древесины являются влажность, гигроскопичность н водопроницаемость, усушка и разбухание, плотность, объемная масса, теплопровод­ность, коррозионная стойкость, механическая прочность и др.

Влажность (W) оказывает большое влияние на свойства древесины. Она определяется в процентах к массе сухой древесины:

Влага, содержащаяся в древесине, подразделяется на капиллярную (располагается в полости клеток и межклеточном пространстве) и гигроскопическую (распола­гается в стенках клеток). Влажность свежесрубленной древесины 35 — 40%, воздушно-сухой — 15 — 20%, комнатно-сухой — 8 — 13% и мокрой — 100% и более. Влаж­ность древесины, длительное время находящейся на воздухе с постоянной относительной влажностью и тем­пературой, называется равновесной, а влажность, соот­ветствующая предельному содержанию гигроскопичес­кой влаги, — точкой насыщения волокон.

Условно нормальная (стандартная) влажность дре­весины, при которой проводятся испытания ее физико-механических свойств, согласно рекомендациям комис­сии по стандартизации СЭВ принята равной 12%. Дре­весина обладает высокой гигроскопичностью, поэтому ее влажность изменяется в зависимости от относитель­ной влажности воздуха. Гигроскопичность обусловливает изменение плотности, объемной массы, теплопроводно­сти и прочности древесины, изменяемость размеров деревянных конструкций в процессе их эксплуатации в зданиях н сооружениях. Для снижения гигроскопично­сти поверхность древесины покрывают красками и лака­ми, подвергают термической или химической обработке. Водопроницаемость древесины определяется количест­вом воды, профильтровавшейся через поверхность образ ца за определенное время (г/см2), и зависит от породы древесины, ее исходной влажности, характера среза и других факторов. В процессе испарения гигроскопической влаги происходит уменьшение линейных и объем­ных размеров древесины. Величину объемной усадки У о определяют по формуле

Показатель усыхания определяется коэффициентом

объемной усушки Ко, который характеризует объемную

усушку древесины на 1 % испаряемой гигроскопической влаги:

Неравномерная усушка древесины в различных направлениях вызывает коробление отдельных элементов конструкций и появление па них трещин. При повы­шении гигроскопической влажности до точки насыще­ния волокон древесина разбухает и увеличивается в объ­еме. Для снижения усушки и разбухания применяют древесину с влажностью, соответствующей условиям эксплуатации деревянных материалов и изделий. Плотность древесины в зависимости от породы дерева от 1, 49 до 1, 57 г/см3. Объемная масса зависит от влажности и породы дерева. При нормальной влажности объемная масса хвойных пород в среднем 600 кг/м3, лиственных — от 520 (у липы и ольхи) до 750 кг/м3 (у дуба). Древе­сина обладает низкой теплопроводностью; с увеличени­ем плотности и влажности теплопроводность древесины повышается. Коэффициент теплопроводности вдоль волокон примерно в 2 раза больше коэффициента теплопроводности поперек волокон. Древесина обладает высо­кой стойкостью к Действию раствора щелочей, солей и большинства органических кислот. Однако растворы минеральных кислот, особенно азотной, а также морская вода разрушают древесину, причем их разрушающее дей­ствие усиливается с повышением концентрации. Установ­лено, что древесина хвойных пород обладает большей коррозионной стойкостью к действию агрессивных сред, чем лиственных пород.

Древесина является горючим материалом: температура ее обугливания 120—150°С; температура воспламенения 250—300" С. Для защиты от возгорания древесину пропитывают огнезащитными составами (антипиренами), окрашивают жидкими огнезащитными материалами, поверхность изделий покрывают штукатуркой из несго­раемых материалов и т. д. Прочность древесины на сжатие, растяжение и изгиб также зависит от направ­ления волокон: увеличивается с повышением плотности и уменьшается с повышением влажности. Зависимость прочности древесины па сжатие вдоль волокон от плот­ности при влажности 15% характеризуется данными, приведенными и табл. 27.

Прочность древесины на сжатие поперек во­локон составляет при мерно 10—30% от прочности на сжатие вдоль волокон. Проч­ность на растяжение вдоль волокон в 2—3 раза выше, а на изгиб в 1, 5—2 раза выше, чем прочность древесины на сжатие вдоль воло­кон. Однако древесина обладает очень низкой прочностью на растяжение и изгиб поперек волокон.

На свойства древе­сины существенное влияние оказывают пороки, вызываемые нарушениями нормального строе­ния и внешней формы ствола, различными повреж­дениями п болезнями. Пороки древесины снижают каче­ство древесных материалов и изделий и потому наряду с показателями прочности являются установочными при определении сорта древесины. Пороки подразделяются на первичные, образующиеся в процессе роста деревьев, и вторичные, возникающие при эксплуатации или хра­нении древесины. К первичным порокам относятся сучко­ватость, кривизна, косослой, свилеватость, сбежистость и др., а к вторичным — трещины, плесени, гнили, черво­точины и др. Сучковатость характеризуется содержанием в стволе дерева оснований ветвей (сучков) и является наиболее распространенным и вредным пороком древе­сины. Сучки нарушают однородность строения, снижают прочность и затрудняют обработку древесины, могут служить источником распространения грибковых заболе­ваний. Поэтому для изготовления ответственных элемен­тов строительных конструкций применяют только плот­ную древесину без сучков и других пороков. Кривизна — искривление ствола по длине — снижает полезный вы­ход древесных материалов и изделий. Косослой, харак­теризующийся винтообразным расположением волокон древесины в стволе, снижает качество и ограничивает применение древесины. Доски и брусья, полученные при распиловке косослойных бревен, имеют пониженную механическую прочность. Свилеватость — порок древесины, обусловленный волнистым и путаным расположе­нием волокон. Свилеватость снижает прочность древе­сины на изгиб, затрудняет обработку материала, по разрезы некоторых свилеватых древесных пород (орех, карельская береза и др.) дают красивый рисунок текс­туры и могут использоваться для отделочных работ. Сбежистость характеризуется уменьшением толщины ствола от комля к вершине выше установленной нормы и, таким образом, снижением процента полезного вы­хода древесины. Трещины — пороки, обусловленные продольными разрывами волокон в процессе роста расте­ний и неравномерной сушкой древесины. Трещины вызы­вают нарушение целостности древесины, способствуют ее загниванию, снижают процент полезного выхода пиломатериалов. Плесени и гнили — пороки древесины, образованные действием дереворазрушающих грибков, которые могут поразить как растущее, так и срубленное дерево или элементы строительных конструкций. Наиболее опасными видами грибков являются гниль ду­ба белая, гниль дуба бурая и гниль лиственных пород белая. Благоприятными условиями для поражения дре­весины грибками являются температура 20—35РС и влажность 20—70%. При температуре ниже 20°С дре­весина не гниет. Для защиты древесины, находящейся в условиях повышенной влажности, производят обработку антисептиками — веществами, отравляющими и убивающими грибки. Наиболее распространенными антисеп­тиками являются фтористый натрий, антраценовое масло, сланцевое масло, битумные, силикатные и глиняные пасты. Червоточина — порок древесины, вызываемый насекомыми. Наиболее распространенными поражающи­ми насекомыми являются мебельный и домовой точиль­щики, термиты и др. Характерные виды червоточины — круглые или овальные отверстия и ходы в древесине (диаметром 2 мм и более), а также повреждения в виде бороздок, расположенные под корой. Древесина, пораженная червоточиной, характеризуется пониженной механической прочностью и склонна к загниванию, поэто­му не может быть использована для изготовления дета­лей строительных конструкций.)