ГЛАВА 3

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

3.1. Общие сведения

Древесина является весьма распространенным строительным материалом, имеющим многовековую историю применения.

Россия по величине лесных массивов занимает первое место в мире. Велики ее запасы в Карелии, на Кавказе, Сибири и Дальнем Востоке.

Древесные породы подразделяются на две группы: хвойные и лиственные. К хвойным породам относят сосну, лиственницу, ель, пихту и кедр. Среди многообразия лиственных пород наибольшее применение в строительной практике имеют дуб, ясень, бук, береза.

Широкое применение в строительстве древесина получила благодаря целому комплексу положительных свойств: высокой прочности при небольшой средней плотности; малой теплопроводности; высокой морозостойкости и сопротивляемости действию химических реагентов; легкости обработки.

Вместе с тем древесина обладает и отрицательными свойствами, ограничивающими область ее применения. К числу недостатков древесины можно отнести неоднородность (анизотропность) строения; наличие пороков; гигроскопичность, приводящую к изменению размеров древесины, короблению и растрескиванию; способность к загниванию и возгоранию.

3.2. Физико-механические свойства древесины

Истинная плотность древесины примерно одинакова и составляет 1,54 г/см3, так как в составе всех видов древесных пород преобладает одно и то же вещество – целлюлоза.

Влажность оказывает большое влияние на свойства древесины. По содержанию влаги различают сплавную или мокрую древесину (влажностью свыше 100 %), свежесрубленную (более 35 %), воздушно-сухую (15…20 %), комнатно-сухую (8…13 %) и абсолютно сухую (0 %).

Все показатели физико-механических свойств древесины приводят к стандартной влажности равной 12 %.

При длительном хранении влажной древесины на воздухе (в помещении) она постепенно высыхает и достигает равновесной влажности. Равновесная влажность зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха.

Гигроскопичность. Древесина, имея волокнистое строение и большую пористость (30…80 %), легко адсорбирует водяные пары из воздуха. Гигроскопичная влага покрывает поверхность мельчайших частиц в стенках клеток водными оболочками, увеличивая массу и объем древесины, снижая ее прочность.

Средняя плотность древесины разных пород и даже одной и той же поро-

32

ды зависит от строения (количества «поздней» древесины) и пористости растущего дерева, изменяющихся от климата, почвы, затененности и других природных условий. У большинства древесных пород в абсолютно сухом состоянии средняя плотность меньше 1 г/см3.

Усушка и разбухание древесины вызывают коробление и растрескивание лесных материалов в результате испарения или поглощения влаги.

Усушку определяют вдоль волокон (Уе около 0,1 %), в радиальном (Уr = 3…6 %) и тангенциальном (Уτ = 6…12 %) направлениях.

Коробление деревянных изделий являетсяследствием разницы в усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерного высыхания.

Теплопроводность древесины зависит от ее пористости, влажности и направления потока теплоты. Например, теплопроводность сосны поперек волокон 0,17 Вт/м·0С, вдоль волокон – 0,34 Вт/м·0С.

Прочность древесины зависит от многих факторов: от угла приложения нагрузки, от породы дерева, его средней плотности, пористости, наличия пороков и особенно от влажности в пределах 0…30 %. В связи с этим механические свойства древесины определяют на малых образцах, без видимых пороков. В отличие от других строительных материалов древесина делится на сорта путем тщательного осмотра и оценки имеющихся пороков.

Прочность при сжатии определяют вдоль и поперек волокон на образцах размером 20×20×30 мм. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон в 3…6 раз больше, чем прочность поперек волокон.

Прочность при статическом изгибе древесины в 1,5…2 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон, но меньше, чем прочность при растяжении, и находится у различных пород в пределах 50…100 МПа. Поэтому изделия из древесины (балки, настилы и т.п.) чаще всего работают на изгиб.

Прочность древесины при скалывании и перерезании имеет важное значение при устройстве соединений из дерева (врубок, шпонок, клеевых швов, нагелей). При скалывании вдоль волокон прочность самих древесных волокон практически не нарушается и разрушение древесины происходит вследствие нарушения сцепления между волокнами. Предел прочности при скалывании вдоль волокон для основных древесных пород составляет 6,0…13,0 МПа, а при скалывании поперек волокон – в 3…4 раза выше.

При испытании на перерезание внешние силы направлены перпендикулярно волокнам, поэтому сопротивление древесины перерезанию значительно больше (в 3…4 раза), чем скалыванию.

3.3. Способы защиты древесины от гниения, поражения насекомыми и возгорания

Разрушение древесины в большинстве случаев вызывается увлажнением конструкций, вызванным повышенной влажностью среды, нарушениями тепловлажностного режима при эксплуатации деревянных конструкций из-за отсут-

33

ствия вентиляции и образования замкнутых пространств.

К числу способов защиты древесины от понижения ее качества относят сушку. Сушка древесины может быть естественной и искусственной. Естественная сушка происходит на открытом воздухе, под навесами до влажности 15…20 %. Искусственную сушку производят в сушильных камерах, в электрическом поле высокой частоты, в горячих жидких средах и контактным способом.

Защита древесины от гниения

Для предупреждения разрушения древесины принимают ряд конструкционных мер: изолируют ее от грунта, камня и бетона, устраивают специальные каналы для проветривания, защищают деревянные конструкции от атмосферных осадков и т.п. Однако только мерами конструкционного характера нельзя полностью предохранить древесину от увлажнения и загнивания. С этой целью древесину обрабатывают специальными химическими веществами – антисептиками. Эти вещества создают среду, в которой жизнедеятельность грибковых паразитов становится невозможной.

При применении антисептиков необходимо принимать во внимание следующие требования: антисептики должны обладать высокой токсичностью по отношению к дереворазрушающим грибам, но быть безвредными для людей и животных; легко проникать в древесину, не ухудшая ее физико-механических свойств и не вызывать коррозию металлических креплений; не иметь неприятного запаха.

Для антисептирования древесины используют водорастворимые (фторид натрия, кремнефторид натрия, препараты ББК-3, ХХЦ и МХХЦ, ГР-48); органорастворимые (ПЛ, НМЛ); маслянистые (каменноугольное масло, сланцевое масло и др.) антисептики и антисептические пасты (изготавливают из водорастворимого антисептика, связующего вещества и наполнителя).

Древесные строительные конструкции и изделия антисептируют различными способами: поверхностной обработкой; последовательной пропиткой в горячей и холодной ванне; пропиткой под давлением в автоклаве и обмазкой. В зависимости от назначения древесины и ее влажности применяют тот или иной способ антисептирования, причем глубина пропитки зависит как от способа антисептирования, так и от строения древесины.

Защита древесины от поражения насекомыми

Основной способ борьбы с дереворазрушающими насекомыми на складах лесоматериалов – содержание помещений склада в соответствии с санитарными нормами, а также своевременное снятие коры с древесины.

Однако древесина может поражаться насекомыми и в сооружениях. В этом случае борьба с ними ведется химическими средствами, путем обработки древесины ядовитыми веществами – инсектицидами, убивающими насекомых и их личинки.

34

Древесину обрабатывают инсектицидами путем пропитки, опрыскивания, обмазывания, опыления порошками или окуривания газами. Для этих целей используют маслянистые антисептики и препараты на органических растворителях, раствор хлорофоса и эмульсии и другие вещества, а также некоторые газы (хлорпикрин).

Защита древесины от возгорания

Возгорание древесины происходит при температуре 260…290 0С. Для предупреждения возгорания принимают специальные меры. Конструкционные огнезащитные мероприятия сводятся к отдалению древесных частей здания от источников нагревания и покрытию древесных конструкций штукатуркой, асбестовыми листами. Кроме того, на деревянные конструкции наносят огнезащитные составы или пропитывают древесину химическими веществами – антипиренами. В качестве антипиренов применяют буру, хлористый аммоний, фосфорнокислый натрий и аммоний, сернокислый аммоний.

Огнезащитные составы в виде красок или паст, приготовляемые из связующего вещества (жидкое стекло), наполнителя (кварцевый песок, мел, магнезит) и антипирена, наносят на поверхность деревянной конструкции кистями, а также путем двукратного опрыскивания поверхности конструкции жидкими составами (пульверизацией).

Огнезащитное действие антипиренов основано на том, что одни из них при нагревании древесины создают оплавленную пленку, закрывая доступ кислорода к древесине, другие при высокой температуре выделяют газы, которые препятствуют горению древесины.

Можно осуществлять комбинированную защиту древесины от возгорания и гниения путем добавления в огнезащитные составы антисептиков (фторид натрия и др.), не снижающие огнезащитные свойства составов.

3.4. Материалы и изделия из древесины

Круглые лесоматериалы изготавливают из ствола дерева путем распиловки на отрезки разной длины. В строительстве используют главным образом бревна как в круглом виде, так и в качестве сырья для выработки пиломатериалов.

Пиломатериалы по геометрической форме и размерам поперечного сечения делят на пластины, четвертины, брусья, доски, горбыль. По характеру обработки пиломатериалы делят на обрезные и необрезные.

Строганые и фрезерованные детали (погонажные детали) – элементы небольшого поперечного сечения, обработанные на станках: доски и бруски для покрытия полов, плинтусы, наличники, поручни.

Столярные изделия – оконные и дверные блоки, перегородки и панели для жилых и гражданских зданий.

Паркет разделяют на штучный, паркетные доски, паркетные щиты.

35

Штучный паркет, изготавливаемый из бука, дуба, ясеня, состоит из отдельных планок (дощечек), имеющих на кромках и торцах шпунт и гребень для соединения между собой. Он прост в изготовлении, но требует значительного расхода сырья и затрат на укладку.

Паркетные доски состоят из двух слоев. Нижний слой (основание) состоит из фрезерованных брусков или досок. Верхний слой (лицевое покрытие) – из одинаковых паркетных планок. Оба слоя прочно склеены между собой водостойким клеем. Паркетные доски изготавливают длиной 1200…1300 мм, шириной 145 и 160 мм и толщиной 25…27 мм. По сравнению с штучным паркетом они имеют ряд преимуществ: меньший расход древесины ценных пород, возможность механизации и автоматизации производства, снижение трудоемкости и ускорение процесса настилки паркетного пола.

Паркетные щиты состоят из древесного основания, собранного из досок или брусьев, на которое наклеены паркетные планки, расположенные в шахматном порядке. Щиты соединяются между собой с помощью вкладных торцовых шпонок или в паз-гребень. Их выпускают размером 400×400 и 800×800 мм.

Фанера представляет собой листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущеного шпона. Шпон, тонкая непрерывная стружка, получают лущением или строганием распаренных бревен. Листы шпона склеивают между собой, располагая их так, чтобы направление волокон в смежных листах было взаимно перпендикулярным. Такая конструкция фанеры обеспечивает ей равную прочность во всех направлениях, малую растрескиваемость и коробление.

В строительстве применяют фанеру трех видов: клееную, декоративную и бакелизированную (склеенную фенолформальдегидными клеями).

По виду обработки поверхности фанера может быть нешлифованной или шлифованной с одной или двух сторон.

Древесностружечные плиты (ДСП) изготавливают путем горячего прессования специально приготовленных древесных стружек с термореактивными полимерами.

Древесноволокнистые плиты изготовляют путем горячего прессования волокнистой массы, состоящей из древесных волокон, воды, наполнителей, полимера и добавок (антисептиков, антипиренов, гидрофобизирующих веществ).

Древесно-слоистые пластики – листы или плиты, изготовленные из лущеного шпона, пропитанного и склеенного резольным фенолформальдегидным полимером. Пластик отличается от фанеры большей средней плотностью (1,25…1,33 г/см3) и обладает высокими механическими свойствами

(Rраст = 140…200 МПа, Rизг = 150…280 МПа). Эти пластики стойки к действию масел, растворителей, моющих средств; хорошо сопротивляются истиранию.

Клеевые конструкции – крупноразмерные элементы, изготовляемые путем склеивания небольших деревянных заготовок друг с другом, а иногда и с другими материалами. Клеевые деревянные конструкции, изготовляемые на высокопрочных и водостойких полимерных клеях, отличаются меньшей массой, большей прочностью, водостойкостью, чем обычные конструкции из дере-

36

вянных элементов, соединенных с помощью врубок, шпонок, гвоздей и т.п. На основе клееных элементов получают плоские конструкции – балки,

арки, фермы и пространственные – оболочки, своды, купола.

Вопросы для самостоятельного изучения

1.Какое значение для строительства имеют материалы на основе древесины?

2.Назовите три основных разреза ствола древесины.

3.Расскажите о составе и структуре древесины.

4.Что представляют собой пороки древесины? Перечислите основные виды пороков.

5.Что представляют собой трещины в древесине? Какие типы трещин Вы знаете?

6.Перечислите пороки формы ствола и строения древесины.

7.Причины возникновения химических окрасок и грибных поражений древесины.

Библиографический список рекомендуемой литературы

Основная литература

1.Микульский, В.Г. Строительные материалы (материаловедение и технология): учеб. пособие / В.Г. Микульский, Г.И. Горчаков, В.В. Козлов и др. – М.: ИАСВ, 2002. – 536 с.

2.Домокеев, А.Г. Строительные материалы / А.Г. Домокеев. – М.: Высшая школа, 1982. – 384 с.

Дополнительная литература

1.Уголев, Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение: учеб. пособие / Б.Н. Уголев. – М.: Экология, 1991. – 243 с.

2.Буглай, Б.М. Технология изделий из древесины: учеб. / Б.М. Буглай, Н.А. Гончаров. – М.: Стройиздат, 1985. – 368 с.

3.Деревянные конструкции и детали / Под ред. В.М. Хрулева. – М.: Стройиздат, 1983. – 214 с.

37

Варианты тестовых заданий

38