книги / Строительные материалы

вает, вследствие значительной усушки усиливает короб*

ление пиломатериалов.

Древесные породы делят на: 1) ядровые, имеющие яд­ ро и заболонь (дуб, ясень, платан, сосна, лиственница, кедр и др.); 2) спелодревесные, имеющие спелую древе­ сину (она не отличается по цвету от заболони) и забо­ лонь (ель, пихта, осина, бук и др.); 3) заболонные, у ко­ торых отсутствует ядро и нельзя заметить существенного различия между центральной и наружной частями дре­ весины ствола (береза, клен, ольха, липа).

2. Микроструктура древесины

Микроструктура древесины — это строение древеси­ ны, видимое при значительном увеличении. Рассматри­ вая строение древесины под микроскопом, можно уви­ деть, что основную ее массу составляют клетки верете­ нообразной формы, вытянутые вдоль ствола (рис. 12.3). Некоторое количество клеток вытянуто в горизонтальном направлении, т. е. поперек основных клеток (клетки сердцевинных лучей).

Клетки древесины классифицируют в зависимости от выполняемых ими функций. Механическая, или опорная, ткань древесины — наиболее прочная и стойкая к загни­ ванию. В древесине хвойных пород опорную ткань обра­ зуют трахеиды поздней древесины. Древесина хвойных пород состоит, главным образом, из трахеид, на их долю приходится 90—95 % общего объема древесины (рис. 12.4). Опорная ткань в стволах лиственных пород состо­ ит из веретенообразных толстостенных клеток, называе­ мых «древесными волокнами».

Проводящие клетки — сосуды у лиственных пород и трахеиды — у хвойных. Сосуды представляют собой тон­ костенные трубочки, расположенные вдоль ствола, диа­ метром 0,04—0,3 мм. В растущем дереве по сосудам пе­ редвигается влага от корней к кроне. По распределению сосудов в поперечном сечении лиственные породы разде­ ляют на кольцесосудистые и рассеянно-сосудистые (рис. 12.2, 12.3). У большинства хвойных пород сосудов нет, так как сответствующую функцию у них выполняют тра­ хеиды, сообщающиеся между собой с помощью микро­ скопических отверстий.

Сердцевинные лучи видны на поперечном разрезе ствола дуба, клена, бука и некоторых других лиственных

пород в виде узких радиальных полосок. На тангенциальном разрезе ствола сердцевинные лучи имеют вид тем­ ных штрихов. У хвойных пород они очень узки и видны только под микроскопом. По отношению к объему всей древесины хвойные породы содержат 5—10 %, а листвен­ ные 10—35% сердцевинных лучей. Древесина сравни­ тельно легко раскалывается по сердцевинным лучам; по ним же проходят трещины, образующиеся при высыха­ нии лесных материалов.

Стенка клетки состоит из нескольких слоев, различа­ ющихся по своему составу и толщине (рис. 12.5). Ваку­ оль 1 ограничена внутренним очень тонким слоем 2, пер­ вичные волокна (фибриллы) целлюлозы расположены в нем примерно вдоль оси клетки. Второй слой 3 гораздо толще внутреннего и состоит из множества пучков фиб­ рилл целлюлозы, расположенных по спирали. В межфибрилльном пространстве находится немного лигнина. В среднем слое 4 фибриллы целлюлозы расположены бо­ лее или менее правильно, покрывая витками предыдущий слой. В межфибрилльном пространстве расположен лиг­ нин. Следующий слой 5 состоит из переплетающихся между собой фибрилл целлюлозы. Межклеточный эле­ мент 6 не содержит целлюлозы. Он субмикроскопической толщины и при делении клетки сначала образуется как разделительная стенка между вновь возникающими клет­ ками, состоящая из протопектина совместно с лигнином. Следовательно, стенка клетки представляет собой при­ родный слоистый микрокомпозит, обеспечивающий высо­ кое сопротивление дрезесины растяжению и изгибу.

§3. ОСНОВНЫЕ ДРЕВЕСН Ы Е ПОРОДЫ

1.Хвойные породы

Сосна — ядровая порода, ядро у нее обычно буро­ красного цвета, а заболонь желтого. Древесина сосны мягкая (плотность 470—540 кг/м3) и прочная, легко об­ рабатывается. Так называемая «рудовая» сосна, расту­ щая на возвышенных местах, песчаных и супесчаных почвах имеет мелкослойную плотную смолистую древе­ сину. У «мяндовой» сосны, растущей на низменных гли­ нистых почвах, древесина крупнослойная, рыхлая, с ши­ рокой заболонью и поэтому хуже, чем у «рудовой» сосны.

Ель применяют в строительстве наравне с сосной,

хотя по качеству она уступает сосне. Ель имеет спелую древесину белого цвета с желтым оттенком, менее смо­ листую и более легкую, чем у сосны (плотность 440— 500 кг/м3). Вследствие большого количества твердых сучков ель трудно обрабатывать.

Лиственница имеет ядро красновато-бурого цвета, ее заболонь узкая и по окраске резко отличается от ядра. Древесина лиственницы плотная (плотность 630— 790 кг/м3), твердая и прочная, менее подвержена гние­ нию, чем древесина сосны. Поэтому лиственница особен­ но ценится в гидротехническом строительстве и мосто­ строении; из нее изготовляют шпалы, рудничные стойки.

Кедр имеет мягкую и легкую древесину, ее механиче­ ские свойства ниже, чем сосны. Применяют в виде круг­ лого леса и пиломатериалов, для столярных изделий и отделки мебели — в виде декоративной фанеры.

Пихта по древесине схожа с елью, но не имеет смо­ ляных ходов. Легко загнивает, поэтому ее не применяют во влажных условиях эксплуатации.

2. Лиственные породы

Дуб имеет плотную (около 720 кг/м3), очень прочную и твердую древесину. Ядро темно-бурого цвета, резко от­ личается от желтоватой заболони. Многочисленные круп­ ные сердцевинные лучи видны на всех разрезах и прида­ ют древесине дуба своеобразную текстуру. Дуб применя­

дуб черного или темно-серого цвета.

Ясень имеет тяжелую (660—740 кг/м3), гибкую и вяз­ кую, но менее прочную древесину, чем древесина дуба. Благодаря красивой текстуре ценится в мебельном про­ изводстве и столярно-отделочных работах.

Ильмовые породы (ильм, вяз, карагач) имеют проч­ ную, твердую и гибкую древесину. Большей частью их используют в столярном производстве для изготовления мебели и строганой фанеры.

Береза — заболонная порода, распространенная в на­ ших лесах, имеет тяжелую (около 650 кг/м3) древесину, которая относительно легко загнивает в сырых и плохо

вентилируемых местах. В больших количествах березу используют для изготовления фанеры, в качестве столяр­ ных изделий и отделочных материалов (ее легко имити­ ровать под ценные породы). Для отделочных работ осо­ бую ценность представляет карельская береза со своеоб­ разной извилистой и узловатой текстурой.

Бук — спелодревесная порода, ее древесина (белая с красноватым оттенком) тяжелая (около 650 кг/м3) и твердая, легко раскалывается. Древесина бука, как и древесина березы, относительно легко загнивает. При­ меняют для производства паркета, мебели, фанеры.

Граб имеет древесину, похожую на буковую, но бо­ лее тяжелую. Используют для тех же целей, что и бук.

Осина — заболонная порода, широко распространен­ ная в наших лесах. Ее древесина — с зеленым оттенком, легкая (420—500 кг/м3), мягкая, склонная к загниванию, служит исходным сырьем для изготовления фанеры, дре­ весных плит.

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

Липа — спелодревесная мягкая порода, предназнача­ емая для изготовления фанеры, мебели, тары.

§4. СВОЙСТВА ДРЕВЕСИ Н Ы

1.Физические свойства древесины

Истинная плотность древесины изменяется незначи­ тельно, так как древесина всех деревьев состоит в ос­ новном из одного и того же вещества — целлюлозы. В связи с этим среднюю плотность древесины можно при­ нять равной 1,54 г/см3. Плотность древесины разных по­ род и даже древесины одной и той же породы колеблет­ ся в весьма широких пределах, поскольку строение и по­ ристость растущего дерева зависят от почвы, климата и других природных условий. С увеличением влажности плотность древесины возрастает. Свежесрубленная дре­ весина значительно тяжелее древесины воздушно-сухой, имеющей влажность 15% (табл. 12.1).

Влажность выражают обычно в % по отношению к массе сухой древесины. В древесине различают гигроско­ пическую влагу, связанную в стенках клеток, и капил-

Влажность, Уо

характеристики древесины (например, предел прочности) пересчитывают к влажности 15%.

Усушка, разбухание и коробление. Колебания влаж­ ности волокон древесины влекут за собой изменение раз­ меров и формы досок, брусьев и других изделий из дре­ весины. При увлажнении сухой древесины до достиже­ ния ею предела гигроскопичности стенки древесных кле­ ток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий. Как видно из рис. 12.7, свободная влага, заполняющая полости клеток, на размерах древесины не отражается. Усушка древеси­ ны происходит за счет удаления связанной влаги из сте­ нок клеток, т. е. если влажность древесины становится меньше предела гигроскопичности, то усушка достигает максимального значения при полном удалении влаги, со­ держащейся в клеточных стенках.

Вследствие неоднородности строения древесина усы­ хает в различных направлениях неодинаково (рис. 12.7J1. Вдоль оси ствола (вдоль волокон) максимальная линей­ ная усушка сравнительно невелика — около 0,1 % (1 мм на 1 м), в радиальном направлении 3—6% (3—6 см на 1 м), а в тангенциальном—6—12 % (6—12 см на 1 м).

При высушивании древесины от предела гигроскопич­ ности (который характеризуется влажностью около

6)

Рис. 12.8. Коробление досок в результате усушки

в — крыловатость

30%) до воздушно-сухого состояния (соответствующего 15—18 % влажности) усушка составит примерно полови­ ну своего максимального значения. При высушивании до комнатно-сухого состояния (т. е. влажности 8—10%) усушка составит три четверти максимальной.

Объемную усушку Уу вычисляют, не учитывая про­ дольной усушки, с точностью до 0,1 % по формуле

где а и 6 — размеры поперечного сечения образца при данной на­ чальной влажности; а0 и Ьо — то же, в абсолютно сухом состоянии.

Степень усушки древесины характеризуется коэффи­ циентом объемной усушки £у, который вычисляют на 1 % влажности с точностью до 0,01 % по формуле

( 12.2)

В этой формуле среднее значение предела гигроско­ пичности древесины различных пород принято равным 30%.

Усушка и разбухание древесины вызывают коробле­ ние и растрескивание лесных материалов.

Коробление деревянных изделий (рис. 12.8) является следствием разницы в усушке древесины в тангенциаль­ ном и радиальном направлениях и неравномерности вы­ сыхания. Неравномерность усушки и коробление вызыва-

ют появление внутренних напряжений в древесине и рас­ трескивание пиломатериалов и бревен. Широкие доски коробятся больше, чем узкие, поэтому для настилки пола и столярных изделий применяют доски шириной 10—

12см.

Для предотвращения коробления и растрескивания

деревянных изделий используют древесину с той равно­ весной влажностью, которая будет в условиях эксплуата­ ции. Например, для столярных изделий влажность дре­ весины не должна превышать 8—10%, а для наружных конструкций 15—18 %. Чтобы защитить древесину от по­ следующего увлажнения, ее покрывают красками, лаком

иэмалями.

Вкруглом лесе и пиломатериалах трещины усушки образуются, в первую очередь, на торцах. Для уменьше­ ния растрескивания торцы бревен, брусьев, досок обма­ зывают смесью из извести, соли и клея или другими со­ ставами.

Текстура — это рисунок древесины, зависящий от со­

четания ее видимых элементов: годовых слоев, средцевинных лучей, сосудов. Цвет и текстура древесины ха­ рактерны для каждой породы дерева. Текстура дуба, чи­ нары, бука, груши и некоторых других пород высоко це­ нится в отделочных работах. Древесные породы тропиче­ ского пояса могут иметь своеобразные цвета, например древесина эбенового дерева — черный, бакута — темнооливковый. Блеск древесины зависит от плотности и сте­ пени обработки. Блеск придается древесине путем поли­ рования и покрытия лаками. Древесина теряет блеск при загнивании. Запах древесины зависит от содержания в ней смолистых, эфирных и дубильных веществ. Напри­ мер, древесина лиственницы и сосны пахнет скипидаром.

Теплопроводность сухой древесины незначительна: сосны поперек волокон—0,17 Вт/(м*°С); вдоль воло­ кон 0,34 Вт/(м-°С). Теплопроводность древесины зави­ сит от ее пористости, влажности и направления потока теплоты. Теплозащитные свойства древесины широко ис­ пользуются в строительстве.

Электропроводность древесины зависит от ее влажно­ сти. Древесина, используемая для электрической провод­ ки (розетки, доски и т. п.), должна быть сухой. Электри­ ческое сопротивление сухой древесины в среднем состав­ ляет 75-107 Ом-см, а сырой древесины — в десятки раз меньше.