Изучение строения древесины Определение влажности, усушки и плотности древесины.
Цель работы: познакомиться со строением древесины и методикой определения влажности, усушки и плотности древесных материалов.
Краткие сведения из теории.
Древесина - природный материал растительного происхождения. Она состоит из 43...54% целлюлозы (C6H10O5), 19...29% лигнина, остальное - низкомолекулярные углеводороды и другие компоненты.
Достоинствами древесины как конструкционного материала являются: малая объемная масса, сравнительно высокая удельная прочность в/, хорошая сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, малая теплопроводимость, малый коэффициент температурного расширения (в 2..3 раза меньше, чем у стали), высокая стойкость к некоторым кислотам, солям и маслам. Древесина обладает хорошими технологическими свойствами: легко обрабатываются, деревянные детали можно легко соединить клеем, гвоздями, шурупами.
Недостатком древесины являются гигроскопичность, изменяющая размеры, форму и прочность деревянных деталей, склонность к загниванию, отсутствие огнестойкости.
Для защиты древесины от загнивания деревянные элементы конструкции изолируют от контакта с водой лакокрасочными и пластмассовыми покрытиями. Деревянные детали, соприкасающиеся с бетоном, металлом, на которых конденсируется влага из воздуха, изолируют гидроизоляционными прокладками. Из химических способов защиты применяется антисептирование деревянных изделий путем опрыскивания или пропитки растворами солей NaF, ZnCl2,CuSO4 и др.
Для уменьшения воспламеняемости производится пропитка древесины антипиринами, которыми являются алюминиевые соли, соли фосфорной или борной кислот.
Древесина обладает низким значением модуля, упругости и анизотропией свойств из-за волокнистого строения.
1. Строение древесины
Знание особенностей строения древесины позволяет существенно снизить природные недостатки ее как конструкционного материала.
Древесина является волокнистым материалам. Поэтому изучение ее строения и свойств проводят по трем размерам (рис.1): торцевому (1), поперечному, перпендикулярному волокнам, радиальному (2), проходящему через ось ствола, и тангенциальному (3), идущему вдоль ствола на некотором расстоянии от оси.
Рис.1. Основные разрезы древесины Рис. 2. Строение древесины
1 - поперечный или торцевой; 1- сердцевина;
2 – радиальный; 2 - сердцевинные лучи; 3 - ядро;
3 - тангенциальный; 4 - корка;
5- луб; 6 - заболонь;
7 - камбий; 8 - годичные кольца.
На поперечном (торцевом) разрезе ствола (рис. 2) различают корку (4), внутренний слой, называемый лубом (5), слой некоторой толщины - заболонь (6), за которым следует слой, называемый ядром (3), сердцевину (1), годичные слои (8), камбий (7) и сердцевинные лучи (2).
Сердцевина – центральная часть ствола - на торцевом разрезе представляет собой темное пятно диаметром 2-5 мм.
Кора покрывает дерево сплошным кольцом и состоит из внешнего слоя – корки - и внутреннего слоя - луба, служащего проводником воды и органических веществ, выработанными листьями, вниз по стволу. Кора предохраняет дерево от механических повреждений, резких перепадов температуры, насекомых.
Вид и цвет коры зависят от возраста и породы дерева. У молодых деревьев она гладкая, с возрастом в ней появляются трещины. Кора может быть гладкой (пихта), чешуйчатой (сосна), волокнистой (можжевельник), бородавчатой (бересклет). Цвет коры имеет множество оттенков, например, белая у березы, темно-серая у дуба, темно-бурая у ели. Кора используется для изготовления поплавков, пробок, теплоизоляционных и строительных плит. Дубильные вещества коры применяют для дубления кож. Из луба делают мочало, рогожи, веревки. Кора березы служит для получения дегтя.
Между корой и древесиной (частью ствола от коры до сердцевины) располагается очень тонкий, сочный, не видный невооруженным глазом слой - камбий, состоящий из живых клеток. Из камбиальных клеток образуются клетки древесины и коры. В сторону древесины клетки откладываются чаще (в 5-6 раз), чем в сторону коры.
Темноокрашенная часть ствола называется ядром, а светлая - заболонью. Ядро древесины состоит из мертвых клеток, а заболонь – из живых.
Годичные слои можно видеть на всех разрезах ствола: на поперечном разрезе - в виде концентрических окружностей, в центре которых находится сердцевина; на радиальном разрезе в виде прямых полос, ширина каждой из которых равна ширине годичного слоя; на тангенциальном - в виде параболических кривых. Годичные слои нарастают ежегодно от центра к периферии. Самым молодым слоем является наружный.
Каждый годичный слой состоит из двух частей – ранней и поздней древесины: ранняя древесина (внутренняя) обращена к сердцевине, светлая и мягкая; поздняя древесина (наружная) обращена к коре, темная и твердая. Ранняя древесина образуется в начале лета и служит для проведения воды вверх по стволу. Поздняя древесина откладывается к концу лета и выполняет механическую функцию.
Строение годичных слоев, содержание в них поздней древесины обуславливают ту или иную механическую прочность как хвойных, так и лиственных пород.
На поперечном разрезе некоторых пород видны невооруженным глазом светлые, часто блестящие, направленные от сердцевины к коре линии – сердцевинные лучи. В растущем дереве сердцевинные лучи служат для проведения воды в горизонтальном направлении и для хранения запасных питательных веществ. Сердцевинные лучи в срубленной древесине создают красивый рисунок (в радиальном разрезе), что имеет значение при выборе древесины как декоративного материала.
На поперечном (торцевом) разрезе лиственных пород видны отверстия, представляющие сечения сосудов – трубок различной величины. Они предназначены для проведения воды. Крупные сосуды чаще всего расположены в ранней древесине годичных слоев и на поперечном разрезе образуют сплошное кольцо сосудов. Такие породы называются кольцесосудистыми (дуб, ясень). Породы, у которых сосуды расположены равномерно по кольцу (береза, липа), называются рассеянно-сосудистыми.
Характерной особенностью строения древесины хвойных пород являются смоляные ходы, которые представляют собой тонкие узкие каналы, заполненные смолой. Различают смоляные ходы вертикальные и горизонтальные. На поперечном разрезе вертикальные смоляные ходы видны в виде светлых точек, расположенных в поздней древесине годичного слоя, на продольных разрезах – в виде темных штрихов, направленных вдоль оси ствола. Количество и размер смоляных ходов зависят от пород древесины. У сосны они крупные и многочисленные, у лиственницы – мелкие и немногочисленные. Существенного влияния на свойства древесины смоляные ходы не оказывают. В таблицах приложения даны основные макроскопические признаки древесины для определения пород.