4. Древесина и строительные материалы из древесины

Древесиной называется освобожденная от коры ткань древесных волокон, находящаяся в стволе дерева. Древесина преимущественно состоит из органических веществ, в состав которых входит углерод (до 50%), водород (до 6%),кислород (до 44%) и незначительное количество азота.

Макростроение древесины. Ствол изучают в трех разрезах: торцевом, радиальном и тангентальном. На торцевом разрезе различают главные части: кора, камбий, заболонь, ядро, сердцевина и сердцевинные лучи. Кора – наружный слой дерева, предохраняющий его от повреждений и температурных воздействий. Камбий представляет собой клетки между корой и древесиной, способные к делению и росту. Деление клеток камбия начинается весной и заканчивается осенью. Поэтому древесина ствола состоит из ряда концентрических годовых колец. Заболонь состоит из клеток более молодой древесины, окружающих ядро (или спелую древесину). Ядро (или спелая древесина) – внутренняя часть дерева. Древесина ядровой части ствола обладает большой прочностью и стойкостью к загниванию. Сердцевинная трубка представляет собой рыхлую первичную ткань, которая состоит из тонкостенных клеток, имеет малую прочность и легко загнивает. Поэтому сердцевина нежелательна в тонких брусках и столярных изделиях, т.к. она постепенно выкрашивается. Сердцевинные лучи выглядят как темные штрихи. Они служат для перемещения питательных веществ и сохранения их запаса на зиму.

Свойства древесины

Влажность. Влажность свежесрубленного дерева может составлять более 100%. С возрастом дерева влажность уменьшается. Свойства древесины зависят от ее влажности. Поэтому все определения проводят при стандартной влажности, принятой равной 12%.

Усушка. Величина усушки зависит от направления по отношению к волокнам, а также от плотности. Чем плотнее древесина, тем выше усушка. Усушка вдоль волокон составляет до 0,1%, радиальная усушка до 6%, а тангентальная усушка до 12%, что вызывает коробление изделий.

Водопоглощение. Оно обратно пропорционально плотности и прямо пропорционально пористости. Водопоглощение происходит в основном через торцевую поверхность.

Плотность. Истинная плотность древесины равна 1,54 г/см³. Средняя плотность зависит от породы древесины. По средней плотности древесина подразделяется на:

- особо легкую (ρ_о<0,45 г/см³) – кедр, пихта;

- легкую (ρ_о= 0,45…0,60 г/см³) – ель, сосна, осина, липа, тополь, каштан, вяз, ольха;

- среднюю (ρ_о= 0,61…0,75 г/см³) – береза, лиственница, бук, дуб, ясень, груша, клен, платан;

- тяжелую (ρ_о= 0,76…0,90 г/см³) – граб, можжевельник;

- очень тяжелую(ρ_о > г/см³) – кизил, самшит, хурма, железное дерево.

Теплопроводность. Теплопроводность древесины незначительная. Она зависит от направления волокон, плотности, влажности и температуры. Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек волокон.

Прочность. Прочность древесины также зависит от направления волокон. Так, предел прочности при сжатии вдоль волокон выше (30…80 МПа), чем поперек волокон (4…16 МПа). Предел прочности древесины при изгибе и растяжении выше предела прочности при сжатии вдоль волокон в 2…3 раза.

Твердость. Твердость древесины определяется по методу Бринелля по диаметру отпечатка на поверхности. Она пропорциональна плотности и обратно пропорциональна влажности. По твердости древесина бывает:

- очень твердая – граб, самшит, груша, кизил, железное дерево, эбеновое дерево;

- твердая – лиственница, береза, бук, вяз, дуб, ясень, орех, клен;

- мягкая – ель, липа, сосна, осина, пихта, кедр, можжевельник, тополь, ольха.

Биологическая стойкость. Она отражает стойкость древесины к загниванию. Наиболее стойкой по отношению к биологической агрессии считают древесину тиса, каштана, дуба, лиственницы. К среднестойкой относят древесину сосны и кедра, к малостойкой – березы, бука, осины, липы, клена.

Способы защиты древесины от гниения и возгорания

Защита древесины от гниения. Гниение представляет собой разложение древесины под действием дереворазрушающих грибов и микроорганизмов. Способы предотвращения гниения имеют своей целью создание условий, неблагоприятных для развития дереворазрушающих грибов. Для предотвращения гниения древесины ее обрабатывают антисептиками, которые должны быть безвредными для людей и животных. Они не должны понижать прочность древесины и вызывать коррозию металлических креплений. Существуют водорастворимые антисептики , маслянистые антисептики и антисептические пасты.

К водорастворимым антисептикам относятся следующие вещества.

Фтористый натрий- NaF – представляет собой водный 2…3% раствор. Обладает высокой токсичностью по отношению к дереворазрушающим грибам, микроорганизмам, и насекомым.

Кремнефтористый натрий- NaSiF₆ – применяется в виде водного 2% раствора, иногда вместе с фтористым натрием. Также входит в состав антисептических паст.

Хлористый цинк – ZnCl₂ – применяют в виде водного 5% раствора, т.к. при более высоких концентрациях вызывает коррозию металла.

Медный купорос- CuSO₄·5H₂O – используют в виде водного 10% раствора. Может входить в состав комбинированных препаратов.

К маслянистым антисептикам относятся следующие материалы.

Антраценовое масло – продукт перегонки каменноугольного дегтя, обладающий высокой токсичностью и резким запахом.

Креозотовое масло – получают дистилляцией каменноугольного дегтя, применяют в подогретом до 50…60^оС виде. Не оказывает вредного действия на древесину и металл, является самым лучшим антисептиком для шпал, деревянных столбов, опор, мостов и др.

Антисептические пасты используют как обмазки для защиты от гниения деревянных конструкций при повышенной влажности воздуха, а также находящихся в грунтах. К антисептическим пастам относятся следующие составы.

Битумная паста – ее готовят из расплавленного битума, зеленого масла, фтористого натрия и торфа. В отличие от водорастворимых антисептиков, обладает водостойкостью.

Силикатная паста - состоит из кремнефтористого натрия, жидкого стекла, воды и каменноугольного масла. Водостойкость ее ниже, чем у битумных паст.

Защита древесины от возгорания. Древесина относится к сгораемым материалам. Для защиты древесины от сгорания используют вещества, называемые антипиренами, или огнезащитные красочные составы.

Защитное свойство антипиренов связано с тем, что некоторые из них при пожаре плавятся и древесина покрывается пленкой, затрудняющей доступ кислорода. Другие антипирены при нагревании выделяют негорючие газы, снижающие концентрацию кислорода возле конструкции. К ним относятся фосфорнокислые и сернокислые соли аммония, а также бура – борнонатриевая соль. Растворы антипиренов применяют для поверхностной обработки и пропитки древесины.

Огнезащитные красочные составы состоят из связующего (жидкого стекла), наполнителя (кварцевого песка) и щелочестойкого пигмента – охры и др. При пожаре краска пузырится, и образующийся пористый слой замедляет нагревание древесины.

Строительные изделия из древесины

Круглые лесоматериалы. Они представляют собой отрезки стволов деревьев с обрубленными сучьями с корой или без нее. В зависимости от диаметра ствола различают:

- бревна, имеющие диаметр более 12 см и длину 3…6,5 м;

- подтоварник, имеющий диаметр 8…11 см;

- жерди, имеющие диаметр 3…7 см.

Пиломатериалы. Их получают путем продольной распиловки пиловочных бревен. К ним относятся:

- доски, имеющие толщину 100 мм и менее, причем их ширина должна в 3 и более раза превышать толщину;

- бруски – имеют толщину менее 100 мм, но в отличие от досок ширина их меньше трехкратной толщины;

- брусья – имеют ширину и толщину выше 100 мм.

- шпалы – имеют длину 2,5…2,7 м для широкой колеи и 1,35…1,8 м для узкой колеи.

Полуфабрикаты и изделия из древесины. Они представляют собой следующие изделия:

- строганные и шпунтовые доски и бруски, имеющие на одной кромке шпунт, анна другой – гребень для плотного соединения элементов;

- фрезерованные изделия в виде плинтусов, поручней, наличников и других изделий;

- паркет планочный и щитовой, а также паркетная доска. Паркетные планки изготавливаются из твердых пород – дуба, бука, ясеня и др. Щитовой паркет имеет основание из досок или брусьев, на которое наклеены паркетные планки. Паркетные доски состоят из реечного основания, на которое наклеены паркетные планки, а на кромках имеются пазы и гребни для плотного соединения при настилке пола;

- столярные изделия в виде оконных и дверных коробок с вмонтированными в них оконными переплетами и дверными полотнами.

Фанера. Ее получают из слоев древесного шпона, склеенных под большим давлением синтетическими клеями. Фанера бывает декоративной - односторонней или двухсторонней, покрытой текстурной бумагой или шпоном из ценных пород дерева. Бакелизированную фанеру получают пропиткой различными смолами – формальдегидными, карбамидными и др.

Клееные конструкции. Они обладают высокой прочностью и не имеют многих пороков обычной древесины. Клееные деревянные конструкции применяются при изготовлении большеразмерных изделий и конструкций (балки, блоки, арки, фермы и др.).