Строительные материалы из древесины с общие сведения
Советский Союз обладает самыми большими в мире запасами древесины. Хвойные породы составляют 84 % эксплуатационных запасов. В их числе: лиственница — 37,1 %, сосна—19,3, ель — 16,5, кедр — 8. пихта — 3,1 %. Твердолиствснные породы (дуб, бук, граб, ясень, клен и др.) составляют 2.8 %, а мягколиственные (береза, осина, липа и др.) — 13.2 %. В СССР ежегодно заготавливается около 400 млн. м3 древесины, которая широко используется в различных отраслях народного
По объему использования в разнообразию применения в народном хозяйстве с древесиной не может сравниться ни один материал. Этому способствуют многие ценные свойства древесины: легкость, упру гость и прочность, удобство обработки, возможность получения модифицированной древесины и т. д. Вместе с тем древесина — дорогостоящий материал, недостаточно гнило-стойкий и огнестойкий, и поэтом;- применять ее необходимо с учетом условий работы и экономической целесообразности. В дорожном строительстве, кроме зданий, из-древесины часто изготовляют элементы мостов, железнодорожные . шпалы, дорожные покрытия, опоры линии электропередач и другие сооружения. Древесина — неоднородный анизотропный материал биологического происхождения. Ткань древесины состоит из клеток различного типа, которые в живом растении выполняют 3 функции: механическую, водопроводящую и обмена веществ (в том числе хранение резервных питательных веществ). Каждую функцию выполняют клетки определенной формы.
Древесина представляет собой сложный комплекс как в биологическом, так и в химическом отношениях. Она состоит в основном (99%) из органических веществ. Примерно 70% органических веществ древесины составляют углеводы, около 5(1 % ее массы — целлюлоза (СбНюО5)„. Остальная часть углеводов — нецеллюлозные полисахариды, называемые гемицеллюлозами. Небольшую часть древесины составляют так называемые экстрактивные вещества, т. е. вещества, способные извлекаться из древесины нейтральными растворителями. Это в основном низкомолск) лярные вещества. Основные компоненты древесины — углеводы и лигнин — относятся к высокомолекулярным соединениям.
Cтроение дерева и древесины
Растущее дерево состоит из кроны, ствола и корней. Каждая из этих частей дерева выполняет свои функции и имеет различное промышленное значение. Крону1 составляют ветви и листья (хвоя). Из углекислоты воздуха и воды, получаемой из почвы, в листьях образуются сложные органические вещества, которые необходимы для жизни и роста дерева. Обычно из хвои и листьев подучают витаминную муку', являющуюся ценным кормовым продуктом для птиц и животных, а из ветвей — сырье для производства дрсвесно-волок-нистых плит. Ствол содержит до 50...90 % древесной массы всего дерева. Он служит основным проводником и хранителем питательных веществ, а также служит для размещения и удержания на нем кроны. Ствол дерева имеет главное промышленное значение. Верхнюю часть ствола называют вершиной, нижнюю толстую часть — комлем. Корни подводят воду' с растворенными в ней минеральными веществами к стволу, удерживают ствол дерева в вертикальном положении, а также являются местом хранения запасных питательных веществ. Их используют в качестве второстепенного топлива, а пни и крупные корни сосны служат сырьем для прлучбНШ канифоли и скипидара.
При распиловке ствола дерева в разных местах и направлениях получаются разрезы с различными рисунками (текстурой). Разрез, перпендикулярный к оси ствола, образует тооповую плоскость: пшхоляший чепеч сеплиейину ствола —
радиальную, а сделанный на некотором расстоянии от нес — тангенциальную плоскость (рис. 13.1). На поперечном разрезе ствола (рис. 13.2) можно видеть сердцевину', кору и древесину с се годичными слоями. Сердцевиной называют центральную часть ствола. Она имеет рыхлую ткань диаметром 2...5 мм. Кора дерева состоит из внешнего слоя ■— корки и внутреннего слоя — луба, который проводит растворенные в воде органические вещества, образованные (синтезированные) в листьях, вниз по стволу-. Корка предохраняет дерево от повреждений. Между корой и древесиной расположен очень тонкий слой живых клеток — камбий. Клетки камбия путей деления ежегодно формируют новые слои древесины и коры.
Различают макро- и микростросние древесины. Макростроснис древесины — признаки структуры стволовой древесины, различимые невооруженным глазом или с помощью лупы 3... 10-кратного увеличения. Анализ макроструктуры производится на поперечном, радиальном и тангенциальном разрезах. На поперечном разрезе можно выделить заболонь, ядро (спелая древесина) и сердцевину-. Ядро обычно имеет темную окраску, а заболонь — светлую. К ядровым породам относятся: сосна, лиственница, кедр, тисе, дуб. ясень, ильм, рябина, ива и другие,
а кпбезъядровым ■— ель. пихта, береза, осина, липа, бутс ольха, граб, клен, самшит и др. Безъядровыс породы по степени влажности древесины центральной и периферической частей ствола разделяют на заболонные и спслодревесныс. У заболонных (березы, ольхи, граба, клена, самшита и др.) влажность распределяется равномерно по торцу- ствола, у спслодрсвесных (ели, пихты, бука, осины) в центральной части ствола влажность меньше, чем в периферической. Характерными для макроструктуры древесины являются годичные слои. Каждый годичный слой у большинства пород состоит из внутренней (ранней) и наружной (поздней) частей. На поперечном разрезе годичные слои представляют собой концентрические окружности; на радиальном они имеют вид параллельных прямых, а на тангенциальном — Ц-образныс.
На поперечном разрезе некоторых пород наблюдаются светлые линии, радиально расходящиеся от сердцевины к периферии, которые называются сердцевинными лучами, Они бывают широкими (дуб. бук), узкими (клен. вяз. липа), очень узкими (хвойные породы, оенна. береза и др.). ложноширокими — группа сближенных очень узких и узких лучей (граб, ольха и др.).
На поперечном разрезе дуба, ясеня и других лиственных пород отчетливо видны отверстия различных размеров — поперечные сечения сосудов, выполняющих проводящие функции. По их расположению породы подразделяются на кольцссосудистые и расссяпнососудистыс .Наличие сосудов гак
анатомических эле ментов микростросния присуще только лиственным породам. Хвойные породы на 90...95 % состоят из трахеидволокнистых клеток длиной 3...5 мм. Для древесины некоторых хвойных пород (кедра, сосны, лиственницы и ели) характерны вертикальные и горизонтальные смоляные ходы, которые обычно заполнены смолой.
При рассмотрении древесины хвойных и лиственных пород под микроскопом можно увидеть, что она состоит из мельчайших частиц — клеток, преимущественно мертвых. Клеточная оболочка состоит из органического вешества— клетчатки, или целлюлозы. По мерс развития клетки изменяется строение се оболочки и размер, происходит одревеснение или опробковение. Одревеснение — результат образования в клеточной оболочке особого органического вещества — лигнина, опробковение — появления в оболочках клеток коры суберина. В процессе роста клеточные оболочки утолщаются, при этом остаются неутолщенные места, называемые порами. Поры служат для проведения воды с растворенными питательными веществами из одной клетки в другую. Клетки древесины весьма разнообразны по форме и размерам. Клетки одинакового строения, выполняющие одни и тс же функции, образуют ткани древесины. В зависимости от назначения и вида клеток ткани делятся на проводящие, механические и запасающие. Проводящие ткани состоят из вытянутых тонкостенных анатомических элементов, через которые влага, впитанная корнями, проходит к листьям. Длина этих элементов колеблется в широких пределах — 3...5 мм у хвойных. 100...150 мм — у лиственных пород, а у дуба обнаружены длиной 2...3 м и более. Диаметр водопроводящих элементов у хвойных пород составляет 0.03... 0.04 мм. а у лиственных — до 0,5 мм. Механические ткани состоят из более толстостенных элементов. Они придают прочность и устойчивость растущему- дереву. Чем больше этой ткани, тем плотнее, тверже и прочнее древесина. Механические ткани лиственных пород называют либриформом. Запасающие ткани состоят из коротких запасающих клеток и служат для накопления и хранения питательных веществ.
Особенности микроскопического строения древесины лиственных и хвойных пород обусловливают различие их свойств. Волокна у древесины хвойных пород прямолинейны. Поэтому- у этих пород более высокие показатели прочности при одинаковой плотности. Волокна древесины лиственных пород имеют некоторую извилистость, поэтому она отличается более высокой ударной вязкостью и большей прочностью при скалывании вдоль волокон. Древесина лиственных кольцссосудистых пород лучше гнется, так как в ранней древесине сосуды расположены таким образом, что могут уплотняться без разрушения. В строительстве находят применение вес виды древесных пород. Однако лиственные породы используются реже, так как их древесина уступает по качеству- древесине хвойных пород.
Основными признаками породы являются вид коры, наличие ядра. степень резкости перехода от ядра к заболони, строение и бильные вещества солей железа, имеющихся в воде. Дуб, произрастающий в густом лесу, имеет длинный и прямой ствол с незначительным числом сучьев и поэтому- может использоваться в качестве круглого лесоматериала и для получения пиломатериалов. Ввиду- высокой твердости и износостойкости древесина дуба используется в мостостроении, для изготовления частей зданий и конструкций, паркета, фанеры, в вагоно- и судостроении. Из древесины дуба получают гнутые изделия различного назначения. Отходы его используются для изготовления предметов широкого потребления, а также для дубильно-экстрактного производства. Вяз, как и дуб. относится к ядровой породе. Растет только на европейской территории СССР. Имеет светло-желтую древесину- с высокими прочностью, вязкостью и упругостью и способностью к гнутью. Хорошо противостоит ударным нагрузкам. Длительное время сохраняет свои положительные качества при работе под водой, однако в условиях попеременного увлажнения и высушивания долговечность ее невысокая. Используется в гидротехническом строительстве, для изготовления свай, облицовочной фанеры, рукояток для инструмента и в столярно-мебсльном производстве.