- •12 Строительные материалы и изделия из силикатных расплавов
- •12.1 Общие сведения
- •12.2 Сырьевые материалы
- •12.3 Производство стекла
- •12.4 Свойства строительных стекол
- •12.5.1 Листовое строительное стекло
- •12.5.2 Светопропускающие изделия из стекла
- •12.5.3 Облицовочные изделия из стекла
- •12.5.4 Стеклянные трубы
- •12.6 Изделия из шлаковых расплавов
- •12.7 Стеклокристаллические материалы
- •13 Лесные материалы (материалы
- •13.1 Общие сведения
- •13.2 Породы деревьев
- •13.3 Строение дерева
- •13.4 Химический состав древесины
- •13.5 Свойства древесины
- •13.5.1 Физические свойства
- •13.5.2 Технологические свойства
- •13.5.3 Эксплуатационные свойства
- •13.6 Пороки древесины
- •13.6.1 Сучки
- •13.6.2 Трещины
- •13.6.3 Пороки формы ствола и строения древесины
- •13.6.4 Химические окраски
- •13.6.5 Грибные поражения
- •13.6.6 Разрушение древесины насекомыми
- •13.7 Защита древесины от разрушения
- •13.7.1 Защита древесины от гниения
- •13.7.2 Защита древесины от насекомых
- •13.7.3 Производственная профилактика
- •13.7.4 Эксплуатационная профилактика
- •13.7.5 Защита древесины от возгорания
- •13.8 Материалы и изделия из древесины
- •14 Битумные и дегтевые вяжущие вещества
- •14.1 Битумные и дегтевые вяжущие
- •14.1.1 Общие сведения и классификация
- •14.1.2 Битумы
- •14.1.3 Дегти
- •14.1.4 Отвердевание битумов и дегтей
- •14.2 Материалы на основе битумов и дегтей
- •14.2.1 Битумные и дегтевые эмульсии и пасты
- •14.2.2 Бетоны на битумных и дегтевых вяжущих
- •14.2.2.1 Классификация асфальтобетонов
- •14.2.2.2 Материалы для асфальтобетона
- •14.2.2.3 Свойства асфальтобетона
- •14.2.2.4 Приготовление и укладка асфальтобетонной смеси
- •14.2.2.5 Проектирование состава асфальтобетона
- •14.2.2.6 Дегбетон
- •14.2.3 Кровельные и гидроизоляционные материалы
- •14.2.3.1 Рулонные материалы
- •Основные материалы
- •Безосновные материалы
- •14.2.3.2 Мастики
- •14.2.3.3 Штучные изделия
- •15 Теплоизоляционные и акустические
- •15.1 Теплоизоляционные материалы и изделия
- •15.1.1 Общие сведения и классификация
- •15.1.2 Минеральные теплоизоляционные материалы
- •15.1.3 Органические теплоизоляционные материалы
- •15.2 Акустические материалы и изделия
- •15.2.1 Звукопоглощающие материалы
- •15.2.2 Звукоизоляционные материалы и изделия
- •16 Полимеры и материалы из пластмасс
- •16.1 Общие сведения. Свойства пластмасс
- •16.3 Полимерные связующие (смолы)
- •16.3.1 Полимеризационные смолы
- •16.3.2 Поликонденсационные смолы
- •16.3.3 Смолы, получаемые модификацией
- •16.4 Наполнители и другие составляющие пластмасс
- •16.5 Виды строительных материалов и изделий
- •16.5.1 Материалы для стен
- •16.5.2 Материалы для полов
- •16.5.3 Погонажные изделия
- •16.5.4 Трубы и санитарные изделия
- •16.5.5 Тепло- и звукоизоляционные материалы
- •16.5.6 Кровельные, гидроизоляционные
- •16.5.7 Полимерные бетоны и растворы
- •17 Лакокрасочные материалы и обои
- •17.1 Общие сведения о лакокрасочных материалах
- •17.2 Компоненты лакокрасочных материалов
- •17.2.1 Связующие (пленкообразующие) вещества
- •17.2.2 Пигменты
- •17.2.3 Наполнители
- •17.2.4 Преобразователи ржавчины
- •17.2.5 Вспомогательные материалы
- •17.3 Готовые лакокрасочные материалы
- •17.3.1 Классификация лакокрасочных материалов
- •17.3.2 Лакокрасочные материалы
- •17.3.3 Лакокрасочные материалы
- •17.3.4 Водоэмульсионные краски
- •17.3.5 Лакокрасочные материалы на основе битума,
- •17.3.6 Масляные и алкидные красочные составы
- •17.3.7 Клеевые красочные составы
- •17.3.8 Водные краски на минеральных вяжущих
- •17.3.9 Краски на комбинированных вяжущих
- •17.4 Обои
13.4 Химический состав древесины
Древесина состоит из 49,5 % углерода, 44,08 % кислорода, 0,12 % азота, 6,3 % водорода и 0,2–1,7 % минеральных веществ. Углерод, кислород и водород образуют углеводы.
В углеводную часть древесины входит целлюлоза (40–50 %) и нецеллюлозные полисахариды – гемицеллюлоза (15–30 %). 20–30 % древесины составляют ароматические вещества – лигнин. В состав древесины в количестве 1–3 % входят экстрактивные вещества.
Целлюлоза (С6Н10О5)n – высокомолекулярный углевод со степенью полимеризации от 300 до 6000 и более. Она является основным веществом древесины. При механической обработке распадается на тонкие волоконца – фибриллы, а при химической – на микрофибриллы, имеющих кристаллическую структуру. Волокна целлюлозы имеют высокую прочность на разрыв.
Гемицеллюлоза имеет хаотическое (аморфное) расположение макромолекул со степенью полимеризации 100–200.
Лигнин – природный полимер, представляющий собой высокомолекулярную ароматическую часть. Это аморфное вещество, обогащающее клеточные стенки с эффектом одревеснения.
Экстрактивные вещества извлекаются нейтральными растворителями – водой и органическими растворителями. Это смолы, эфирные масла, дубильные вещества, красители и пр. Они придают древесине цвет, запах, вкус, противостоят гниению.
Таким образом, древесина слагается из двух основных компонентов, в которой волокна целлюлозы имеют высокую прочность на разрыв и хорошо изгибаются, а лигнин объединяет их в единое целое.
13.5 Свойства древесины
13.5.1 Физические свойства
К физическим свойствам относятся: внешний вид, запах, влажность, плотность, электро-, звуко- и теплопроводность, показатели макроструктуры.
Внешний вид древесины определяется цветом, блеском, текстурой и макроструктурой.
Цвет древесины характеризуют обычно определениями – белый, красный, розовый, светло-розовый, черный и реже по атласу или шкале цветов. Цвет древесине придают красящие, дубильные, смолистые вещества, содержащиеся в полости клеток. Так, древесина осины, ели, липы имеют белый цвет, дуба и ясеня – бурый. Дуб, пролежавший длительное время в воде, приобретает коричневый или черный цвет. Древесина ольхи в свежесрубленном состоянии имеет светло-розовый цвет, затем темнеет и приобретает желтовато-красную окраску. Цвет древесины иногда изменяют пропариванием, протравливанием или окрашиванием. Цвет древесины имеет значение при изготовлении столярных изделий, мебели.
Блеск – свойство древесины отражать световой поток, зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевинных лучей. Особым блеском отличается древесина дуба, клена. Блеск может быть усилен полированием, лакированием, вощением.
Текстура – рисунок, получаемый на разрезах древесины. Она зависит от анатомического строения пород деревьев и направления разреза. Красивую текстуру имеет дуб, ясень, клен, древесина с неправильным расположением волокон. Усиливают текстуру нанесением прозрачных лаков. Текстура определяет декоративную ценность древесины при изготовлении мебели, паркетных полов и др.
Запах древесины определяет находившиеся в ней смолы, эфирные масла, дубильные и др. вещества. Так, дуб имеет запах дубильных веществ, сосна, ель – скипидара. По запаху можно определить отдельные породы.
Макроструктура. Ширина годичных слоев влияет на свойства древесины. В хвойных породах отмечается улучшение свойств при наличии в 1 см не менее 3 и не более 25 слоев. У дуба, ясеня годичные слои увеличиваются за счет поздней древесины и поэтому прочность и твердость повышаются.
Влажность. На свойства древесины существенное влияние оказывает ее влажность. Вода в древесине может находиться в трех видах – в свободном состоянии, гигроскопическом и химически связанном. Свободная, или капиллярная, вода заполняет полости клеток и сосудов и межклеточное пространство; гигроскопическая вода находится в стенках клеток и химически связанная вода входит в химический состав веществ.
По степени влажности древесина подразделяется на мокрую, свежесрубленную, воздушно-сухую, комнатно-сухую и абсолютно сухую. Мокрая имеет влажность свыше 100 %, свежесрубленная – 35 % и выше, воздушно-сухая – 15–20 %, комнатно-сухая – 8–12 % и абсолютно сухая – 0 %.
За стандартную влажность условно принята влажность, равная 12 %. Содержание воды в древесине изменяется вследствие ее гигроскопичности и влагоотдачи.
Гигроскопичностью называют способность древесины поглощать из воздуха парообразную воду. Противоположная характеристика гигроскопичности – влагоотдача – способность древесины отдавать воду в окружающую среду. Гигроскопичность и влагоотдача зависит от температуры и относительной влажности воздуха.
Состояние древесины, когда в ней содержится только гигроскопическая вода и отсутствует капиллярная, называется точкой насыщения волокон, или пределом гигроскопичности. Для разных пород деревьев она составляет 25–35 %.
Находясь длительное время в воздухе с постоянной относительной влажностью и температурой, древесина приобретает определенную влажность, которая называется равновесной. В результате изменения влажности происходит усушка или разбухание древесины.
Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Усушка не происходит при испарении свободной и начинается только при удалении гигроскопической воды. Усушка древесины в различных направлениях неодинакова. Вдоль волокон она составляет 0,1–0,3 %, в радиальном направлении – 3–6 % и в тангентальном – 7–12 %. Объемная усушка, выражаемая коэффициентом объемной усушки Ко, составляет 0,2 – 0,75 %.
По величине коэффициента объемной усушки древесные породы подразделяются на малоусыхающие с Ко не более 0,40 % - ель, пихта, кедр; среднеусыхающие с Ко от 0,40 до 0,47 % – дуб, ясень, вяз, ольха, осина, пихта; сильноусыхающие с Ко более 0,47 % – береза, клен остролистный, лиственница. Усушка приводит к появлению щелей между деревянными элементами, образованию трещин.
Набуханием называется способность древесины увеличивать свои размеры при поглощении воды. Набухание вдоль волокон составляет 0,1–0,8, в радиальном направлении – 3–5, в тангентальном – 6–12 %.
Свойства древесины по-разному изменять свои размеры при усушке и набухании приводит к короблению.
Истинная плотность древесины составляет примерно 1530 кг/м3, средняя плотность в зависимости от породы – 350–1100 кг/м3. Ее оценивают при стандартной влажности 12 %. Средняя плотность наиболее распространенных пород приведена в таблице 13.1.
Теплопроводность древесины составляет 0,16–0,3 Вт/(м·оС). Вдоль волокон она в 1,8 раза выше, чем поперек. Влажность повышает теплопроводность.
Звукопроводность древесины вдоль волокон в 16 и поперек волокон в 3–4 раза выше звукопроводности воздуха. Вдоль волокон она составляет 5000, поперек волокон в радиальном направлении – 1450 и в тангентальном – 850 м/с. В связи с высокой звукопроводностью древесины при устройстве деревянных полов, перекрытий следует применять звукоизоляционные материалы.
Механические свойства древесины. К механическим свойствам древесины относят прочность, твердость, деформативность, ударную вязкость. Они зависят от средней плотности, влажности, наличия пороков, приложения нагрузки с учетом строения древесины.
Важнейшей характеристикой древесины является прочность. В деревянных конструкциях древесина работает на сжатие вдоль и поперек волокон, скалывание, изгиб, растяжение.
Древесина различных пород имеет неодинаковую прочность. Среди растущих в Беларуси наибольшую прочность имеет дуб. Предел прочности древесины наиболее распространенных пород приведен в таблице 13.1.
Таблица 13.1 – Физико-механические и технологические свойства древесины
Порода дерева |
Средняя плотность, кг/м3 |
Коэффициент объе- мной усушки, % |
Предел прочности, МПа, вдоль волокон при |
Ударная вязкость, кДж/м2 |
Статическая танген тальная твердость, МПа | |||
растяжении |
сжатии |
скалывании радиальном |
статическом изгибе | |||||
Хвойные: лиственница сосна обык- новенная ель пихта сибирская Лиственные: дуб береза бук ольха осина |
660
500 445
375
690 630 670 520 495 |
0,52
0,44 0,43
0,39
0,43 0,54 0,47 0,43 0,41 |
125
103,5 103
67
123 168 123 101 125,5 |
64,5
48,5 44,5
39,0
57,5 55,0 55,5 44,0 42,5 |
9,9
7,5 6,9
6,4
10,2 9,3 11,6 8,1 6,3 |
111,5
86,0 79,5
68,5
107,5 109,5 108,5 80,5 78,0 |
52
41 39
29
76 93 80 52 84 |
28,4
24,5 17,5
16,7
48 32,4 43,6 27,5 20,1 |
Ударная вязкость – свойство древесины сопротивляться воздействию ударных нагрузок. Показатель ударной вязкости учитывается при применении древесины в конструкциях и деталях испытывающих ударные воздействия. Значения ударной вязкости древесины разных пород деревьев приведены в таблице 13.1.
Твердость – способность древесины сопротивляться проникновению в нее других более твердых тел. Статическая твердость определяется вдавливанием в древесину полусферического наконечника диаметром 1,28 мм.
Статическая твердость древесины в радиальном и тангентальном направлениях примерно одинакова, торцевой поверхности – на 30–40 % больше тангентальной и радиальной.
Твердость влияет на истираемость при эксплуатации дощатых и паркетных полов, на обработку древесины режущими инструментами. Значения твердости приведены в таблице 13.1.