Вопрос 36-37

Древесина обладает рядом положительных свойств. К достоинствам этого материала, объясняющим причины широкого использования ее в строительстве, относятся, во-первых, достаточно высокая прочность — при сжатии предел прочности составляет 35... 70 МПа, при растяжении и изгибе пределы прочности, равны 80... 120 МПа; во-вторых, легкость — средняя плотность древесины составляет примерно 400...600 кг/м3 (у самых распространенных пород— сосны, ели, лиственницы, дуба).

Сочетание высокой прочности и легкости обеспечивает высокий коэффициент конструктивного качества (ККК) древесины. Этот коэффициент равен отношению предела прочности при сжатии материала к его средней плотности. У древесины этот коэффициент равен 0,7 и выше, тогда как у кирпича 0,06...0,15, у стали марок 3 и 5 — от 0,5 до 1,0.

Но древесина обладает и некоторыми недостатками, ограничивающими области ее применения: анизотропностью, т. е. неоднородностью ее структуры и свойств в разных направлениях; повышенной гигроскопичностью. Оба эти недостатка приводят к неравномерному набуханию, короблению и растрескиванию пиломатериалов из древесины. К недостаткам относятся также загни-ваемость в переменно-влажностных условиях; легкая возгораемость, наличие разнообразных пороков, снижающих сортность древесных материалов. Большинство этих недостатков возможно преодолевать техническими мероприятиями и созданием благоприятных условий при эксплуатации конструкций из древесины.

Строительным материалом является только определенная часть ствола дерева — древесина. Дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны (совокупность ветвей, листьев, хвои). Ствол составляет 70...90% от всего объема дерева и имеет слоисто-волокнистую структуру, т. е. анизотропное строение.

Строение древесины изучают на трех разрезах ствола — поперечном, или торцевом, радиальном, проходящем через ось ствола, и тангенциальном, параллельном оси ствола. Ствол состоит из следующих структурных элементов. Кора состоит из корки и луба. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни. Кора составляет от 6 до 25% объема дерева.

Камбий, расположенный под лубом,— тонкий кольцевой слой живых клеток, способных к делению и росту; большая их часть откладывается в сторону древесины, меньшая — в сторону луба. Древесина является основной частью ствола и находится под камбиальным слоем. По ней поднимается вода от корней в крону.

Сердцевина, или сердцевинная трубка, — примерно в центре ствола вдоль его оси является рыхлой первичной малопрочной тканью.

Древесина состоит из концентрически расположенных годичных слоев. Каждый годичный слой представлен ранней (весенней) и поздней (летней) древесиной. Ранняя древесина образуется весной и в начале лета, поздняя — летом и в начале осени. Чередуясь, ранняя и поздняя древесина создают слоистость в строении дерева. Летняя древесина является более плотной, чем весенняя.

По радиальным направлениям в виде узких полосок проходят так называемые сердцевинные лучи, чаще невидимые простым глазом; они видны у дуба, бука, клена и некоторых других пород дерева.

Лиственные породы имеют водопроводящие сосуды, которые проходят вдоль оси ствола в древесине и на поперечном разрезе видны их только сечения разной формы. В некоторых породах они крупные и хорошо видны, образуя как бы кольца. Такие породы называют кольцесосудистыми—дуб, ясень, вяз. Породы с мелкими, беспорядочно расположенными сосудами называют рассеянно-сосудистыми — береза, осина, липа, клен, ольха, бук.

В разном возрасте внутренняя часть древесины ствола некоторых пород приобретает более темную окраску, что объясняется выделением в эту древесину дубильных и красящих веществ. Такая древесина называется ядровой или ядром, а породы, имеющие ядро, называются ядровыми. К ним относятся: из хвойных пород — сосна, лиственница, кедр; из лиственных — дуб, ясень, вяз. Периферийная, неокрашенная часть древесины — заболонная (заболонь).

В породах, в которых отсутствует ядро, имеется только заболонь; они называются заболонными: береза, липа, клен, граб и др. Различают еще одну разновидность пород — спелодревесные, которые имеют спелую древесину в центральной части ствола (более сухую, чем остальная), заболонь одинаковой со спелой древесинной окраской. К ним относятся ель, пихта, бук, осина. Древесина ядра имеет пониженную влажность и повышенные стойкость против загнивания и прочность по сравнению с древесиной заболони. У многих хвойных пород (сосна, ель, лиственница, кедр и др.) присутствуют смоляные ходы, представляющие собой тонкие каналы в древесине, заполненные смолой. Они отсутствуют у пихты, можжевельника, тисса. Смоляные ходы бывают вертикальными и горизонтальными, сообщающимися друг с другом. Простым глазом можно рассмотреть только вертикальные смоляные ходы. Смола повышает стойкость древесины против гниения.

Хвойные породы.В строительстве зданий и инженерных сооружений применяются главным образом хвойные породы, как обладающие высокими техническими свойствами и более распространенные. По значимости и объемам применения их можно расположить в следующем убывающем порядке: сосна, ель, лиственница, пихта и кедр.

Сосна — ядровая порода, имеющая смоляные ходы. Различают две разновидности сосны: рудовая — растет на сухих песчаных и супесчаных грунтах, имеет мелкослойную плотную древесину; мяндовая—растет в низких местах на суглинистых почвах, имеет крупные годичные слои со значительным содержанием ранней (рыхлой) древесины. Сосна имеет невысокую среднюю плотность и сравнительно высокую прочность, например предел прочности при сжатии вдоль волокон около 50 МПа.

Ель — порода спелодревесная, имеет незначительное количество смоляных ходов, менее стойкая против загнивания, чем сосна. Средняя плотность и прочность ели несколько ниже, чем у сосны. Вследствие большей ее сучковатости и повышенной твердости сучков по сравнению с сосной древесина ели труднее обрабатывается. Ее применяют в строительстве и как сырье в целлюлозно-бумажной промышленности.

Лиственница — ядровая порода, имеющая мелкие немногочисленные смоляные ходы, обладает высокой плотностью, стойкостью против загнивания и прочностью. По физико-механическим свойствам она превосходит все хвойные породы. Широко применяется в гидротехническом строительстве и мостостроении.

Пихта — спелодревесная порода с широкими годичными слоями, не имеет смоляных ходов; менее стойкая против загнивания и менее прочная, чем сосна. По некоторым физико-механическим свойствам отдельные виды пихты не уступают ели. Применяется наравне с елью.

Кедр — ядровая порода, имеет смоляные ходы; по физическим свойствам и прочности он приближается к сосне. Кедр имеет мягкую, легкую, легкообрабатываемую древесину.

Лиственные породы

Из группы кольцесосудистых пород наибольшим применением в строительстве пользуются дуб, ясень и вяз.

Дуб — ядровая порода с широкими и узкими сердцевинными лучами. Эта порода отличается красивой текстурой и цветом древесины в срезах. Имеет высокие показатели стойкости против гниения, твердости, прочности (при сжатии вдоль волокон около 60 МПа) и вязкости, обладает способностью к загибу. Применяется в качестве отделочного материала, в конструкциях гидротехнического строительства и в мостостроении, а также для изготовления фанеры, паркета и мебели.

Ясень — ядровая порода, по текстуре напоминает дуб, но с узкими сердцевинными лучами, невидимыми простым глазом. По стойкости против гниения и прочности несколько уступает дубу. Применяется в качестве отделочного материала, при изготовлении мебели и др.

Вяз — ядровая порода, имеет плотную, вязкую, твердую и прочную древесину, хорошо поддается загибу. По физико-механическим свойствам уступает дубу. Из группы рассеяннососудистых наибольшее распространение имеют мягкие — береза, осина, ольха, липа; твердые — бук, граб, клен.

Береза — заболонная порода. Древесина имеет высокие среднюю плотность, вязкость и прочность, но низкую стойкость против загнивания. По физико-механическим свойствам береза уступает Дубу, но имеет более высокую прочность при ударном изгибе.

Осина — спелодревесная порода. Древесина легкая, малостойкая против загнивания, по прочности уступает березе.