Строительные материалы. Часть 1. 2013

I II

Рисунок 9 – Строение ствола дерева16. I – Основные разрезы ствола: 1 – поперечный; 2 – радиальный; 3 – тангенциальный. II – Cтроение ствола дерева на поперечном разрезе: 1 – сердцевина; 2 – сердцевинные лучи; 3 – ядро; 4 – кора; 5 – луб; 6 – заболонь; 7 – камбий; 8 – годичное кольцо

волокнистого строения древесину изучают на трех главных разрезах ствола (рисунок 9):

–поперечном (или торцовом) (1) – в плоскости, перпендикулярной оси ствола

инаправлению волокон;

–радиальном (2) – в плоскости, проходящей вдоль оси ствола через сердцевину (по радиусу или диаметру);

–тангенциальном (3) – в плоскости, проходящей параллельно оси ствола на некотором расстоянии от сердцевины (по хорде).

Таковы короткие и однозначные определения трёх основных разрезов, по которым изучают строение древесины. Однако в литературе встречаются более громоздкие определения, которые, возможно, следует давать в федеральных тестах (см. демонстрационный вариант интернет-экзамена):

–радиальный разрез – это продольный разрез, проходящий через сердцевину

16 http://les.novosibdom.ru/node/4

42

ствола по радиальному направлению вдоль волокон древесины и перпендикулярно касательной к годичному слою древесины в точке касания.

– тангенциальный разрез – это продольный разрез, проходящий на некотором расстоянии от сердцевины вдоль волокон древесины по касательной к годичному слою.

На разрезах различаются следующие основные части ствола: кора, кам-

бий, заболонь, ядро, годичные кольца, сердцевинные лучи, и сердцевина.

Кора (4) – предохраняет дерево от потери влаги, резких колебаний температуры, механических повреждений, проникновения болезнетворных микроорганизмов. Кора состоит из наружной кожицы (молодое дерево) или корки (наружных покровных наслоений у старых деревьев) и пробковой ткани.

Луб (5) – является внутренней частью коры и служит для перемещения питательных веществ из кроны в ствол и корни, в нём откладываются запасы этих веществ.

Камбий (7) – очень тонкий слой живых клеток. Ежегодно в вегетативный период камбий откладывает в сторону коры клетки луба, а внутрь ствола, в значительно большем объеме, – новые клетки древесины. Только в камбии происходит образование новых клеток и ежегодный прирост дерева по толщине, в результате чего образуются слои, видимые на поперечном разрезе как годичные кольца.

Годичное кольцо (8) – прирост древесины за год, состоящий из двух слоёв: ранней древесины, образующейся весной или в начале лета, и поздней древесины, которая образуется в конце лета. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но тонкостенных клеток. Поздняя древесина более темного цвета, менее пориста и обладает большой прочностью, так как состоит из мелкополостных клеток с толстыми стенками.

Заболонь (6) – молодая древесина содержащая живые клетки, располагается сразу за камбием, служит для проведения воды с растворёнными в ней минеральными веществами вверх по стволу (из корней в крону) и для отложения запасов этих питательных веществ. Заболонь имеет большую влажность, относительно легко загнивает, менее прочна, обладает большой усушкой и склонностью к короблению.

Ядро (3). У отдельных пород деревьев средняя часть древесины имеет более темную окраску – ядро. Такие породы древесины называют ядровыми (со-

43

сна, лиственница, кедр, дуб, ясень и др.). Ядро состоит из отмерших клеток, пропитанных у хвойных пород смолой, а у лиственных – дубильными веществами, которые предотвращают загнивание отмерших клеток ядра. Движение влаги в ядре прекращается, она становится более плотной, твердой, прочной. Ядро не содержит живых клеток и не принимает участия в физиологических процессах, но обеспечивает прочность стволу дерева.

Породы, у которых нет явного различия между периферической и центральной частью ствола, называются безъядровыми. Безъядровые породы, в свою очередь, подразделяются на спелодревесные и заболонные.

Успелодревесных пород центральная часть ствола имеет одинаковые свойства и строение с периферической но отличается меньшим содержанием воды. Спелую древесину имеют ель, пихта, бук, липа и др.

Узаболонных пород строение древесины одинаковое по всей толщине. Восходящее сокодвижение у таких деревьев также происходит по всей толщине ствола (береза, осина, ольха, клен).

Молодые деревья всех пород не имеют ядра и состоят из одной заболони. Лишь с течением времени заболонная древесина переходит в ядровую и образуется ядро.

Сердцевина (1) – тонкая центральная часть ствола диаметром 2–5 мм более тёмного или более светлого, чем у окружающей древесины цвета. Сердцевина состоит из крупных и тонкостенных, слабо связанных между собой рыхлых клеток. Эта часть ствола является наиболее слабой.

Сердцевинные лучи (2) – это штрихи или полоски разной ширины, размеров и формы, идущие от сердцевины в радиальном направлении и служащие для проведения воды, воздуха и питательных веществ из внешних слоёв к внутренним. Они имеются у деревьев всех пород, только у некоторых неразличимы невооруженным глазом. Сердцевинные лучи понижают прочность древесины.

Основные породы древесины, применяющиеся в строительстве

Сосна. Древесина сосны мягкая, прочная, легко обрабатывается. Широкое распространение и хорошие свойства выдвигают сосну на первое место среди хвойных пород. Сосна применяется в строительстве в виде круглого леса и пиломатериалов, из нее изготавливают готовые строительные конструкции и столярные изделия, она используется для производства фанеры.

44

Ель применяют в строительстве в большом количестве, в тех же направлениях, что и сосну. Ель имеет древесину менее смолистую и более легкую, чем у сосны при высоких прочностных показателях. В сырых местах быстро загнивает. Вследствие большого количества твердых сучков ель трудно обрабатывать.

Лиственница имеет плотную, твердую и прочную древесину, благодаря высокой смолистости менее подвержена гниению, чем древесина сосны и ели. Поэтому лиственница особенно ценится в гидротехническом строительстве и мостостроении, из неё также делают фанеру.

Кедр имеет мягкую и легкую древесину, ее механические свойства ниже, чем у сосны. Применяют в виде круглого леса и пиломатериалов, для столярных изделий и мебели.

Пихта представляет собой древесину, сходную с древесиной ели, но ещё менее стойкую к загниванию, поэтому ее не применяют во влажных условиях эксплуатации.

Лиственные породы. Среди многообразия лиственных пород наибольшее применение в строительстве нашли дуб, ясень, бук, береза, осина.

Дуб обладает тяжелой, плотной, твердой и очень прочной древесиной, она хорошо сохраняется как на воздух, так и под водой. Дуб применяют в ответственных конструкциях в гидротехнических сооружениях, мостостроении. Из дуба делают высококачественный паркет, фанеру и мебель.

Ясень имеет тяжелую, твердую и несколько менее прочную древесину, чем дуб. Благодаря красивой текстуре применяется в мебельном производстве и столярно-отделочных работах.

Бук имеет плотную и прочную, но относительно легко загнивающую древесину. Его применяют для изготовления паркета, фанеры, высококачественных столярных изделий и мебели.

Береза имеет твёрдую, тяжелую и прочную древесину, но относительно легко загнивает в сырых и плохо вентилируемых местах. В больших количествах используется для изготовления фанеры, в качестве столярных изделий и отделочных материалов, благодаря тому, что ее легко имитировать под ценные породы. Для отделочных работ особую ценность представляет карельская береза.

Осина имеет мягкую и легкую древесину. Во влажном состоянии быстро загнивает. Применяется для изготовления фанеры, древесных плит.

45

Свойства древесины

Как строительный материал, древесина обладает рядом положительных свойств:

–достаточно высокой прочностью, составляющую 35–55 МПа при сжатии и 55–120 МПа при изгибе;

–легкостью – средняя плотность у самых распространенных пород равна

450–650 кг/м3;

–низкой теплопроводностью – в среднем 0,17 Вт/(м°С) поперек волокон и 0,35 Вт/(м°С) вдоль волокон.

Вблагоприятных условиях эксплуатации деревянные постройки и строительные детали долговечны, сохраняются несколько сотен лет. К достоинствам древесины относится также легкость обработки и простота скрепления деталей друг с другом с помощью врубок, гвоздей, клея и т.д.

Наряду с положительными свойствами древесина обладает многими недостатками, которые необходимо учитывать при изготовлении и эксплуатации материалов. К числу этих недостатков относятся:

–анизотропность – неоднородность строения, обусловливающая различие прочности и некоторых физических свойств вдоль и поперек волокон;

–значительная усадка и разбухание при изменении влажности, вызывающие коробление, деформации деревянных деталей, конструкций;

–способность к загниванию;

–легкая воспламеняемость и сгораемость;

–наличие около двухсот разновидностей пороков.

Всвязи со сказанным, сорт древесины, ее пригодность для тех или иных материалов и изделий определяют не по прочности, как у большинства строительных материалов, а по характеру, размеру и количеству пороков.

Пороки древесины

Согласно ГОСТ 2140–81 все пороки разделены на девять групп. В каждую группу входят несколько видов пороков, для некоторых пороков указаны их разновидности. Часть пороков характерна только для круглых лесоматериалов (брёвен и др.), другие пороки свойственны только пилопродукции (доскам, брусьям, заготовкам), третьи – шпону. Есть пороки, которые встречаются у

46

двух или всех трёх видов материалов из древесины.

1. Сучки (рисунок 10) – неизбежный порок древесины, связанный с биологией дерева, они ухудшают ее внешний вид, нарушают однородность строения, затрудняют механическую обработку, снижают прочность древесины при растяжении вдоль волокон и изгибе. Наибольший вред несут нездоровые сучки, дополнительно к вышеперечисленным недостаткам способствуют загниванию древесины или к получению полностью непригодных материалов.

1 2 3 4

Рисунок – 10. Некоторые разновидности сучков17: 1 – здоровый; 2 – гнилой; 3 – трухлявый; 4 – выпадающий

2. Трещины (рисунок 11) – продольное расслоение, разрыв древесины в процессе роста дерева (метик, отлуп, морозобойные, от ударов молний) или в процессе сушки брёвен или пиломатериалов (трещины усушки). Метик – внутренняя радиальная, продольная трещина, проходящая через сердцевину ствола, но не доходящая до его периферии. Отлуп – внутренняя трещина, идущая по годовому слою, вызывается действием мороза. Морозобоина – наружная продольная открытая трещина со вздутиями или гребнями по краям, образовавшаяся от мороза. Трещины усушки образуются в случае быстрого высыхания древесины и распространяются от поверхности вглубь.

17 ГОСТ 2140-81 Видимые пороки древесины. Классификация, термины и определения, способы измерения

47

Рисунок 11 – Виды трещин: 1 – метик и 2 – отлуп18; 3 – морозобоина; 4 – трещины усушки

3. Пороки формы ствола (рисунок 12) – сбежистость (постепенное уменьшение диаметра ствола), закомелистость (резкое увеличение диаметра ствола у основания дерева), кривизна ствола, овальность (овальное поперечное сечение ствола), наросты на стволе.

е

ж

Рисунок 12 – Пороки формы ствола: а – сбежистость; б и в –закомелистость;

ги д – кривизна19; е – овальность20; ж – нарост21

4.Пороки строения древесины. Существует 14 таких пороков, среди которых часто встречаются следующие:

Наклон волокон – отклонение направления волокон от продольной оси (рисунок Д).

Свилеватость – извилистое или беспорядочное расположение волокон древесины (рисунок 13).

18http://stroyisdat.ru/index.php/somi/prirodnie-materiali/6-lesnye-porody

19http://msd.com.ua/str/10.html

20http://www.lecinfo.ru/?paged=18

21http://forest.geoman.ru/forest/item/f00/s01/e0001790/index.shtml

48

а б Рисунок 13 – Пороки древесины: а – наклон волокон22; б – свилеватость23

Крень – одностороннее увеличение ширины поздней зоны годичных слоёв хвойных пород (рисунок Е). Возникает в процессе роста дерева в зоне сжатия наклонённого ствола. От кратковременного изгиба ствола образуется местная крень (дугообразных участки темноокрашенной древесины) (рисунок Е). Сплошная крень возникает при длительном изгибе и вызывает смещение сердцевины в сторону, противоположную крени.

Двойная сердцевина наблюдается в районе разветвления стволов. На поперечном разрезе видны две сердцевины с самостоятельными годичными слоями, окруженные затем единой системой годичных слоев (рисунок 14).

22http://forest.geoman.ru/forest/item/f00/s01/e0001786/index.shtml

23http://forest.geoman.ru/forest/item/f00/s02/e0002503/index.shtml

49

а б Рисунок 14 – Пороки древесины: а – местная и сплошная крень24; б – двойная

сердцевина25

Кармашек – полость внутри или между годичных слоев, заполненная смолой (рисунок 15).

Сухобокость – отмершей в процессе роста дерева (при механическом повреждении, пожаре и т.д.) участок боковой поверхности ствола (рисунок 15). После повреждения дерево продолжает расти, и вокруг сухобокости образуются наплывы (валики) древесины.

Рисунок 15 – Пороки строения древесины: д – кармашек26; е – сухобокость27

5.Химические окраски. Ненормальные окраски, возникающие в срубленной древесине в результате развития химических и биохимических процессов, в большинстве случаев связанные с окислением дубильных веществ. Химические окраски равномерны по цвету и расположены обычно в поверхностных слоях древесины (1–5 мм). При высыхании древесины они часто в большей или меньшей степени выцветают. Химические окраски не влияют на физикомеханические свойства древесины, но портят внешний вид облицовочных материалов.

6.Грибные поражения – участки древесины, подвергшиеся воздействию

24http://forest.geoman.ru/forest/item/f00/s01/e0001303/index.shtml

25http://www.wood win.ru/gost/gost 2140 81.asp#i1581161

26http://www.iva-auto.ru/axion/standarts/tunpdid.html

27http://forest.geoman.ru/forest/item/f00/s02/e0002737/index.shtml

50