Содержание
Породы, свойства и характеристики древесины как строительного материала
С глубокой древности древесина была основным материалом для строительства и обогрева. Огромные площади лесов давали возможность выбрать из широкого разнообразия пород дерева подходящую для определенного вида использования. Сегодня древесина тоже является самым популярным материалом для использования в разных отраслях промышленности. Без нее не обходится столярное производство, постройка брусовых домов, возведение кровли, постилка полов, изготовление резных скульптур и предметов интерьера.
Древесные породы
В природе существует множество древесных пород, имеющих различные свойства, применяемые в разных сферах промышленности. Чтобы правильно выбрать нужную породу дерева, необходимо знать особенности каждой из них.
Разные виды древесины отличаются один от другого по цвету. Цвет зависит от нескольких факторов: породы дерева, возраста, скорости роста, а яркость цвета — от количества содержащихся в нем красящих веществ. Заболонь дерева имеет более светлый оттенок, чем ядро. Заболонью называют внешнюю часть дерева с живыми клетками. Ядровая часть дерева всегда более темная, где сконцентрировано основное количество дубильных веществ и смол. Ядровые породы деревьев имеют темную древесину, а заболонные – светлую. К ядровым относятся такие распространенные породы деревьев: лиственница, сосна, ясень и другие. У заболонных пород ядровый слой очень узкий и по цвету мало отличается от заболони. К таким породам относится береза, груша, липа, бук, граб и ольха. У клена, ясеня и граба очень светлая древесина, а у березы — белая. В основном из этих пород изготавливают паркетную доску. Желтую древесину имеет самшит. Используется в художественных и декоративных целях. Сосновая древесина при старении приобретает серый оттенок.
Из хвойных пород изготавливают пиломатериалы и другие строительные компоненты, так как они обладают легкой структурой, удобной для обработки. Самой легкой из них является пихта. Большинство используемых хвойных пород, произрастают в нашей местности, поэтому покупателю предоставляется широкий выбор дерева для различных целей по приемлемым ценам.
Самой легкой в мире является древесина бальсы. Она растет в лесах Южной Америки. Использовалось индейцами для изготовления плотов. Оно растет настолько быстро, что не имеет годичных колец. Его структура состоит из сплошной клетчатки, наполненной водой. После просушки древесина стает тверже дубовой, а вес составляет 120 г на 1 куб.м., что в два раза легче коры пробкового дерева. Бальсу используют в самолето- и кораблестроении, также это отличный изоляционный материал.
Змеиное дерево или снейквуд – самое тяжелое и твердое дерево в мире. Произрастает в Гвиане, Гайане и Суринаме. Его плотность составляет 1300 кг на 1 куб.м. Из снейквуда изготавливают декоративные поделки высочайшего качества, ручки для ножей, зонтов, смычки и луки для стрельбы. Материал из этого растения трудно поддается обработке из-за своей твердости, но дает хороший результат при отделке и полировке.
Лиственные породы успешно используются для производства различных видов мебели. Они имеют более темную древесину, широкую палитру цветов, успешно используемую в дизайне элементов мебели и декора.
Качество любого изделия, изготовленного из дерева, зависит от уровня твердости используемого материала. Чем тверже материал, тем выше его износостойкость. Уровень твердости определяется методом Бриннеля. Для этого в поверхность заготовки вдавливают металлический шарик диаметром 10 мм с силой 100 кг. Результат определяется по диаметру углубления и типу деформации. Чем выше показатель коэффициента твердости, тем крепче и тверже порода дерева.
Мягкая древесина
Мягкие сорта древесины с коэффициентом до 40 МПа имеют такие известные лиственные растения: липа, тополь, каштан. Хвойные: ель, сосна, пихта. Все они используются в строительстве, хорошо обрабатываются, из них сооружают стропильные конструкции, изготовляют мебель, окна, двери, мелкие декоративные изделия.
Твердая древесина
Коэффициент твердости от 40.1 МПа до 80 МПа имеют твердые породы, а выше 80 МПа – очень твердые породы древесины. Вершину твердости среди лиственных пород занимает дерево ятоб, растущее в лесах Южной Америки. Дерево имеет кирпично-красный цвет при распиле. Из него производят мебель, паркет, мелкие элементы интерьера. За ятобом по твердости следует сукупира, ярра амазонская, мутения, орех грецкий, ясень, дуб. А из хвойных пород рекорд твердости принадлежит лиственнице, изделия из которой приравниваются к каменным. Твердые сорта деревьев нашли свое применение в изготовлении высокопрочных конструкций.
Свойства древесины различных пород
Структура древесины и толщина ее слоев определяет ее основные свойства.
Свойства древесины зависят от ее структуры и толщины слоев. Структура древесины и толщина ее слоев определяют ее основные физические и механические свойства. Так, самая прочная древесина, обладающая устойчивостью к повреждениям и долговечностью, находится в слоях позднего формирования, называемых заболонью. Это утверждение не относится к лиственнице, у которой ядро вдвое прочнее заболони. Строителям домов из оцилиндрованных бревен нужно знать об этом свойстве, выбирая вид дерева, так как в процессе обработки бревен на станке самая прочная внешняя часть срезается, а оставляется внутренняя, более мягкая часть. Именно неправильный выбор древесины в строительстве может испортить работу и в разы снизить срок эксплуатации объекта.
Существует две основные группы древесных пород: хвойные и лиственные. Рассмотрим характеристики некоторых из них.
Самые известные отечественные хвойные – сосна, кедр, и ель. Очень популярна и легкодоступна древесина сосны. Она имеет ровный ствол, что удобно для распила. Также она имеет большую плотность и прочность, пропитана смолой, которая оберегает ее от загнивания. Из сосны в основном режут доски. Она легко пилится в свежесрубленном состоянии, а при высыхании колется и затрудняет обработку. Сосна является сырьем для получения целлюлозы, кормовых дрожжей. Из нее изготовляют древесноволокнистые плиты, добывают лечебную живицу и биологически-активные вещества.
Кедр по качеству совсем немного слабее сосны. Но он более устойчивый к гниению и не раскалывается при высыхании. Текстура очень нежная, молодая – розовая, поздняя – розово-желтая, незаменима при производстве резных изделий. Из кедровых орешков добывают ценное кедровое масло, скипидар, изготовляют лечебные бальзамы.
Лиственница является эталоном прочности среди хвойных пород. Это отличный материал для строительства. Лиственница втрое прочнее сосны. Из нее делают полы, мебель, шпон. Лиственница очень стойка против гниения. В Сибири из лиственницы сооружают срубы (дома из бревен), устойчивые к неблагоприятным погодным условиям, которые сохраняются многие десятилетия. Текстура лиственницы привлекательна, цвет буроватый, очень хорошо выглядит в лакировании и хорошо поддается обработке.
В лиственных породах первенство по ценности и качеству материала занимает дуб. Дубовый материал прочнее и плотнее сосны, устойчивее от сосны к загниванию. Имеет привлекательную текстуру, хорошую колкость. Поддается самой сложной обработке. Из дуба изготовляют прочный и надежный паркет, оконные рамы и двери. После покраски и полировки приобретает неповторимую красоту. Большой ценностью пользуется мореный дуб – дерево, долгий период находившееся в воде, имеющее темно-зеленый, почти черный цвет. Он также имеет много дубильно-экстрактивных веществ, используемых в медицине для лечения и профилактики различных воспалительных заболеваний, а также для выделки межа и кожи.
Из березовой древесины, обладающей белым цветом, изготавливают в основном мелкие предметы. Она очень легко обрабатывается в сыром виде, но при высыхании обычно коробится. Морение и полировка придают березе особой красоты.
Рябина – высокопрочный и огнестойкий рабочий материал. Из рябиновой заболони мастера изготовляют рукоятки для молотков и топоров, табуретки, лавки и другие бытовые прочные предметы.
Осина легко обрабатывается, у нее белая, или чуть зеленоватая древесина. По уровню прочности почти как дуб. Из древесины осины производят спички, игрушки и всевозможные нужные мелочи.
Липа – хороший материал для декоративного промысла. Чертежные и школьные доски, офисная мебель, парты и даже карандаши изготавливают из липового дерева. Липовая древесина розовато-белая, очень мягкая, устойчива к растрескиванию, деформации. Очень легко обрабатывается.
Груша – очень прочный и надежный материал для обработки и полировки, но при неаккуратной обработке колется. Грушу часто используют как подделку красного дерева. Имеет тяжелую структуру. Из груши изготовляют различные мелкие приборы, так как она не деформируется при высыхании.
Древесина яблони имеет оригинальную желто-розовую расцветку. Используется только в сухом состоянии, так как в противном случае очень коробится. Из яблони получаются добротные столярные изделия, из нее производят деревянную часть музыкальных инструментов, разные мелкие сувениры.
Ясень – строением похож на дуб, но немного светлее. Устойчив к ударным нагрузкам, гибкий, не расщепляется. Эти качества сделали его незаменимым в изготовлении хоккейных клюшек и теннисных ракеток.
Орех грецкий – очень прочный и надежный материал. На нем чаще останавливают выбор при изготовлении мебели. Это объясняется красивым узором текстуры. Из ореха изготавливают фанеру, деревянные компоненты охотничьих инструментов, резные отделочные компоненты для мебели. Должного внимания заслуживает древесина старого ореха, обладающая неповторимой красотой.
Лиственница
Плотность сибирской лиственницы составляет 620-725 кг/м3 при влажности до 12%.
Лиственница – род древесных растений семейства сосновых, одна из наиболее распространённых пород хвойных деревьев. Это единственный род хвойных, у которых хвоя опадает на зиму.
Древесина лиственницы характеризуется повышенной по сравнению с дубом прочностью. Кроме особой прочности и стойкости к внешним воздействиям она характеризуется хорошим цветом и структурой.
Обладая высокими физико-механическими свойствами, вместе с тем требует определённого технологического подхода при её обработке. Пильные полотна при пилении сильно засмаливаются. Она трудно обрабатывается обычным инструментом, но хорошо шлифуется и окрашивается. Длительное воздействие воды приводит к заметному повышению твёрдости.
Стоимость изделий или конструкций из лиственницы выше, чем из сосны, но изделия значительно долговечнее.
Ценные породы древесины
Ценные породы имеют более широкое предназначение, чем обыкновенные. Они обладают интересной, красивой фактурой, имеют широкую цветовую гамму, оригинальный узор, высокую плотность. Цветовая гамма древесины используется дизайнерами-строителями для создания декоративных предметов интерьера. Ценные породы намного дороже строительных пород из-за перечисленных художественных качеств.
Редкой и ценной породой дерева является самшит, обладающий приятным, желто-серым цветом древесины. Он имеет большую прочность, которую можно сравнить с прочностью кости. Из самшита изготовляют деревянные части музыкальных инструментов, гравировальные доски, резные изделия, пуговицы. Гравировка по самшиту получается изящной и ровной, что положительно сказывается на ее качестве.
В далеком XVIII веке в Россию стали завозить древесину из далеких субтропических стран. Пиком моды была мебель, изготовленная из красного дерева махагони, а работы выполняли мастера-краснодеревщики. Такой мебелью были обставлены палаты царских дворцов, а позже и жилища богатой знати. Дерево махагони имеет белую заболонь и контрастное красно-коричневое ядро, что создает очень интересное сочетание и благодатную почву для проявления художественной фантазии мастеров.
Не меньшей популярностью обладало черное эбеновое дерево, имеющее белую заболонь и глянцево-черное ядро. Такие цвета дерева создавали неповторимый художественный контраст, что очень привлекало мастеров-художников, которые мастерили сувениры и всевозможные декоративные изделия. Еще его использовали для производства клавиш для фортепиано, деревянных духовых инструментов, инкрустации. Плотность древесины составляет 1000 кг на 1 куб.м.
К ценным породам относятся также отечественные породы. Это орех, ясень, дуб, ольха, вишня и другие. Список можно продолжить редкими породами деревьев, растущими на отдаленных территориях. Это секвойя, эвкалипт, тис, палисандр и другие.
Все эти породы служат для изготовления предметов интерьера, произведений искусства, дизайнерских украшений, что позволяет наполнить нашу жизнь позитивной энергетикой, положительными эмоциями и чувством умиротворения.
От чего зависит плотность древесины
Это довольно объемная тема, но детальное ее освещение интересно лишь профильному специалисту. Автор полагает, что читателю вполне хватит знания основных факторов, которые влияют на плотность древесины.
- Условия произрастания.
- Порода.
- Степень влажности образца.
- В какой части дерева измерена плотность (ствол, ветки).
Так как неизвестно, какую конкретно древесину читатель решил приобрести и для чего именно, автор счел целесообразным привести в статье несколько вариантов типовых таблиц. В них можно найти не только показатели плотности, но и ряд других характеристик, которые могут представлять практический интерес.
Чтобы было легче ориентироваться в вопросе плотности древесины, стоит все породы условно разбить на группы. Данная характеристика для образцов, входящих в каждую, примерно одинакова.
Свойства древесины: механические, физические, технологические
Очень важную роль в строительстве играет качество материалов. Как и другие строительные материалы, древесина (любые пиломатериалы) различается по свойствам и характеристикам. Зависят эти характеристики от породы дерева, применяемого в качестве используемого материала. Для тех или иных задач и назначений подбирают соответствующие породы древесины, способные выполнять поставленные перед ними задачи.
Свойства относящиеся к древесине:
- Плотность древесины
- Твёрдость
- Влажность древесины
- Усушка
- Разбухание
- Коробление
- Раскалываемость
- Износостойкость
- Гибкость
- Деформативность
- Тепловые свойства древесины
Основные свойства древесины
Как и многие стройматериалы, древесный материал отличается по характерным свойствам и особенностям. Свойства могут быть как позитивными, так и негативными показателями. Эти свойства обусловлены породой лесоматериалов.
Свойства древесины подразделяется на:
- Плотность.
- Твёрдость.
- Влажность.
- Усыхание.
- Набухание.
- Коробление.
- Раскалываемость.
- Износоустойчивость.
- Изгибистость.
- Деформирование.
- Теплопроводность.
Никакой строительный материал не располагает такими технологическими и декоративными свойствами, как изделия из дерева. Она податлива при обработке. Прочный и лёгкий материал, долгое время сохраняющий тепло и нежный запах. Но, как и всякий материал она имеет положительные и отрицательные свойства.
Тепловые свойства
К тепловым свойствам относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.
Теплоёмкость — это способность древесины аккумулировать тепло. Она увеличивается с увеличением влажности.
Теплопроводность — свойство, характеризующее интенсивность переноса тепла в материале. Теплопроводность увеличивается с увеличением влажности и плотности. Вдоль волокон теплопроводность в среднем в 2 раза больше, чем поперёк.
Температуро-проводность — способность древесины выравнивать температуру по объёму.
Тепловое расширение — это способность древесины увеличивать линейные размеры и объём при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз меньше, чем у металла, бетона, стекла.
Строение древесины
Большая часть, до 90 % объема дерева, это — ствол, в состав которого входят:
- кора. Её свойство — предохранять ствол от перепадов температуры, вторжения грибковых бактерий, испаряемости влаги и механических воздействий;
- камбий. Неширокая прослойка живых клеток в виде кольца, имеющих способность к делению и приросту;
- древесина. Составляющая ствола, по которой поступает влага от корней к кроне.
Прочность древесины при сдвиге
Смещение в заготовке одной части древесины относительно другой называется сдвигом. Сдвиги образуются под действием внешних нагрузок разного характера. Выделяют сдвиги, возникающие от скалывания вдоль или поперек волокон и от распила (перерезания).
Прочность при скалывании меньше прочности продольного сжатия примерно в 5 раз. А если сравнивать прочность скалывания вдоль и поперек волокон в одном образце, то предел прочности при продольном скалывании в два раза выше, чем при поперечном. Прочность древесины при перерезании выше прочности при скалывании раза в четыре.
Технологические свойства древесины
Технические свойства характеризуют следующие показатели:
- способность задерживать металлический крепеж. Чем плотнее древесный материал, тем прочнее в ней удерживаются крепежные детали;
- износоустойчивость. Это — способность оказывать сопротивление разрушениям во время механического взаимодействия. Повышенной износоустойчивостью обладают торцы. Повышенная твердость и плотность позволяет древесине подвергаться незначительному износу.
- раскалываемость. Свойство древесины под механическим воздействием делиться на части продольно волокнам. Сопротивление растрескиванию повышается с увеличением вязкости. Это свойство имеет положительный показатель. Некоторые сорта можно заготавливать только методом раскалывания. У раскалываемости есть и негативное свойство: при использовании металлических креплений, могут образовываться расколы.
Плотность древесины
Соразмерность веса пиломатериала к его объёму и есть плотность. Устанавливается плотность в кг/м3, и напрямую подчиняется влажности.
Плотность подразделяют на:
- малую;
- среднюю;
- высокую плотность.
Твёрдость древесины
На твёрдость влияют следующие показатели:
- порода;
- условия произрастания дерева. Один и тот же вид породы может быть разной твердости, если деревья росли в различных климатических условиях;
- увлажненность лесоматериалов.
Твердость у одного ствола может быть разной: в зависимости от того, какой применяется распил. Торцы твёрже чем тангентальная и радиальная поверхность.
Износостойкость и гибкость древесины
- износостойкость — свойство оказывать сопротивление истиранию материала во время трения. Истирание с боков бывает больше чем с торцов. Наиболее твёрдая и плотная древесина менее всего подвергается изнашиванию. Повышенная влажность — хороший помощник износу.
- гибкость — одно из свойств деревянных заготовок — изменять форму под силовым воздействием извне. Загибание основано на возможности древесины поддаваться деформации под воздействием гибочного оборудования. Процедура загибания проходит легче и быстрее, когда древесину предварительно увлажняют и нагревают;
- ударная вязкость — свойство поглощения удара без дефляции.
Тепловые свойства
К таким свойствам относятся следующие показатели:
- тепловая мощность — это способность древесного материала накапливать тепло;
- теплопроводность — транспозиция тепловой энергии молекулами вещества;
- температуропроводность — равное распределение температуры по всему объёму;
- термическое расширение— изменение линейных размеров и конфигурации при изменении температуры.
Влажность древесины
Влажность — это процентное соотношение количества влаги в определённом объёме древесного материала, к такому же объёму совершенно сухого материала. Свойства по влажности у каждой породы индивидуальные.
Влажность подразделённая по степеням:
- мокрая степень. Продолжительное время содержащиеся в воде лесоматериалы;
- свежераспиленная;
- воздушно-высушенная;
- базовая степень.
Усушка, разбухание и коробление пиломатериала
- Усушка. Снижение параметров при устранении влаги. Полная усушка, для дальнейшей обработки древесного материала должна быть в диапазоне от 11 до 17 %. Процент усушки обязательно учитывается при изготовлении пиломатериалов.
- Коробление. Преобразование формы при высушивании, складировании и опиловке. В основном, коробление возникает из-за разной величины усушки и структурных направлениях.
- Разбухание. Это — свойство прибавления размеров при увеличении влаги. Разбухание протекает до особого предела поглощаемости влаги.
Разбухание — одно из негативных свойств древесины. Хотя в отдельных случаях разбухание играет существенную роль: создает уплотнение соединениям в лодках, бочонках и кадках.
Плотность древесины
Что такое плотность древесины
Плотность древесины — это отношение массы древесины к объёму древесины, то есть плотность определяется массой древесного вещества в единице своего объёма. Выражается плотность в кг/м³.
Плотность древесины зависит от её влажности. Как и все остальные показатели физико-механических свойств древесины, она определяется при влажности 12 %. Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. При определении плотности древесинного вещества его массу определяют взвешиванием, а объем рассчитывают по разнице объема образца древесины и объема жидкости, заполнившей пустоты в этом образце.
По плотности древесины при влажности 12 % все породы делят на три группы:
- с малой плотностью (540 кг/м³ и меньше-) — бальза, ель, пихта, сосна, кедр, можжевельник, тополь, осина, ива, липа, ольха, каштан;
- средней плотности (540…740 кг/м³) — лиственница, берёза, бук, дуб, клён, ясень, орех грецкий, рябина, яблоня, груша, вяз (карагач), лещина;
- высокой плотности (750 кг/м³ и более+) — акация, граб, береза железная, дуб, ясень, самшит, фисташка.
Необходимо отметить, что почти вся древесина у хвойных пород деревьев, за исключением лиственницы и некоторых видов сосны, имеет низкую плотность.
Физические свойства древесины
Абсолютное значение, измеряемое соотношением веса к объему. Плотность напрямую зависит от разновидности породы и количества влаги. Чем меньше влажность, тем ниже плотность.
Свойство древесины пропускать тепло от корней до кроны. На качество теплопроводности влияют такие факторы:
- температура воздуха;
- внутренняя влажность;
- насыщенность;
- количество теплоты.
Особенное свойство лесоматериалов — пропускать звук. Звукопроницаемость у древесины повыше, чем у некоторых материалов. Этот показатель необходимо принимать во внимание в строительстве, где крайне важна звукоизоляция стен и столярных изделий.
Положительное свойство пиломатериалов пропускать ток. На электропроводность влияют влажность, порода, направление волокон и температура. Сухая древесина не пропускает электроток, что даёт возможность использовать ее как изоляционный материал.
Степень увлажненности пиломатериалов, это — показатель качества и износостойкости изделий из древесины. Отличительное свойство: чем меньше содержание влажности, тем дольше она не подвергается гниению.
6. Коррозионная стойкость.
Отсутствие коррозии — немаловажное свойство у изделий, изготовленных из древесины. Особенно это касается тех изделий, которые подвергаются эксплуатации на открытом воздухе.
7. Цвет, блеск, запах и текстура.
Данные свойства позволяют зрительно определять породу древесины и имеют чисто художественное значение.
Твёрдость древесины
Твёрдость древесины, в первую очередь, зависит от породы. Условия роста дерева также влияют на этот показатель (одна порода древесины может иметь различную твердость в зависимости от окружающих природных условий, в которых росло конкретное дерево). Также на величину твердости влияет влажность древесины. В европейских странах и в России принято измерять твердость по методу Бринелля, в США — по методу Янка (Janka). Твердость древесины в пределах одной породы может отличаться в зависимости от распила (У торцовой поверхности твердость выше, чем у тангенциальной и радиальной в среднем на 30 % у лиственных и на 40 % — у хвойных пород.).
Суть метода Бринелля заключается в способности древесины сопротивляться внедрению (вдавливанию) в неё более твёрдого тела (индентора). При измерениях по Бринеллю используются инденторы в виде шариков из закалённой стали. Первоначально индентор устанавливают на проверяемом образце древесины, следом прилагается основная нагрузка. Спустя определенное время после приложения, нагрузку снимают и измеряют глубину оставшегося на дереве отпечатка. Рассчитывают твёрдость древесины по Бринеллю таким образом: приложенную нагрузку делят на площадь поверхности отпечатка, при этом соответствующими нормативными документами определены диаметры индентора и время экспозиции.
При методе Янка также используется индентор в виде металлического шарика, однако оценивается не глубина вдавливания, а сила, которую надо приложить, чтобы вдавить шарик в древесину на половину диаметра.
Все древесные породы по твёрдости делят на три группы:
- мягкие породы (торцовая твёрдость равна или меньше 38,5 Мпа). К мягкой древесине относят: ель, сосну, кедр, пихту, тополь, липу, осину, ольху.
- твёрдые (торцовая твёрдость породы древесины от 38,5 до 82,6 МПа). К этой группе относятся: берёза, лиственница сибирская, бук, клён, карагач, ясень, яблоня.
- очень твёрдые (торцовая твёрдость более 82,6 МПа). В эту группу входят: акация белая,керуинг, берёза железная, самшит, кизил.
Механические свойства древесины
Важные свойства, влияющие на устойчивость и надёжность строений и деревянных изделий.
- Прочность.
Сопротивление древесных материалов к разрушениям под воздействием механических усилий.
- Твердость.
Это свойство зависит от сопротивления древесного материала к проникновению твердых тел. Чем тверже древесина, тем сложнее она поддаётся обработке.
- Ударная вязкость.
Поглощение ударов без нарушений целостности.
Деформативность
При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности — модуль упругости.
Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.
С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.
Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.
Трещины
Это продольные разрывы, возникающие под воздействием внутренних напряжений.
Трещины подразделяют по следующим свойствам:
- Метиковые.
Радиальные трещины внутри ствола дерева. Наблюдаются у всех пород, особенно этим страдает перестоялый древостой. Трещины появляются по мере роста дерева и представляют прерывающиеся разломы по длине сортамента.
- Отлупные.
Отслаивание древесного волокна внутри ядра и отслоение спелой древесины у растущего дерева. Отлупные трещины можно встретить у каждой породы. До конца не установлены причины возникновения таких трещин.
- Морозные.
Продольные разрывы извне на стволе молодого дерева. В основном, морозные трещины преобладают у лиственных пород и очень редко у хвойных. Трещины появляются при резких перепадах зимних температур.
- Трещины усушки.
Появляются под воздействием неравномерной усушки и выявляются при распиловке сортамента.
Трещины — основная причина понижения прочности лесоматериалов, используемых в строительстве. Кроме того, трещины содействуют вторжению грибных заболеваний и попаданию влаги внутрь материала.
Влажность древесины
Влажность это соотношение массы влаги (воды), находящейся в данном объёме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах ( % ). В древесине вода пропитывает клеточные оболочки и заполняет полости клеток и межклеточные пространства. Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной. Влага, заполняющая полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной.
Различают следующие степени влажности древесины:
Мокрая — длительное время находящаяся в воде. Влажность мокрой древесины выше 100 %.
Свежесрубленная (свежепил) — влажность такой древесины от 50 до 100 %.
Воздушно-сухая — к этой категории относится древесина долгое время хранившаяся на воздухе. Её показатели влажности зависят от влажности окружающего воздуха, но в среднем находятся в пределах от 20 до 35 %.
Базовая (влажность 15 — 20 %) в зависимости от климатических условий и времени года, такая древесина показывает содержание влаги от 15 до 20 %.
Комнатно-сухая влажность 8 — 12 %
Абсолютно сухая влажность 0 %, древесина высушена при температуре t = 103°C.
Содержание влаги в стволе растущего дерева изменяется по высоте и радиусу ствола, а также в зависимости от времени года. Например, влажность заболони сосны в 3 раза выше влажности ядра. У лиственных пород изменение влажности по диаметру более равномерное. По высоте ствола влажность заболони у хвойных пород увеличивается вверх по стволу, а влажность ядра не изменяется. У лиственных пород влажность заболони не изменяется, а влажность ядра вверх по стволу снижается.
Влажность у молодых деревьев выше и её колебания в течение года больше, чем у старых деревьев. Наибольшее количество влаги содержится в зимний период (ноябрь-февраль), минимальное – в летние месяцы (июль-август).
КОЭФФИЦИЕНТЫ УСУШКИ ДРЕВЕСИНЫ, %
Порода | Усушка | ||
объёмная | в тангенциальном направлении | в радиальном направлении | |
Лиственница | 0,52 | 0,35 | 0,19 |
Сосна | 0,44 | 0,28 | 0,17 |
Ель | 0,43 | 0,28 | 0,16 |
Пихта | 0,39 | 0,28 | 0,11 |
Кедровая сосна | 0,37 | 0,26 | 0,12 |
Берёза | 0,54 | 0,31 | 0,26 |
Бук | 0,47 | 0,32 | 0,17 |
Ясень | 0,45 | 0,28 | 0,18 |
Осина | 0,41 | 0,28 | 0,14 |
Пороки формы ствола
Стволы деревьев также обладают определёнными пороками:
- Сбежистость.
Ствол дерева, во время роста, постепенно уменьшается в диаметре от нижней части к кроне. Когда, при каждом метре роста, диаметр ствола убывать больше чем на 1 см, то это — сбежистость.
Лиственные породы больше подвержены такому пороку нежели хвойные породы Сбежистость больше всего проявляется у деревьев растущих на свободе или в мелколесье. Чем гуще лес, тем поменьше на деревьях сбежистости. Данный порок повышает величину отходов и снижает прочность.
- Закомелистость.
Если диаметр ствола в нижней части дерева превышает диаметр того же ствола на высоте не менее метра в 1,2 раза, то это называется закомелистостью.
- Овальность.
Ствол дерева имеет форму эллипса, а максимальный диаметр больше минимального в 1,5 раза. Овальность вызывает у дерева крен и изменяет строения древесины.
- Наросты.
Локальное утолщение появляется в результате негативного воздействия:
- грибковых заболеваний;
- микобактерий;
- вирусных инфекций;
- химических факторов;
- радиоактивности;
- различных повреждений.
- Кривизна.
Все древесные породы страдают искривлением стволов. Простая кривизна имеет один изгиб, сложная — несколько изгибов ствола.
Кривизна относится к отрицательным свойствам древесины.
Износостойкость и гибкость древесины
Износостойкость — это способность древесины называется противостоять разрушению в процессе трения. Износ у одной и той же древесины больше с боковой стороны, чем с торцевой. Чем выше твёрдость и плотность древесины, тем меньше её изнашиваемость. Влажная древесина больше подвержена износу – вот почему для декоративных панелей или натуральной половой доски специалисты рекомендуют сухую уборку.
Гибкость — это способность древесины деформироваться под воздействием внешних сил. Технологически операция гнутья (загиба), основана на способности древесины сравнительно легко деформироваться при воздействии изгибающих устройств, особенно в нагретом и влажном состоянии. При охлаждении и сушке под нагрузкой значительная часть упругих деформаций переходит в остаточные, фиксируется новая форма детали. У влажной древесины способность к гнутью выше, чем у сухой.
Наибольшей способностью к гнутью (загибу) обладают лиственные кольце-сосудистые породы деревьев (дуб, ясень) и рассеянно сосудистые (бук, берёза). У хвойных пород эта способность очень невысока.
Способность к гнутью широко используется при изготовлении мебели, предметов интерьера.
Ударная вязкость — это способность древесины поглощать работу при ударе (ударном изгибе) без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше чем у древесины хвойных пород.
Пороки строения древесины
Пороки подразделяются на группы. В группе находятся определённые виды пороков.
Искаженное месторасположение древесного волокна и годичных слоёв
- Наклон волокон.
Наклонное положение волокон значительно понижает прочность древесины, усиливает усушку сортамента вдоль и является поводом появления винтовой искривлённости и закручивания пиломатериалов. Наклон волокон существенно усложняет обработку пиломатериала и уменьшает потенциал древесины к изгибу.
- Свилеватость.
Это волнистое и хаотичное распределение волокон.
Свилеватость уменьшает прочность на растяжение, повышает ударную вязкость и противодействие раскалыванию. Механическое воздействие на свилеватый материал очень затруднён. Однако, у этого порока есть и свои положительные свойства — красивая текстура.
- Завиток.
Искажение годичных слоёв около сучков и наростов.
- Реактивная древесина.
В склонённых и кривых стволах формируется редкостная древесина, которая получила название реактивной. Этот изъян происходит под воздействием силы тяжести, которая вызывает переназначение веществ и подавляет процесс роста.
- Крен.
Крен ухудшает уровень качества древесного сырья, используемого в целлюлозно-бумажной промышленности.
- Тяговая древесина.
Тяговая древесина усложняет обработку материалов. Во время обработки, образуются мохнатые и замшелые поверхности, которые, отделившись во время резания, заполняют углубление и препятствуют вращению пил.
Сучки
Сучки — основной, сорт определяющий, порок лесоматериалов. Сучки классифицируют как значительный порок, снижающий стоимость древесного материала.
К сучкам относят оставшиеся основания ветвей. Неважно в каких количествах, но сучки всегда находятся в лесоматериалах. Количество сучков, находящихся в стволе, учитывая их состояние, размеры и распределение по длине, зависят от древесной породы, условий место произрастания, климата, густоты лесонасаждения и прочих факторов.
По уровню зарастания, сучки делятся на два типа:
- открытые;
- заросшие.
Нерегулярные анатомические образования
- Ложное ядро.
Тёмная внутренняя часть ствола дерева — это ложное ядро. Кромка ложного ядра не соприкасается с границей годичных колец. От заболони ядро отгорожено тёмной каёмкой.
Источником возникновения порока являются:
- возрастное разделение тканей;
- реакция на ранение;
- влияние грибковых заболеваний;
- воздействие холодной погоды.
Ложное ядро портит наружный вид изделия и уменьшает возможность лёгкого загиба. Ядро устойчиво к гниению.
- Внутренняя заболонь.
В районе сердцевины может сформироваться несколько прилегающих годичных слоёв, схожих с заболонью по цвету и иным свойствам. Внутренняя заболонь появляется из-за нарушения естественной деятельности клеток, вызванное морозами.
- Пятнистость.
У некоторых деревьев из-за повреждения структуры, влияния химических факторов, грибковых заболеваний и засилья насекомых появляются небольшие темноокрашенные зоны на древесине.
Пятнистость особого воздействия на какие — либо свойства не оказывает.
- Сердцевина.
В круглых лесоматериалах существование сердцевины — обычное свойство и явление неотвратимое. Сердцевина значительно снижает прочность деталей с небольшим сечением. В крупных распиленных заготовках нахождение сердцевины нежелательный фактор. Сердцевина быстро поддаётся загниванию.
- Смещенная сердцевина.
Это — беспорядочное месторасположение сердцевины, препятствующее массовому использованию материалов. Данное свойство относится к отрицательным показателям.
- Двойная сердцевина.
В раскроенном материале можно обнаружить две сердцевины. Каждая сердцевина обладает своими личными годичными слоями. По краю ствола обе сердцевины окружены единой системой годичных слоёв.
Выпиленные заготовки с двойной сердцевиной, чаще и посильнее коробятся, кроме того могут возникнуть трещины.
- Пасынок и глазки. Пасынок. Это — плохо растущая или омертвевшая двойная вершина ствола. Пасынок разрушает равномерность волокон древесины, а в пиломатериалах — целостность.
- Глазки. Разделяют глазки на разбросанные — единичные и групповые — от 3 и более глазков. Глазки уменьшают прочность на изгиб и ударную вязкость.
- Сухобокость.
Это — внешнее частичное омертвение ствола. Данный порок появляется в результате содранной коры, солнечного ожога или перегревания коры. Сухобокость нарушает форму деревьев, образует завитушки, ухудшает цельность древесины и понижает выход.
- Прорость.
Это — заживающая или уже зажившая рана.
Прорость разрушает цельность древесины, что влечёт за собой кривизну и искажение годичных слоёв.
Рана, появившаяся в результате грибковых заболеваний и присутствия бактерий.
При раке меняется правильная форма деревьев.
Необычные отложения в древесине
- Засмолок.
Это — щедро напитанный смолой участок древесины, образованный после ранения хвойного дерева.
Засмолок имеет незначительную влагопроницаемость и лёгкое впитывание воды. Положительным свойством такой древесины является увеличенная стойкость к гнили, но при этом — плохо поддаётся отделке и приклеиванию.
- Кармашек.
Это — углубление в глубине годичных слоёв, наполненное смолой.
Стекающая из полости смола затрудняет отделку и склейку заготовок. Такое свойство лесоматериалов считается отрицательным.
- Водослой.
Водослойная древесина различается от здоровой увеличенной усушкой и разбуханием. Свойство характеризуется как отрицательное.
Прочность древесины на растяжение
Прочность древесины при растяжении вдоль волокон колеблется в пределах 1100 – 1400 кгс/см2, правда использование ее в деталях, работающих на растяжение затруднено в связи с тем, что она не выдерживает нагрузок в местах крепления. В этих местах на древесину действуют силы сжатия и скалывания, а они имеют более низкие значения. Ярким примером использования древесины с работой на растяжение являются оглобли в конных повозках.
В поперечном направлении прочность на растяжение низкая и ее значение не превышает 5% от предела прочности на растяжение в продольном направлении. Поэтому в тех случаях, когда деталь из древесины работает на растяжение, применяют только древесину с продольным расположением волокон.
Величина поперечной прочности древесины на растяжение учитывается при резке и сушке материала, режимы этих операций подбираются в прямой зависимости от прочности.
Паспорт (сертификат) на древесину
Российское законодательство не обязывает проводить обязательную сертификацию пиломатериалов. Но производители, планирующие участвовать в тендерах или экспортировать свою продукцию, могут оформить добровольный сертификат. Он гарантирует качество и безопасность продукции. Заказчик сертификата на пиломатериалы может самостоятельно выбирать параметры лабораторных испытаний.
В завершении, можно посмотреть учебный фильм, который еще раз расскажет о свойствах древесины:
Водопоглощение древесины
Древесина способна увеличивать свою естественную влажность при непосредственном контакте с водой. Количество свободной воды зависит от объема полостей. Чем больше плотность древесины, тем меньше ее влажность и тем больше у нее водопоглощение.
Для получения целлюлозы и при пропитке древесины растворами антисептиков и протрав, способность поглощать влагу является важным и весьма полезным.
Бумажная фабрика
Разбухание древесины
При повышении в древесине связанной воды происходит изменение объема и линейных размеров, которое происходит при нахождении древесины в воде или на влажном воздухе.
Поперек волокон древесина разбухает больше, чем вдоль волокон. Разбухание, в целом, отрицательное свойство, но полезно для обеспечения плотности соединений элементов, например в бочках, судах.
Свойства древесины, проявляющиеся под воздействием электромагнитных излучений
- Для определения качества древесины используют ультрафиолетовые лучи, которые вызывают свечение.
- Для выявления скрытых пороков используют рентгеновские лучи
- Для определения плотности, обнаружения гнилей в рудничной стойке, строительных конструкциях используют гамма-излучения
- Для выжигания деталей сложной конфигурации используют световое лазерное излучение
- По характеру отражения инфракрасных лучей определяют наличие видимых пороков древесины
Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен
Влагопоглощение древесины
Влагопоглощение из окружающего воздуха древесиной не зависит от породы. Способность к влагопоглощению это отрицательная характеристика древесины. Поэтому изделия и постройки из дерева покрывают различными пленочными и лакокрасочными материалами.
Увлажненная древесина становится хуже, ухудшаются ее механические характеристики и биостойкость.
Внешний вид древесины
К внешнему виду, в разрезе физических свойств древесины относят следующие:
- Цвет древесины, одна из важнейших характеристик внешнего вида. Для некоторых пород древесины, цвет настолько характерен, что может быть признаком для распознавания. Цвет может быть различным, в зависимости от породы дерева, климата, где оно выросло, а также его возраста. Различная древесина, под воздействием воздуха, света, поражения грибами, длительном пребывании в воде, может значительно изменять свой цвет от первоначального, который был сразу после спила дерева.
- Блеск это способность поверхности древесины, отражать поток света. Из самых используемых пород древесины, в России, самыми «блестящими» породами являются: дуб, бук, белая акация, бархатное дерево
- К текстуре и макроструктуре относят рисунок, который образуется вследствие перерезания сердцевинных лучей, сосудов и годичных слоев, на поверхности древесины. Оценка качества по внешнему виду происходит по ширине годичных слоев и содержания поздней древесины
Коробление древесины
Коробление древесины различают поперечную и продольную. Под термином «коробление» понимают изменение формы пиломатериалов.
Коробление может происходить при выпиловке, неправильном хранении, при несимметричном строгании,ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных направлений. Чаще всего при сушке. Из-за усушки по разным структурным направлениям.
Покоробленность делят на два вида: продольная (по кромке, по пласти и крыловатость) и поперечная
Покоробленности древесины
Характеристики древесины
– один из наиболее широко распространенных материалов, имеющих многовековую историю применения в производстве напольных покрытий, строительстве и изготовлении мебели. Вряд ли кого-либо удивят такие свойства древесины как экологичность, высокая прочность, небольшая плотность, низкая теплопроводность и небольшой коэффициент линейного расширения. Наконец, нельзя не отметить свойство регулировать в благоприятных для человека пределах влажность среды и, конечно, прекрасный внешний вид.
Древесина имеет специфическое строение и характеризуется физическими и механическими свойствами. К физическим свойствам относятся: внешний вид, запах, показатели макроструктуры, влажность, плотность, электро-, звуко- и теплопроводность; к механическим – прочность, твердость, жесткость, ударная вязкость и другие. Рассмотрим все по порядку:
— многолетнее растение с четко выраженным стволом, несущим боковые ветви, и верхушечным побегом. Система ветвей и соответствующие участки ствола образуют крону. Ствол — это часть дерева от корней до вершины, несущая на себе ветви. Ствол растущего дерева проводит воду с растворенными минеральными веществами вверх (восходящий ток), а с органическими веществами — вниз по лубу к корням (нисходящий ток); хранит запасные питательные вещества; служит для размещения и поддержания кроны. Он дает основную массу древесины (от 50 до 90% объема всего дерева) и имеет промышленное значение. Верхняя тонкая часть ствола называется вершиной, нижняя толстая часть — комелем.
Древесная порода
– род и вид многолетнего древесного растения. Каждое растение имеет ботаническое название, которое приводится на двух языках (русском и латинском) с указанием рода и вида. Например, в названии сосна обыкновенная существительное указывает род, а прилагательное вид. Различают породы древесины хвойные
(сосна, ель, пихта, кедр, кедровая сосна, лиственница и др.)
и лиственные
(дуб, бук, береза, липа, тополь, клен, вяз и др.)
По цветовым признакам породы деревьев, из которых изготавливается паркетная доска из массива делятся на светлые (ясень, бук, граб, клен, лиственница),
средние
(дуб, вишня, ольха)
и темные
(красное и черное дерево, орех).
Главные разрезы ствола:
(1) называется разрез, проходящий перпендикулярно оси ствола и направлению волокон и образующий торцовую плоскость.
(2) разрез — это продольный разрез, проходящий через сердцевину ствола по радиальному направлению вдоль волокон древесины и перпендикулярно касательной к годичному слою древесины в точке касания.
Тангенциальный
(3) разрез — это продольный разрез, проходящий на некотором расстоянии от сердцевины и по радиальному направлению вдоль волокон древесины по касательной к годичному слою.
Строение древесины.
Поперечный разрез ствола:
a- кора, b- заболонь, c- ядро, d- сердцевина.
Доска тангенциального распила — направление древесных волокон параллельно пласти
Доска радиального распила — направление древесных волокон перпендикулярно пласти
Заболонь, ядро:
Древесина лесных пород окрашена обычно в светлый цвет. При этом у одних пород вся масса древесины окрашена в один цвет (ольха, береза, граб), а у других центральная часть имеет более темную окраску (дуб, лиственница, сосна). Темная часть ствола называется ядром, а светлая,периферическая — заболонью. У некоторых безъядровых пород наблюдается потемнение центральной части ствола. В этом случае темная центральная зона называется ложным ядром.
Годичные слои, ранняя и поздняя древесина:
На поперечном разрезе видны концентрические слои, расположенные вокруг древесины. Эти образования представляют собой ежегодный прирост древесины, т.е. за один вегетационный период. Называются они годичными слоями. На радиальном разрезе годичные слои имеют вид продольных и прямых полос, на тангенциальном – извилистых, конусообразных линий.
Годичные слои нарастают ежегодно от центра к периферии и самым молодым слоем является наружный. По числу годичных слоев на торцовом разрезе на комле можно определить возраст дерева. Ширина годичных слоев зависит от породы, условий роста, положения в стволе. У одних пород (быстрорастущих) годичные слои широкие (Тополь, ива), у других узкие (самшит, тис).
В нижней части ствола расположены наиболее узкие годичные слои, вверх по стволу ширина слоев увеличивается, так как рост деревьев происходит в толщину и в высоту, что приближает форму ствола к цилиндру. Некоторым породам свойственна неправильная форма годичных слоев. Так, на поперечном срезе у граба, тиса, можжевельника наблюдается волнистость годичных слоев.
Вид годичных слоёв на:
а — поперечном, б — радиальном, в — тангенциальном разрезах древесины (сосна).
Каждый годичный слой состоит из двух частей — ранней и поздней древесины: ранняя древесина (внутренняя) обращена к сердцевине, светлая и мягкая; поздняя (наружная) обращена к коре, темная и твердая. Различие между ранней и поздней древесиной ясно выражено у хвойных и некоторых лиственных пород.
Ранняя древесина образуется в начале лета и служит для проведения воды вверх по стволу. Она отличается наличием крупных, достаточно хорошо заметных сосудов. Поздняя древесина откладывается к концу лета и выполняет в основном механическую функцию. От количества поздней древесины зависят ее плотность и механические свойства.
Сердцевинные лучи:
На поперечном разрезе некоторых пород хорошо видны невооруженным глазом светлые, часто блестящие, направленные от сердцевины к коре линии — сердцевинные лучи. Сердцевинные лучи имеются у всех пород, но видны лишь у некоторых. Первичные сердцевинные лучи начинаются у самой сердцевины, а вторичные на разном расстоянии от нее. В срубленном дереве сердцевинные лучи создают красивый рисунок (на радиальном разрезе), что имеет значение при выборе древесины в качестве декоративного материала.
По ширине сердцевинные лучи могут быть очень узкие, трудно различимые (у клена, вяза, ильма, липы); широкие, хорошо видимые невооруженным взглядом на поперечном разрезе. Широкие лучи бывают настоящие широкие (у бука, дуба) и ложно широкие — пучки сближенных узких лучей (у граба, ольхи, орешника). На радиальном разрезе сердцевинные лучи заметны в виде светлых блестящих полосок или лент, расположенных поперек волокон. Они могут иметь окраску светлее или темнее окружающей древесины. На тангенциальном разрезе они видны в виде темных штрихов с заостренными концами или в виде чечевицеобразных полосок, размещенных вдоль волокон. Ширина волокон колеблется от 0,015 до 0,6 мм.
Виды сердцевинных лучей на:
а — поперечном, б — тангенциальном, в — радиальном разрезах древесины.
Пороками древесины называют дефекты формы ствола (наросты, сбежистость, закомелистость и т.д.), естественные неоднородности строения древесины (сучки, сердцевина, крень, свилеватость и т.д.), нарушения целостности ее тканей по различным причинам (трещины, смоляные кармашки, червоточины, гнили и т.д.), окраски биологического химического происхождения (синева, продубина и т.д.), инородные включения, механические повреждения и дефекты обработки, снижающие качество древесины и ограничивающие ее использование. Они возникают в процессе роста дерева или в древесине при нарушении технологии ее хранения и переработки, могут появляться при неправильной эксплуатации деревянных изделий и сооружений.
В некоторых случаях применения древесины неоднородность ее строения, названная пороком, расценивается как достоинство древесины. Например, наросты с красивой текстурой служат ценным сырьем для художественных поделок. Синева и подобные ей пороки начинают восприниматься как признак натуральной древесины в условиях дефицита древесины и широкого использования пластмасс. Сучки считаются основным сортообразующим пороком, их наличие ограничивает стандарты и технические условия на отдельные виды продукции, однако, здоровые сросшиеся сучки незаменимы в стилях кантри и ренессанс.
основание ветви, заключенное к древесине ствола. По степени зарастания в круглых лесоматериалах различают открытые сучки (выходят на боковую поверхность сортимента) и заросшие (обнаруживаются по вздутиям и другим следам зарастания на боковой поверхности сортимента).
Открытые сучки делятся:
По форме разреза на поверхности сортимента — на кругдые, овальные, продолговатые
По положению в сортименте — на пластевые, ребровые, кромочные , торцовые.
По взаимному расположению — на разбросанные, групповые, разветвленные
По степени срастания с окружающей древесиной — на сросшиеся, частично сросшиеся, несросшиеся, выпадающие
По состоянию древесины — на здоровые (древесина без гнили) , светлые, темные, здоровые с трещинами, загнившие, гнилые, табачные
По выходу на поверхность — на односторонние, сквозные.
Основные разновидности сучков:
1 — круглый, 2 — овальный, 3 — продолговатый, 4 — пластевой, 5 — кромочный, 6 — ребровый, 7 — сшивные, 8 — групповые, 9 — разветвлённые.
— нарушение целостности древесины, вызванное внутренним напряжением. Их можно разделить:
по типу — на метиковые, отлупные, морозные, трещины усушки
по положению в сортименте — на боковые, пластевые, кромочные, торцовые
по глубине — на неглубокие, глубокие, сквозные
по ширине — на сомкнутые и разошедшиеся
Основные разновидности трещин:
1 — метиковые, 2 — морозные, 3 — трещины усушки, 4 — отлупные, а — пластевые, б — кромочные, в — торцевые.
Пороки строения
древесины- наклон волокон, крень, тяговая древесина, свилеватость, завиток, глазки, кармашек, сердцевина, двойная сердцевина, смещенная сердцевина, пасынок, сухобокость, прорость, рак, засмолок, ложное ядро, пятнистость, внутренняя заболонь, водослой.
Наклон волокон — отклонение направления волокон от продольной оси материала (раньше назывался косослоем). Встречается у всех пород. Различают тангенциальный и радиальный наклон волокон.
Тяговая древесина — древесина некоторых лиственных пород (бука, тополя) с изменением строения в растянутой зоне стволов и сучьев, проявляющимся в резком увеличении ширины годичных слоев. Обнаруживается по ворсистости. Под действием цвета окрашивается в коричневый цвет.
Свилеватость — извилистое или беспорядочное расположение волокон древесины. Встречается в материалах из комлевой части ствола у всех древесных пород, чаще у лиственных. Бывает волнистая и путаная.
Завиток — местное искривление годичных слоев около сучков или проростей. Бывает односторонний и сквозной. Он снижает прочность древесины.
Глазки — следы неразвившихся в побег спящих почек. Диаметр не превышает 5мм. Бывают разбросанные и групповые. По цвету: светлые и темные. Снижают прочность древесины.
Кармашек — полость внутри или между годичными слоями, заполненная смолой или камедями.
Сердцевина — узкая центральная часть ствола, состоящая из рыхлой ткани бурого или более светлого, чем у окружающей древесины, цвета. На торцах сортимента наблюдаются пятна около 5мм различной формы, на радиальной поверхности — в виде узкой полосы.
Смещенная сердцевина — эксцентричное расположение сердцевины, сопровождающееся свилеватостью.
Двойная сердцевина — наличие в сортименте 2х и более сердцевин с самостоятельными системами годичных слоев, окруженных с периферией одной общей системой.
Пасынок — оставшаяся в росте или отмершая вторая вершина, проходящая через сортимент под острым углом к его продольной оси на значительном протяжении.
Сухобокость — участок поверхности ствола, омертвевший в процессе роста дерева как результат повреждения.
Прорость — зарастающая или заросшая рана.
Рак — углубление или вздутие на поверхности растущего дерева в результате деятельности грибов или бактерий.
Ложное ядро — темная, неравномерно окрашенная зона, граница которой не совпадает с годичными слоями, отделенная от заболони темной каймой.
Пятнистость древесины — окраска заболони лиственных пород в виде пятен и полос, близкая по цвету к окраске ядра.
Внутренняя заболонь — смежные годичные слои, расположенные в зоне ядра, окраска и свойства их близки к окраске и свойствам заболони.
Водослой — участки ядра или спелой древесины с повышенным содержанием воды.
Пороки строения древесины:
а — тангенциальный наклон волокон, б — корень, в — свилеватость, г — завиток, д — глазки, е — ложное ядро.
Химическая окраска
— ненормально окрашенные равномерные по цыету участки в срубленной древесине ,возникающие в результате химических и биохимических процессов, в большинстве случаев связанные с окислением дубильных веществ.
Биологические повреждения
-червоточины — ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми, в основном их личинками. Поверхностноая червоточина не влияет на механические свойства древесины. Неглубокая и глубокая червоточины нарушают целостность древесины.
Физические свойства.
Внешний вид
древесины определяется цветом, блеском, текстурой и микроструктурой.
древесине придают находящиеся в ней дубильные вещества, смолистые и красящие вещества, содержащиеся в полостях клеток. В природе преобладают древесные породы с теплыми оттенками (желтые, охристые, красные, красно-коричневые, коричневые), но встречаются зеленые, синие, фиолетовые и черные породы древесины, которые в нашей стране считаются экзотическими.
В пределах климатического пояса каждой древесной породе присущ свой особый цвет, который может служить дополнительным признаком для ее распознавания. Так, древесина граба имеет светло-серый цвет, дуба и ясеня — бурый, ореха — коричневый. Древесина пород, произрастающих в жарких и южных районах имеет более яркую окраску по сравнению с древесиной пород умеренного пояса.
Цветовые оттенки древесины имеют широкий диапазон. Нужно помнить, что цвет древесины может изменяться не только в зависимости от породы, но в пределах одного вида может быть несколько десятков вариантов тональных соотношений. На этот фактор оказывают влияние климатические условия, в которых росло дерево и другие природные факторы. Выявление и использование естественной цветовой палитры древесины является серьезной дизайнерской работой.
Блеск древесины
– это способность отражать световой поток в определенном направлении. Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевидных лучей. Чем крупнее сердцевинные лучи (например, у дуба) и чем плотнее древесина, чем кучнее расположены сердцевинные лучи (например, у клена), тем значительнее будет блеск древесины. Распределение блеска по поверхности неодинаково и зависит от вида разреза: в радиальной плоскости он сильнее, в поперечной – слабее.
Светотеневые переливы у одних пород хорошо заметны только на продольном разрезе ствола, у других – на всех разрезах. Они существенно влияют на декоративные качества древесины, усиливая или ослабляя ее выразительное звучание, поэтому блеск древесины учитывают при сочетании разных пород дерева и составлении мозаичных наборов.
Особым блеском отличается древесина дуба, бука, клена, платана и белой акации. Матовый (сатиновый) блеск имеют тополь, липа, осина, тик; шелковистый – ива, вяз, ясень, черемуха; золотистый – черешня; серебристый – сибирский кедр; муаровый – береза, серый клен, лавровишня.
Текстура древесины
– это естественный рисунок древесных волокон на обработанной поверхности, обусловленный особенностями ее строения. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза. Она определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске ранней и поздней древесины, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, неправильным расположением волокон (волнистым или путаным).
Выразительность текстуры древесины влияет на зрительное восприятие. При слабовыраженной контрастности восприятие поверхности пола будет спокойным, если текстура не очень контрастная, воздействие на человека будет умеренным, а очень контрастный рисунок пола обладает повышенной энергетикой и производит возбуждающий эффект.
Лиственные породы с ярко выраженными годичными слоями и развитыми сердцевинными лучами ( дуб, бук, клен, карагач, ильм, платан) имеют очень красивую структуру радиального и тангенциального разрезов. Особенно красивый рисунок имеет древесина с неправильным расположением волокон. У древесины хвойных и мягких лиственных пород более простой и менее разнообразный рисунок, чем у древесины твердых лиственных пород.
Текстура определяет декоративную ценность древесины и имеет особо высокое значение при производстве паркетной доски. Ее специально усиливают и выявляют различными способами (структурирование, скобление, покрытие прозрачными лаками).
Название древесины | Текстура |
Акация белая | Полосы, кольца, тонкие линии |
Амарант | Темно-коричневые полосы, черточки |
Береза обыкновенная | Муаровый рисунок, шелковистый блеск |
Береза карельская | Рисунок в виде коричневых извилин или черточек, яркая |
Бук | Блестящие крапинки, темные тонкие штрихи |
Вишня | Порода ядровая, полосатая |
Граб | Текстура слабо выражена |
Груша | Текстура слабо выражена, однородная |
Дуб | Крупная текстура с годичными слоями, крупными сосудами, сердцевинными лучами в виде язычков пламени, темных штрихов |
Карагач | Муаровая текстура с шелковистым блеском |
Клен русский | Нежная розовая текстура, шелковистый блеск |
Клен: явор и «птичий глаз» | Шелковистый блеск |
Лимонное дерево | Ленточная текстура |
Махагони | Ленточная структура |
Ольха | Текстура выражена |
Орех грецкий | Красивая текстура с темными прожилками |
Осина | Текстура слабо выражена |
Палисандр | Текстура крупная, выразительная с темными короткими черточками |
Рябина | С мелкими порами, слабо выражена |
Самшит | Текстура с едва заметными прожилками, слабо выражена |
Тик | Текстура крупная, выразительная. Напоминает текстуру ореха |
Яблоня | Текстура слабо выражена, однородная |
Ясень | Текстура резко выражена в виде полос |
Микроструктура
Древесину характеризуют такие особенности, как анизотропность (разнородность свойств в направлении вдоль или поперек волокон) и гигроскопичность — т.е.способность изменять свою влажность с изменением состояния окружающей среды.
Абсолютной влажностью
древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах.
Относительная влажность
древесины — это отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии, выраженное в процентах.
Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Влага, находясь в полостях клеток и межклеточных пространствах, называется свободной, или капиллярной, а в клеточных стенках — связанной или гигроскопичной.
Если древесину длительное время выдерживать в воздухе неизменного состояния, то ее влажность будет стремиться к определенной величине, называемой устойчивой или равновесной влажностью.
Равновесная влажность
— средне значение между устойчивыми влажностями древесины при сорбции и десорбции, соответствующее определенному сочетанию температуры и влажности окружающего воздуха. Устойчивой (равновесной) влажности древесина достигает, поглощая водяные пары из воздуха (сорбция), или выделяя их ( десорбция). Водяные пары из воздуха могут поглощать только клеточные стенки. Процессы сорбции и десорбции не вполне обратимы при одинаковом состоянии воздуха: устойчивая влажность при сорбции меньше, чем при десорбции.
Таблица показывает изменение влажности древесины в зависимости от изменения относительной влажности воздуха и температуры. Из нее видно, что изменения относительной влажности воздуха обуславливают гораздо большие колебания влажности древесины, чем изменения температуры.
Равновесная влажность дерева |
Относительная влажность воздуха, % | Температура воздуха, °С | |||||||||||
0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | ||
90 | 21 | 20,8 | 20,6 | 20,4 | 20,2 | 20 | 19,7 | 19,4 | 18,9 | 18,7 | 18,7 | |
85 | 19,2 | 18,8 | 18,5 | 18,3 | 18,1 | 17,8 | 17,5 | 17,2 | 16,8 | 16,5 | 16,2 | |
80 | 17,5 | 17,2 | 17 | 16,7 | 16,3 | 16 | 15,7 | 15,3 | 15 | 14,7 | 14,4 | |
75 | 15,3 | 15,2 | 15 | 14,9 | 14,7 | 14,4 | 14,1 | 13,8 | 13,6 | 13,3 | 13 | |
70 | 13,6 | 13,4 | 13,2 | 13,1 | 13 | 12,8 | 12,6 | 12,4 | 12,1 | 11,8 | 11,5 | |
65 | 12,3 | 12,2 | 12 | 11,8 | 11,6 | 11,4 | 11,2 | 11 | 10,8 | 10,6 | 10,4 | |
60 | 11,3 | 11 | 10,8 | 10,6 | 10,5 | 10,4 | 10,3 | 10,1 | 10 | 9,7 | 9,5 | |
55 | 10,2 | 10,1 | 10 | 9,9 | 9,8 | 9,7 | 9,5 | 9,3 | 9,1 | 8,9 | 8,7 | |
50 | 9,6 | 9,4 | 9,2 | 9,1 | 9 | 8,8 | 8,6 | 8,4 | 8,2 | 8 | 7,8 | |
45 | 8,8 | 8,7 | 8,6 | 8,5 | 8,3 | 8,1 | 7,9 | 7,7 | 7,5 | 7,3 | 7,1 | |
40 | 8,2 | 8,1 | 8 | 7,8 | 7,6 | 7,4 | 7,2 | 7 | 6,8 | 6,6 | 6,4 | |
35 | 7,2 | 7 | 6,9 | 6,8 | 6,7 | 6,6 | 6,4 | 6,4 | 6,2 | 6 | 5,8 | |
30 | 6,3 | 6,2 | 6,1 | 6 | 5,9 | 5,8 | 5,7 | 5,5 | 5,4 | 5,2 | 5 | |
25 | 5,4 | 5,3 | 5,2 | 5,1 | 5 | 4,9 | 4,8 | 4,7 | 4,6 | 4,5 | 4,3 | |
20 | 4,7 | 4,6 | 4,5 | 4,4 | 4,3 | 4,2 | 4,1 | 4 | 3,9 | 3,8 | 3,6 | |
15 | 3,9 | 3,8 | 3,7 | 3,6 | 3,5 | 3,4 | 3,3 | 3,2 | 3,1 | 3 | 2,9 |
По европейским стандартам пол из деревянного массива должен просушиваться до 7-11% влажности. Влажность паркета согласно ГОСТ должна составлять (9 +/- 3%). Для соблюдения указанных параметров относительная влажность воздуха должна составлять около 40-60%. При таких условиях изменение параметров деревянного пола будет минимальным. Относительная влажность воздуха 40-60% является оптимальной и для здоровья человека. При такой влажности воздуха улучшается иммунитет и устойчивость к стрессам, улучшается самочувствие, поддерживается баланс влажности кожи и волос, уменьшается риск возникновения хронических заболеваний дыхательных путей и облегчается процесс их протекания.
Стабильность
Стабильность древесины – свойство, обуславливающее степень и скорость изменения размеров древесины при изменении влажности в ней. Следует отметить, что влажность древесины может меняться из-за изменения в помещении климатических условий (относительной влажности воздуха и температуры), а также вследствие прямого контакта с водой (при мытье пола влажной тряпкой) или влажными поверхностями (при настиле на влажную основу).
называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при удалении из нее связанной влаги. Усушка древесины обуславливается ее нахождением в сухом воздухе, во время чего происходит отдача в окружающую среду адсорбированной воды, находящейся в стенках клеток древесины. Из-за устранения адсорбированной воды уменьшаются толщина и размеры стенок клеток. Усушка по разным направлениям не одинакова. В среднем полная линейная усушка в тангенциальном направлении составляет 6-10%, в радиальном 3-5% и вдоль волокон 0,1-0,3%. Последствие усушки деревянного пола – возникновение щелей между отдельными досками.
— увеличение размеров и объема древесины из-за увеличения количества воды в древесине, обусловленного ее содержанием во влажном воздухе или в воде. Таким образом, это свойство противоположно усушке, однако происходит по тем же принципам. Последствие разбухания – возникновение волнистости деревянного пола или его поднятие.
В большинстве случаев, усушка и разбухание древесины косвенно зависят от плотности древесины: чем больше количество стенок клеток в единице объема древесины, тем больше адсорбированной воды может быть поглощено или отдано.
Степени усушки и разбухания древесины зависят и от способа распила древесины: для пола радиального распила эти показатели будут ниже, чем для пола тангенциального распила из той же древесины. Следует подчеркнуть, что изменение размеров древесины в основном происходит в поперечном направлении досок, тогда как в продольном направлении почти не ощущается.
Для каждого сорта дерева процесс усушки и разбухания занимает различный промежуток времени в зависимости от скорости впитывания влаги (например, дуб – 30 дней, ясень – 20 дней, бук – 14 дней, клен – 12 дней). Условно все сорта древесины по уровню стабильности можно разделить на три группы: низкой стабильности, средней стабильности и высокой стабильности. Зная стабильность конкретной древесины, можно судить, насколько сильно настеленный деревянный пол может расшириться или сжаться, какова вероятность возникновения волн или щелей.
Внутреннее напряжение
Напряжения, которые возникают без участия внешних сил, называют внутренними. Причина образования напряжения при сушке древесины — неравномерность распределения влаги. Внутренние напряжения иногда сохраняются в высушенном материале и служат причиной изменения размеров и формы деталей при механической обработке древесины. Для уменьшения напряжения применяют высокотехнологичные автоматические сушильные камеры. Сохранившееся после обработки остаточное напряжение можно снять путем дополнительной обработки (механической или увлажнение паром).
При высыхании или увлажнении древесины изменяется форма поперечного сечения доски. Такое изменение называется короболением.
Виды коробления: а, в — изменение формы поперечного сечения брусков с различным расположением слоев на торце, б — то же, досок (серцевинной и боковой), г — продольная покоробленность, д — крыловатость.
Плотность древесины
– это отношение массы древесины к ее объему. Выражается плотность в кг/ м3. Плотность древесины зависит от влажности и для сравнения значения плотности всегда приводят к единой влажности — 12%.
Величина плотности колеблется в очень широких пределах. По плотности при влажности 12% древесину можно разделить на три группы:
— породы с малой плотностью (510 кг/м3 и менее): сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, ива, ольха, каштан, орех;
— породы средней плотности (550…740 кг/м3 ): лиственница, тис, береза, бук, вяз, груша, дуб, ильм, карагач, клен, платан, рябина, яблоня, ясень;
— породы с высокой плотностью (750 кг/м3 и выше): акация белая, береза железная, граб, самшит, саксаул, фисташка, кизил.
Между плотностью и прочностью древесины существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. Следует отметить, что древесина, произрастающая в нашей стране, обладает мелкослойной структурой благодаря короткому вегетативному периоду, а потому ее плотность и прочность выше, чем у тех же пород, произрастающих в Европе.
Механические свойства.
Под воздействием внешних сил в древесине нарушается связь между отдельными ее частицами и изменяется форма. Механические свойства характеризуют способность древесины сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок).
— это способность древесины сопротивляться вдавливаниям более твердых тел (например, каблуков или ножек мебели). От твердости древесины зависит долговечность деревянного пола, сопротивляемость ударам падающих предметов, истиранию и царапанью. Чем больше твердость и плотность древесины, тем меньше ее изнашиваемость, т.е. выше способность противостоять разрушению. Твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных.
Твердость паркетного пола варьируется в зависимости от сорта древесины и измеряется по методу Бриннеля: стальной шарик диаметром 10 мм вдавливают в поверхность с определенной силой, затем измеряют образовавшуюся вмятину и рассчитывают величину коэффициента твердости по Бриннелю. Чем тверже древесина, тем этот коэффициент выше. Структура древесины предопределяет относительно большие градации твердости.
По степени твердости все древесные породы можно разделить на три группы:
торцовая твердость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан);
— торцовая твердость 40,1 — 80 МПа (лиственница, сибирская береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень);
3) очень твердые
— торцовая твердость более 80 МПа (акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).
Приведенные данные являются средними значениями большого количества измерений отделанной поверхности. Единица измерения твердости – HB (Hardness Brinell). 1 HB равен 10 МПа или 10 Н/мм². В таблицах этот коэффициент чаще всего приводится без единиц измерения
Эбеновое дерево | Свыше 8,0 | Бук | 3,8 |
Акация белая | 7,1 | Дуб | 3,8 |
Олива | 6 | Падук | 3,8 |
Ярра | 6 | Афромозия | 3,7 |
Кумару | 5,9 | Граб | 3,7 |
Лапачо | 5,7 | Вяз гладкий | 3,67 |
Амарант | 5 | Береза | 3,6 |
Орех грецкий | 5 | Тиковое дерев | 3,5 |
Кемпас | 4,9 | Ирокко (камбала) | 3,5 |
Бамбук | 4,7 | Вишня | 3,2 |
Панга-панга | 4,4 | Ольха | 2,7 |
Венге | 4,2 | Лиственница | 2,6 |
Гуатамбу | 4,2 | Клен полевой | 2,5 |
Клен остролистый | 4,1 | Сосна | 2,49 |
Ясень | 4,1 | Сосна корейская | 1,9 |
Мербау | 4,1 | Осина | 1,86 |
Сукупира | 4,1 | Кумьер | твердая |
Ятоба (мерил) | 4,1 | Груша | средняя |
Свитения (махагони) | 4 | Сапелли | средняя |
Дуссие | 4 | Липа | низкая |
Мутения | 4 | Каштан | низкая |
Твердость имеет существенное значение при устройстве полов, лестниц, перил, когда древесина подвергается истиранию. В производстве паркета и паркетной доски из массива применяют породы с твердостью не ниже средней.
Средние показатели твердости по Бриннелю и стабильности древесины :
Прочностью называется способность древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Она зависит от направления действующей нагрузки (растяжение, сжатие, изгиб, скалывание), породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков и характеризуется пределом прочности — напряжением, при котором разрушается образец.
Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон всех пород составляет 130 МПа. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.
Прочность древесины при растяжении поперек волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, т.е. 6,5 Мпа.
При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон, примерно в 8 раз.
Порода | Предел прочности, Мпа, при: | Торцовая твёрдость, Мпа | Ударная вязкость, Дж/м2 | |||
сжатии вдоль волокон | статическом изгибе | скалывании вдоль волокон | ||||
радиальном | тангенциальном | |||||
Граб | 60/27 | 137/74 | 15,6/8,8 | 19,4/10,4 | 91/54 | 99081/ 84366 |
Ясень | 59/33 | 123/75 | 13,9/9,4 | 13,4/8,7 | 80/48 | 88290/ 74556 |
Бук | 56/26 | 109/65 | 11,6/7,0 | 14,5/8,9 | 61/37 | 80442/ 68670 |
Дуб | 58/31 | 108/68 | 10,2/7,6 | 12,2/9,0 | 68/40 | 76518/ 64746 |
В рамках одной породы и даже одного дерева физические и механические свойства древесины могут значительно различаться, поэтому все приводимые данные являются усредненными. Однако они являются достаточными для проведения сравнительной оценки различных пород.
Все вышеописанные показатели древесины учитываются при производстве деревянных напольных покрытий. Допуски по различным характеристикам и их соответствие российским (ГОСТ) и международным (например, DIN) стандартам, обычно, подробно изложены в технических условиях крупных производителей. Потребителям же достаточно убедиться в наличии подробных ТУ и в серьезности предоставляемых гарантий.
Основные характеристики дерева
Породы, свойства и характеристики древесины как строительного материала
Если рассматривать дерево, как строительный материал, с учетом комплекса механических, технологических, эстетических и экологических характеристик, у него явно нет конкурентов.
Натуральное дерево обладает привлекательными для человека качествами: низкой теплопроводностью, способностью поддерживать оптимальный уровень влажности, уничтожать в помещении вредные вещества, возможностью быстрого прогрева и сохранения комфортного климата внутри помещения в любое время года.
Древесина — плотный материал, из которого в основном состоят ствол, корни и ветви дерева.
Использование стволов хвойных пород:
1. Дрова;
2. Промышленная древесина;
3. Вершинный отруб (очень сучковатый) для брусков;
4. Серединный отруб (сучковатый) для брусьев, пластин, досок;
5. Нижний (комлевый) отруб почти без сучков для пластин, досок;
6. Подпил или подруб, который делается со стороны падения ствола;
7. Основной пропил напротив и несколько выше пропила (подруба);
8. Пень
Описание пород
Хвойные породы
Сосна занимает около 1/6 площади всех лесов России. Более распространенной породой является сосна обыкновенная. Она произрастает в Крыму и на Кавказе.
Древесина сосны достаточно мягкий материал. Хорошо обрабатывается. Используется для изготовления оконных, дверных блоков, мебели, лестничных маршей.
Ель занимает 1/8 часть покрытой лесом площади .
Древесина ели из-за большей сучковатости обрабатывается несколько хуже. Преимущества ее — однородность строения, белый цвет и малая смолистость.
Применяется в строительстве для изготовления оконных и дверных блоков, досок для покрытия полов, плинтусов, наличников, обшивки и раскладки, для изготовления бытовой мебели.
Ели используется для получения драни, гонта, стружки для упаковок яиц. Из коры ели получают дубильные материалы для кожевенной промышленности.
Лиственница занимает около 2/3 площади всех лесов нашей страны.
Древесина лиственницы имеет высокие физико-механических свойства: плотность и прочность ее древесины почти на 30 % выше, чем древесины сосны. Она обладает высокой стойкостью против гниения. Древесина лиственницы тяжелая.
Древесину лиственницы используют в случаях, когда требуется высокая прочность и стойкость против гниения (гидротехнические сооружения, сваи, столбы, связи, шпалы, рудничная стойка). В вагоностроении древесину лиственницы иногда применяют вместо древесины дуба. Используют ее в мебельном производстве, так как она имеет красивую текстуру.
Пихта. Древесина пихты обладает наиболее высокими физико-механическими свойствами пи не уступает древесине ели.
Древесину пихты используют наравне с древесиной ели.
Кедр. По физико-механическим свойствам древесина кедра занимает промежуточное положение между древесиной сибирской ели и пихты, но по стойкости против гниения превышает их.
Древесина кедра хорошо обрабатывается в разных направлениях; используется для производства карандашей, в столярно-мебельном производстве, для изготовления шпал, рудничной стойки и др.
Тис. Древесина тиса имеет красивый внешний вид и поэтому ценится в мебельном производстве, используется для внутренней отделки помещений, изготовления токарных и резных изделий, мелких художественных изделий.
Лиственные породы
Кольцесосудистые лиственные породы.
Дуб произрастает отдельными массивами на территории европейской части России, а также в Крыму и на Кавказе.
Древесина дуба характеризуется высокой прочностью и стойкостью против гниения, способностью к гнутью, красивой текстурой и цветом.
Древесина дуба используется в столярно-мебельном, паркетном и фанерном производствах. Высокая прочность и способность к гнутью обусловливают применение дуба в вагоно-, судо-, обозостроении, для изготовления клепки для бочек. Отходы дуба и дрова используют для дубильно-экстрактного производства.
Ясень обыкновенный произрастает в средней и южной полосе европейской части России, на Кавказе, в Крыму. Древесина ясеня отличается высокой прочностью и вязкостью, малой склонностью к растрескиванию, красивой текстурой.
Применяется наравне с древесиной дуба. Высокая ударная вязкость, способность к гнутью обусловливают применение ее для производства спортивного инвентаря (лыж, весел, теннисных ракеток), в обозо-, судо-, вагоно-, авиа- и автостроении, для изготовления лестничных перил и рукояток инструментов и др.
Вяз произрастает на европейской территории России. Древесина его довольно тяжелая, прочная, вязкая, хорошо обладает гнутостью. Применяют ее в основном в обозостроении для изготовления обода, полоза, дуг; в вагоно- и машиностроении (винты) и в столярно-мебельном производстве.
Ильм произрастает на европейской территории России и на Дальнем Востоке. Красивая текстура древесины ильма ценится в мебельном и фанерном производствах.
Карагач произрастает в южной полосе европейской части России, в Крыму, на Кавказе.
Карагач — ядовитая порода с узкой желтовато-бурой заболонью и коричневато-бурым ядром. Древесина его похожа на древесину ильма, поэтому области применения практически одинаковы.
Рассеянно-сосудистые лиственные породы с мягкой древесиной
Береза растет повсеместно.
Древесина березы применяется для производства лущеного шпона, фанеры, лож охотничьих ружей, лыж и древеснослоистых пластиков, древесностружечных и древесноволокнистых плит, целлюлозы, паркета, в строительстве и др. Из коры березы получают деготь.
Наросты и капы березы используют в качестве облицовочного материала в производстве мебели.
Высоко ценится и применяется при изготовлении сувениров, художественной мебели.
Тополь. Древесина у тополя мягкая, мало стойкая против гниения. Применяется в производстве целлюлозы, для изготовления долбленых лодок, корыт, деревянных лопат, деревянной посуды.
Кора осокоря (балабера) применяется для изготовления поплавков к рыболовным сетям.
Осина. Применение осины ограничивается наличием в древесине ядровой гнили. Основное применение древесины осины — в спичечной промышленности, для получения вискозы (искусственный шелк). Из древесины осины изготавливают игрушки, посуду, древесную стружку, кровельную плитку, дрань и стружку, гонт, кровельную стружку и пр.
Ольха. Растет на сильно увлажненных почвах. Свежесрубленная древесина ольхи белого цвета на воздухе быстро краснеет.
Древесина ольхи мягкая, легкая, однородного строения. Применяется в фанерном, столярно-мебельном производстве, а также для производства ящичной тары.
Липа. Древесина липы мягкая, легкая, однородного строения, хорошо режется, мало трескается и коробится. Малая формоизменяемость древесины липы обусловливает применение ее для изготовления чертежных досок, моделей в литейном деле. Резных изделий, деревянной посуды, карандашей; из липы изготавливают тару под пищевые продукты (мед), древесную стружку, игрушки; из коры липы получают мочало.
Рассеянно-сосудистые лиственные породы с твердой древесиной
Бук произрастает на Кавказе и в Крыму, в Белоруссии.
Древесина бука очень прочная, с красивой текстурой на радиальном разрезе, хорошо гнется, подвержена загниванию. Из древесины бука изготавливают гнутую мебель, клепку для бочек под сливочное масло и нефтепродукты, паркетный фриз, строганый шпон, чертежные принадлежности (линейки, треугольники), сапожные колодки, корпуса для столярного инструмента, применяют ее в обозо- и машиностроении.
Древесина бука — ценное сырье для сухой перегонки, так как дает высокие выходы уксусной кислоты и креозота.
Орех произрастает на Кавказе и Дальнем Востоке. Древесина ореха довольно тяжелая, твердая и прочная, имеет красивый цвет и текстуру. Она хорошо обрабатывается, полируется и поэтому высоко ценится в мебельном и фанерном производстве; идет на внутреннюю отделку помещений, изготовление токарных и резных изделий, лож охотничьих ружей.
Граб обыкновенный произрастает в Крыму и на Кавказе. Древесина граба очень тяжелая, твердая, хорошо сопротивляется истиранию, при высыхании коробится и растрескивается.
Применяется в машиностроении (изготавливают винты. Шестерни, погонялки для ткацких станков, рукояти инструментов), для изготовления токарных изделий, сапожных гвоздей.
Клен произрастает на Кавказе, в Крыму и на Украине. Древесина клена твердая, плотная, тяжелая и прочная. Применяют ее в мебельном производстве, музыкальной промышленности, машиностроении (детали текстильных машин); из клена изготавливают колодки рубанков, сапожные колодки и др.
Груша произрастает в средней и южной полосе европейской части России, в Крыму и на Кавказе. Древесина груши твердая, тяжелая, однородного строения. Хорошо обрабатывается и полируется, имитируется под черное дерево. Используется для изготовления высококачественной мебели, музыкальных инструментов. Строганого шпона. Она мало коробится и из нее изготавливают чертежные принадлежности (линейки, лекала), оправы для оптических приборов.
Платан или чинара, произрастает на Кавказе и в Закавказье. Древесина платана используется в мебельном производстве в качестве отделочного материала и для изготовления различных художественных изделий.
Самшит произрастает на Черноморском побережье Кавказа и в Крыму. Древесину самшита применяют для изготовления духовых инструментов (флейты), ткацких челноков, гравировальных досок, пуговиц, резных и токарных изделий.
Рябина произрастает в России повсеместно. Древесина плотная, тяжелая, твердая и прочная, хорошо сопротивляется ударам. Древесина рябины применяется для изготовления рукояток к ударным инструментам, токарных изделий и др.
Иноземные породы
Секвойя произрастает в основном в Северной Америке. Это самое крупное дерево на земном шаре, отличается большой долговечностью. Сохранились деревья, имеющие высоту 120 метров и диаметр в комле 15 метров в возрасте 6000 лет. Разводится и хорошо культивируется на южном берегу Крыма и Черноморском побережье Кавказа.
По физико-механическим свойствам секвойя близка к древесине ели, но более стойкая против гниения. Применяется древесина секвойи в мебельном производстве, для отделки вагонов, кают, в карандашном производстве.
Красное дерево. Под названием красного дерева в международной торговле идет древесина ряда древесных пород, дающих древесину красного цвета различных оттенков.
Наиболее распространенная порода по красоте и цвету древесины — американское махагони, произрастающее в Центральной Америке.
Древесина махагони отличается высокими механическими свойствами, почти не коробится и не растрескивается, хорошо полируется. Применяется для изготовления высококачественной мебели, внутренней отделки пассажирских вагонов, пароходных кают.
Черное дерево. Под этим названием в торговле идут породы, дающие древесину черного цвета. Один из лучших сортов — индийское черное, или эбеновое, дерево, произрастающее в Индии.
Применяют эту древесину для изготовления деревянных духовых инструментов, клавишей роялей и пианино, для инкрустаций в мебельном производстве.
Бакаут — вечнозеленое дерево, произрастающее в тропической зоне.
Древесина бакаута очень плотная, твердая, тяжелая, с запахом ванили. Она трудно поддается обработке, трудно раскалывается. В древесине бакаута содержится до 26% смолы и около 3% слизистых веществ. Которые с водой дают эмульсию и тем самым уменьшают трение.
Древесина бакаута применяется для изготовления деталей машин, от которых требуется твердость и высокое сопротивление истиранию.
Палисандр. Древесина очень тяжелая, мало усыхает, хорошо полируется. Применяют ее для изготовления пианино, художественной мебели, наборного паркета.
Каждая порода дерева обладает механическими свойствами и характеризуется способностью древесины сопротивляться воздействию внешних сил , а также технологическими свойствами.
К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твердость, ударная вязкость (табл. 1)
Древесные породы
Плотность
кг/м 3
(при 12% влажности)
Предел прочности, МПа
Торцовая твердость, МПа
Ударная вязкость, Дж/м 2 (при 12% влажности)
Основные свойства древесины
К положительным свойствам древесины относится высокая механическая прочность и одновременно с этим легкость, что позволяет отнести ее к эффективным материалам с достаточно высоким коэффициентом конструктивного качества (ККК). Древесина способна поглощать ударные нагрузки и гасить вибрации, она отличается высокими тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами, химической стойкостью к кислотам и щелочам, легко обрабатывается резательными инструментами, хорошо удерживает металлические и другие крепления, надежно склеивается и, наконец, обладает естественной декоративностью, что делает ее популярным отделочным материалом.
К отрицательным свойствам древесины относятся анизотропность, повышенная гигроскопичность и водопоглощение, загниваемость в определенных температурно-влажностных условиях эксплуатации, подверженность разрушению различными древогрызущими насекомыми, легкая возгораемость и наличие в ней пороков строения и др.
Спелость древесины – достижение свойств древесины оптимальных для строительства. Спелость древесины наступает в зависимости от климата: 80…200 лет для деревьев хвойных пород и дуба, 50…80 лет для березы и 40…60 лет для осины.
Средняя плотность древесины зависит от породы. Плотность древесины разных пород и даже древесины одной и той же породы колеблется в широких пределах, так как строение и пористость растущего древа зависят от почвы, климата и других природных условий. Например, плотность сосны – 400-700 кг/м 3 , дуб – 700 – 950 кг/м 3 , бук – 600-900 кг/м 3 .
Истинная плотность древесины в среднем равна 1,54 г/см 3 , так как древесина всех деревьев состоит в основном из одного и того же вещества – целлюлозы.
Пористость хвойных пород 46…85 %, лиственных – 32…80 %.
Влажность древесины выражают в % по отношению к массе сухой древесины. В древесине различают связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную) влагу. Связанной называют в древесине воду, содержащуюся в ее клеточных стенках. Эта вода поглощается древесиной непосредственно из воздуха. Каждому сочетанию температуры и влажности окружающего воздуха соответствует определенная, так называемая равновесная влажность древесины. Связанная вода удаляется из древесины только сушкой. Предел гигроскопичности – 25…35 %, что соответствует полному насыщению стенок клеток древесины водой и достигается при сорбции влаги из воздуха, имеющего относительную влажность 99,5 %. Свободная вода содержится в полостях клеток, сосудах и межклеточных пространствах древесины. Свободная влага не вызывает разбухания древесины, а только увеличивает ее плотность. Эту влагу можно удалить из древесины механическим путем, например прессованием. В зависимости от влажности различают древесину:
— мокрую – длительное время находящуюся в воде, влажностью свыше100 %;
— воздушно-сухую – долгое время хранившуюся на воздухе, влажностью 15-20 %;
— абсолютно-сухую, т.е. высушенную до постоянной массы при температуре 103 ±2 °С – влажностью около 0%.
Для получения сравнимых данных о физико-механических показателях древесины, зависящих от влажности, введено понятие стандартная влажностьдревесины, ее значение – 12 %.
Гигроскопичность— способность сухой древесины поглощать влагу из окружающей среды или отдавать влагу более сухому окружающему ее воздуху.
При изменении влажности древесины от нуля до точки насыщения волокон, а затем от точки насыщения волокон до нуля происходит изменение объема древесины, ее плотности и прочности.
Усушка древесины – уменьшение размеров древесины при удалении из нее связанной воды.
Разбухание древесины— увеличение размеров древесины при поглощении ею связанной воды.
Величина усушки и разбуханиядревесины вследствие неоднородности ее строения неодинакова в разных направлениях. Линейная усушка древесины вдоль волокон составляет всего 0,1…0,3 %, в радиальном направлении -3…6 %, в тангентальном — 6…12 %. Значительное различие величин усушки древесины в радиальном и тангентальном направлениях приводит к ее короблению при высыхании. При интенсивной сушке ствол дерева растрескивается по радиусу.
Теплопроводностьсухой древесины определяется поперек волокон – 0,17…0,28 Вт/(м· о С). Вдоль волокон теплопроводность древесины, как правило, выше примерно в 2 раза.
Цвет и текстура древесины — характерные признаки той или иной породы. Цвет древесины зависит от многих факторов, например, от района и условий произрастания, от породы, возраста дерева и др. Текстура (рисунок) древесины зависит от наличия тех или иных волокон их величины, и взаимного расположения, причем в каждой плоскости разреза дерева своя текстура.
Механические свойства. Сопротивление древесины механическим воздействиям неодинаково в различных направлениях вследствие волокнистости строения. Механические свойства древесины зависят от породы древесины, ее влажности, наличия пороков. Прочность древесины определяют путем испытаний, чистых (без видимых пороков) образцов древесины. Прочность древесины характеризуется пределами ее прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании и др.
Показатели прочности древесины должны быть пересчитаны на влажность 12 %, так как прочность древесины понижается, когда ее влажность возрастает от 0 до 30 % (до предела гигроскопичности), при этом в интервале влажности 8-20 % понижение прочности прямо пропорционально приросту влажности
где RW — предел прочности образца с влажностью W в момент испытания; R12 — то же при влажности 12 %; α — коэффициент снижения прочности древесины при увеличении ее влажности на 1 % , при сжатии и изгибе α =0,04, при скалывании α =0,03.
Предел прочности древесины с влажностью в момент испытания равной или больше предела гигроскопичности приводят к влажности 12 % по формуле
где k12 — пересчетный коэффициент, имеющий различные значения для разных пород и вида испытаний.
Предел прочности древесины при сжатии (RСЖ) вдоль волокон в 4-6 раз больше ее прочности поперек волокон. Прочность на изгиб (RИЗГ) в среднем в 2,5 раза превосходит соответствующий предел прочности при сжатии (RСЖ).Удельная прочность древесины при растяжении вдоль волокон (RР/ρ), например, у сосны 213 МПа, примерно такая же как у высокопрочной стали, 255 МПа и стеклопластика, 200 МПа.
Предел прочности при скалывании вдоль волокон для основных древесных пород составляет 6-13 МПа, а при скалывании поперек волокон в 3-4 раза больше.
В зависимости от значения твердости древесину подразделяют на мягкую (35-49 МПа), твердую (50-100 МПа) и очень твердую (более 100 МПа). Твердость древесины численно равна нагрузке, которая необходима для вдавливания в образец древесины половины металлического шарика диаметром 5,64 мм при этом площадь отпечатка – 1 см 2 . Мягкие породы – сосна, ольха, ель, пихта. Твердые породы – дуб, бук, граб, береза, лиственница и очень твердые – кизил, самшит. Твердые породы труднее обрабатываются, но обладают повышенной износостойкостью и лучше удерживают шурупы.
Следует иметь в виду, что большинство из отрицательных свойств древесины могут быть устранены путем химической и химико-механической ее переработкой в листовые и плитные материалы, модификацией свойств и повышением стойкости натуральной древесины путем введения в нее антисептиков, антипиренов, смол, а также прессованием и пластификацией исходного материала.
Краткая характеристика основных пород деревьев и их применение
Лиственные породы деревьев и свойства их древесины
Дуб (твердая порода) — применяется в мебельном производстве, в строительстве (деревянные фрезерованные детали, паркет), вагоностроении, судостроении, в гидротехническом строительстве. Древесина дуба долговечная, прочная, твердая, устойчивая к гниению, имеет красивую текстуру, хорошо гнется. Цвет древесины коричневый или желтовато-коричневый, от времени темнеет. Отличительная особенность древесины дуба в том, что чем хуже почва, на которой растет дуб, тем его древесина лучше. Именно поэтому больше ценится древесина дуба из северных регионов.
Бук (твердая порода) — применяется в мебельном производстве (паркет, шпон, столярные инструменты, тара), в обувном производстве (колодки), машиностроении. Из бука путем сухой перегонки древесины получают уксусную кислоту и креозот. Древесина бука прочная, но подвержена загниванию, хорошо обрабатывается, пропитывается, хорошо гнется. Сильно коробится при усыхании.
Граб (твердая порода) — применяется в токарном деле, в машиностроении, в текстильном производстве. Из граба изготавливают корпуса столярных инструментов. Древесина граба отличается своей твердостью, тяжестью, плохо поддается обработке, очень устойчива к истиранию. Как и у бука, древесина граба сильно коробится при усыхании.
Ясень (прочная и вязкая порода) — широко применяется при изготовлении спортивного инвентаря, в мебельном производстве, в авиастроении, в вагоностроении, судостроении, в жилищном строительстве. Из ясеня изготавливается плотнично — столярный инструмент.
Древесина прочная и вязкая, имеет красивую текстуру, долговечная, стойкая к загниванию. Древесина ясеня хорошо гнется, мало коробится, но плохо пропитывается антисептиками.
Вяз, ильм, карагач (плотная, прочная порода) — эти породы из-за своей красивой текстуры широко применяются в мебельном и фанерном производстве, Имея большую прочность, используются в машиностроении и вагоностроении. Древесина вяза, ильма, карагача, отличается своей прочностью, вязкостью, плотностью. Хорошо сопротивляется износу, хорошо гнется.
Орех (твердая порода) — сфера использования — мебельное и фанерное производство, жилищное строительство (внутренняя отделка). Древесина ореха тяжелая, прочная и твердая с красивой текстурой. Древесина хорошо обрабатывается и отлично полируется.
Липа (мягкая порода) — из нее изготавливаются карандаши, игрушки, музыкальные инструменты, другие изделия. В мебельном и фанерном производстве липа также находит достаточно широкое применение. Древесина липы мягкая, легкая, легко обрабатывается. При высыхании липа дает значительную усадку, но коробится и трескается в незначительной степени.
Береза (умеренно твердая порода) — широко используется при изготовлении лыж, прикладов ружей, паркета, древеснослоистых пластиков, древесностружечных и древесноволокнистых плит, целлюлозы. Жилищное строительство, мебельное и фанерное производство также являются сферой применения березы. Там, где имеет место повышенная влажность, древесину березы не применяют. Береза однородна по плотности, умеренно твердая, хорошо обрабатывается. Материал березы часто имитируется под ценные породы, хорошо полируется, красится, хорошо поддается пропитке. Но береза неустойчива к загниванию, коробится, что сужает область ее применения.
Клен (твердая порода) — область применения — машиностроение, фанерное, музыкальное и мебельное производство. В сапожном деле из клена изготавливают колодки, в столярном — изготавливают колодки для рубанков. Древесина клена характеризуется прочностью, плотностью и твердостью, имеет эффектную глянцевую поверхность. Хорошо поддается окраске и полировке. Коэффициент усыхания незначительный.
Осина (мягкая порода) — эта порода дерева нашла широкое применения в спичечной промышленности, строительстве, в вискозной промышленности для получения искусственного шелка. Осина, как и тополь, с успехом используется для различных поделок, для изготовления игрушек. Из осины также делают кровельную плитку. Древесина мягкая, малосучковатая, легкая, хорошо обрабатывается, хорошо пропитывается и склеивается. Особо надо отметить прочность осины в водной среде, устойчивость против древогрызов. Осина мало коробится и устойчива к растрескиванию.
Тополь — используется как хороший поделочный материал (посуда, корыта, ложки, игрушки и т.д.), применяется при производстве целлюлозы, в строительстве. Древесина тополя мягкая, довольно сильно усыхает, плохо гнется, подвержена загниванию. Материал данной породы обладает мшистостью.
Ольха (мягкая порода) — область применения ольхи довольно обширная — это и столярно-мебельное производство, фанерное производство, изготовление пиломатериалов. Хорошо зарекомендовала себя ольха в подводном строительстве, в частности, из нее сооружают срубы для колодцев. Ольха применяется при изготовлении сувениров, это хороший материал для художественной обработки (резьба по дереву). Учитывая, что ольха не дает запаха, она незаменима в тарном производстве.
Редкие лиственные породы. К редким лиственным породам относятся груша, вишня, белая акация, яблоня. По плотности древесина этих пород превышает дубовую и буковую, обладает красивым цветом, хорошо обрабатывается и полируется. В основном древесина перечисленных пород применяется в поделочных работах.
2. Хвойные породы.
Сосна (мягкая порода) — хороший строительный материал в различных областях, самое широкое применение нашла в мебельном производстве вплоть до различных художественных поделок. Древесина сосны достаточно прочная, легкая, мягкая. При усыхании мало коробится, хорошо обрабатывается, пропитывается и окрашивается.
Ель (мягкая порода) — основное применение — целлюлозно-бумажное производство и строительство, Хороший материал для мебельной индустрии, для изготовления музыкальных инструментов, Применяется при изготовлении дубильных веществ. Ель, как материал, уступает сосне. Хотя древесина ели однородного с сосной строения, но она более сучковатая, обрабатывается хуже, плохо пропитывается антисептиками.
Однако ель из-за малой смолистости лучше держит клей, быстрее просыхает.
Пихта (мягкая порода) — применяется в целлюлозно-бумажной промышленности, строительстве, мебельной индустрии, в изготовлении музыкальных инструментов. Используется пихта и в медицине для изготовления пихтового масла. Древесина пихты близка по своим характеристикам ели. Мягкая и легкая, она трудно пропитывается антисептиками. Область применения пихты сужается из-за ее нестойкости против загнивания. Кедр, сибирская сосна (мягкая порода) — область применения та же, что и у сосны (строительство, мебельная индустрия, столярные работы, изготовление карандашей и т.д.). По физико-механическим свойствам находится между елью и пихтой, но более стоек к гниению. Хорошо обрабатывается.
3. Импортная древесина.
Эвкалипт (твердая порода) — находит применение в мостостроении, в гидротехнических сооружениях, в подводных технологиях и, конечно, в жилищном и промышленном строительстве. Древесина эвкалипта прочная, твердая и тяжелая. Очень устойчива к гниению. Но плохо поддается обработке, ядро дерева плохо пропитывается антисептиками. Произрастает в Грузии, Австралии, Индонезии, на Филиппинах.
Красное дерево (махагони). Из древесины этого дерева делают высококачественную мебель, панели, различные поделки и аксессуары, Очень ценятся столярные инструменты из махагони. Шпон из этого дерева идет на украшение престижных изделий. Древесина твердая, прочная, не растрескивается и не коробится. Очень красивая текстура. Красное дерево относится к породам с малой плотностью, хорошо обрабатывается в промышленных условиях, но трудно поддается ручной обработке. Произрастает в Мексике и Центральной Америке.
Пробковое дерево (бальза) — в столярных работах применяется для внутренних слоев клееной слоистой древесины. Хороший тепло — и звукоизолятор, наполнитель спасательных средств. Древесина бальза самая легкая, быстро растущая и мягкая из всех древесных пород. Произрастает в Мексике, Центральной Америке и Южной Америке (Эквадор). Есть бальза и в Грузии (Колхида).
Свойства древесины разных пород
Е ще пару веков назад ни сельское хозяйство, ни строительство, ни промышленность не обходились без древесины. Не потеряла она своего важного значения и сегодня, несмотря на то что появилось много новых материалов, вытеснивших древесину из различных областей ее применения. Кроме того, возникли новые направления и сферы использования этого материала – медицина, текстильная, деревоперерабатывающая и химическая промышленность, появились новые строительные технологии, в которых древесина оказалась незаменима. Но что она представляет собой? От чего зависят свойства древесины?
Строение древесины
Более половины (70–90 %) объема взрослого дерева приходится на ствол. Именно он и является строительным материалом. Точнее, не весь ствол, а только определенная его часть – древесина. Ствол состоит из нескольких структурных элементов.
Главные разрезы и основные части ствола- П – поперечный, Р – радиальный, Т – тангенциальный
Кора
Она составляет от 6 до 25 % объема дерева и включает корку (предохраняет ствол от резких температурных колебаний, проникновения грибов, бактерий, испарения влаги, механических повреждений) и луб, прилегающий к камбию. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни.
Камбий
Это тонкий кольцевой слой живых клеток, способных к делению и росту. Наибольшая активность камбия проявляется весной и летом, в этот период образуется годичный слой древесины, состоящий из ранней (весенней) и поздней (летней) древесины. Вместе это один годичный слой – ежегодный прирост древесины. Летняя древесина более плотная, чем весенняя.
Древесина
Это основная часть ствола, по ней проводится вода от корней в крону. Примерно в центре ствола находится сердцевина, диаметр которой составляет 2–5 мм. Древесина имеет анизотропное строение, поэтому ее физические свойства в разных направлениях различны.
Строение дерева. От клеток до корней
У многих пород в древесине выделяется центральная темноокрашенная зона – ядро и наружная светлая – заболонь. В раннем возрасте все деревья состоят только из заболони, но через некоторое время (у всех пород по-разному, и ширина ее также различна) живые элементы начинают отмирать, возникает закупорка водопроводимых путей и отложение экстрактивных веществ в центральную часть ствола – таким образом формируется ядро у пород, называемых ядровыми. К ним, например, относятся: можжевельник, тисс, сосна, лиственница, кедр, дуб, ясень, вяз, ильм, грецкий орех, ива, тополь.
У других пород отмирание центральной части не сопровождается потемнением. Они имеют однородную окраску древесины по всей толщине ствола – такие породы называют безъядровыми.
Различают еще одну разновидность пород – спелодревесные, которые имеют спелую древесину в центральной части ствола (более сухую, чем остальная). Их заболонь одинаковой окраски со спелой древесиной. К ним относятся ель, пихта, бук, осина.
Имеются также породы, у которых центральная часть не отличается от периферической ни по цвету, ни по свойствам, – такие породы называются заболонными. К ним, например, относятся: береза, липа, клен, граб и др.
У некоторых лиственных пород на поперечном разрезе ствола хорошо заметны светлые блестящие линии, расходящиеся по радиусу от сердцевины, – сердцевинные лучи. По радиальным направлениям они видны в форме узких полосок, но чаще незаметны невооруженным глазом. Их можно рассмотреть у дуба, бука, клена и некоторых других пород.
Лиственные породы имеют водопроводящие сосуды, которые проходят вдоль оси ствола в древесине, и на поперечном разрезе заметны только их 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 со- судами называют рассеяннососудистыми – береза, осина, липа, клен, ольха, бук.
Свойства древесины
У большинства пород ядро по сравнению с заболонью имеет большую механическую прочность, более темную окраску.
У многих хвойных (сосна, ель, лиственница, кедр и др.) есть смоляные ходы, представляющие собой тонкие каналы в древесине, заполненные смолой. Они отсутствуют у пихты, можжевельника, тисса. Смола повышает стойкость древесины против гниения.
В соотвествии с ГОСТ 20022.2-80 устанавливают классификацию древесины по стойкости к гниению и пропитываемости защитными средствами, скорости расконсервирования и уязвимости объектов защиты, а также классификацию защитных средств древесины.
По стойкости к гниению породы древесины (табл. 1) подразделяют на 4 класса: стойкие, среднестойкие, малостойкие и нестойкие, причем классификация ведется как по заболони, так и по ядру.
Таблица 1. Стойкость древесины к гниению
Сосна обыкновенная, ясень
Сосна кедровая сибирская, сосна обыкновенная, лиственница, дуб, ясень
Ель, сосна кедровая сибирская, лиственница, пихта
Береза, бук, вяз, граб, дуб, клен
Липа, ольха, осина
Береза, липа, осина, ольха
По пропитываемости защитными средствами породы древесины (табл. 2) подразделяют на следующие группы: легко пропитываемые, умеренно пропитываемые, трудно пропитываемые.
Таблица 2. Пропитываемость древесины защитными средствами
Сосна обыкновенная, береза, бук
Сосна кедровая сибирская, лиственница европейская, граб, дуб, клен, липа, ольха, осина
Сосна кедровая сибирская, сосна обыкновенная, осина, ольха
Ель, лиственница сибирская, пихта
Ель, лиственница европейская, лиственница сибирская, пихта, береза, дуб, вяз, бук, ясень
Плотность
Плотность древесины (объемная масса) – это отношение массы древесины к ее объему, выражается в кг/м3. Плотность древесины зависит от ее влажности. Все показатели физико-механических свойств древесины определяются при влажности 12%.
Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. Плотность определяется количеством древесинного вещества в единице объема.
По плотности при влажности 12 % древесину можно разделить на 3 группы:
- легкой плотности – до 550 кг/м3 (бальса, пихта сибирская, ель, ива, сосна, осина, липа, ольха);
- средней плотности – 551–700 кг/м3 (конский каштан, орех, береза, вишня, лиственница, тик, бук, дуб, свитения, платан, клен);
- плотные породы – от 771 кг/м3 и выше (ясень, слива, пекан, самшит, хурма, яблоня, маслина).
Плотность древесины имеет большое практическое значение. Более плотная древесина хуже пропитывается антисептиками, менее подвержена истиранию на таких местах, как полы, лестницы, перила.
Твердость
Твердостью называется способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. На степень твердости оказывает влияние влажность древесины.
По этому параметру все древесные породы при 12 %-ной влажности можно разделить на три группы:
- мягкие – торцовая твердость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан);
- твердые – торцовая твердость 40,1–80 МПа (лиственница, береза сибирская, бук, дуб, вяз, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень);
- очень твердые – торцовая твердость более 80 МПа (акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, фисташка, тисс).
Твердые породы древесины более износостойки по сравнению с мягкими. Это имеет существенное значение при обработке режущими инструментами: фрезеровании, распиловке. А также при устройстве полов, лестниц, перил, поскольку при эксплуатации древесина подвергается истиранию. В производстве паркета и паркетной доски из массива применяют породы с твердостью не ниже средней.
Прочность
Прочностью называется способность древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Она зависит от направления действующей нагрузки (растяжение, сжатие, изгиб, скалывание), породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков и характеризуется пределом прочности – напряжением, при котором разрушается образец.
Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон всех пород составляет 130 МПа. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.
При растяжении поперек волокон прочность древесины очень мала и в среднем составляет 1/20 от предела прочности при растяжении вдоль волокон, т. е. 6,5 МПа. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон, примерно в 8 раз.
В зависимости от применения
Рассматривают и сравнивают свойства древесины различных пород в зависимости от вида изготовляемой продукции.
Строительные элементы. Наиболее популярными видами строительных изделий из дерева являются оцилиндрованное бревно, массивный брус, клееный профилированный брус, конструкционные балки, строительные элементы крыши и перекрытий (доски и балки), элементы каркаса, стеновые панели из массивной древесины. Для данной категории изделий важное значение имеют такие свойства древесины, как прочность и стойкость к биоповреждениям.
Напольные покрытия. Напольные покрытия выделены в отдельную категорию, поскольку на сегодняшний день большинство предприятий стараются обеспечить качество продукции в соответствии с требованиями европейских стандартов, в которых имеется градация не только по качеству, но и по внешнему виду продукции (по направлению волокон – радиальные, тангенциальные, смешанные; по наличию ядра, сердцевинных лучей и т. д.). К напольным покрытиям относятся: доска пола, паркетная планка, паркетная доска, террасная доска.
В эту же категорию можно вынести элементы лестницы (ступеньки и перила). Для данной категории изделий важное значение имеют такие свойства древесины, как твердость, плотность, стабильность формы, истираемость.
Отделочный материал, мебель и элементы столярного производства. Древесина широко применяется для внутренней и наружной отделки. Для обшивки дома используют доску, имитирующую оцилиндрованное бревно или брус. Для внутренней отделки широко используют отделочная доска (вагонка и евровагонка), мебельные щиты для изготовления мебели, подоконников, дверей, стеновых панелей и другие элементы столярного производства. Для данной категории изделий важное значение имеет стабильность формы, плотность древесины.
Другие виды продукции. Это различные плитные материалы ДСтП, ДСП, ДВП, МДФ, ОСП и т. д.
В следующем номере мы расскажем об областях применения древесины хвойных пород.
Рекомендуем прочитать:
Защита древесины
Как и от чего нужно защищать древесину? Какие новые технологии могут предложить специалисты?
Качество древесины
Оценить строительный материал человеку, не являющемуся специалистом в данном вопросе, очень трудно. Да и профессионалу подчас требуется помощь специальной аппаратуры и дополнительные исследования.
Основные характеристики дерева
Древесина: Основные свойства древесины
Ни один из строительных материалов не обладает такими качествами, как древесина. Она очень удобна в обработке. Кроме того, это один из самых прочных, легких материалов, долго сохраняющих тепло и приятный запах.
Для того чтобы приступить к работе с древесиной, обязательно потребуется терпение. Не беда, если что-то с первого раза не будет получаться – все приходит с опытом. Глазомер и твердая рука могут быть помощниками, которые не позволят ошибиться при резании, пилении, сверлении, долблении и вытачивании древесины.
Древесина не относится к капризным строительным материалам, но некоторые ошибки она просто не простит: нельзя будет надставить несколько сантиметров неровно отпиленной доски или выровнять испорченную поверхность без ущерба будущему изделию. Это не пластилин и не глина, но в пластичности им древесина не уступает.
Сырая или специально вымоченная древесина прекрасно принимает ту форму, которую вы пожелаете ей придать.
При работе можно либо исказить, либо подчеркнуть рисунок древесины. Во втором случае выполненное изделие только выиграет и прекрасно будет смотреться без покрытия слоем краски. А усилить игру тонов помогут различные древесные лаки, которые наносятся на поверхность двумя-тремя тонкими слоями.
Для того чтобы задуманное изделие максимально подчеркивало текстурный рисунок древесины и не противоречило ему, необходимо изучить его.
Нет такого бруска древесины, на котором бы не прослеживалось направление роста волокон. Наиболее полное представление о том, что получится из выбранного бруска, может возникнуть только в том случае, если распилить брусок по трем направлениям: под углом в 45°, вдоль волокон и поперек них.
Срез под углом в 45° называется тангентальным срезом, который дает текстуру древесины в виде конусообразных линий (рис. 1, а). Срез вдоль волокон даст радиальный срез, который покажет вертикальные линии волокон (рис. 1, б). Срез, проходящий поперек волокон, по сути дела, представит текстуру дерева из годичных колец (рис. 1, в). Такой срез и будет называться поперечным.
Рис. 1. Виды срезов: а – тангентальный; б – радиальный; в – поперечный.
Если правильно расположить на бруске задуманный чертеж, то внешний вид будущего изделия только выиграет. Кроме того, сложность и красота будущего рисунка напрямую зависят от разнообразия текстуры древесины.
Сделав только поперечный срез, можно четко рассмотреть строение древесины. Каждый брусок необтесанного дерева имеет кору – это кожа дерева, которая не используется в работе, ее обязательно снимают. Под корой располагается зона роста дерева, которая практически неразличима невооруженным глазом.
На свежем спиле растущего дерева слой камбия представлен очень хорошо. Если снять кору, откроется тонкая прослойка влажной ткани зеленоватого цвета – это и есть камбий. За камбием расположена собственно древесина с годичными кольцами.
Древесину еще называют заболонью. В центре каждого дерева есть ядро, которое по цвету может сливаться с заболонью или иметь более темный цвет. В зависимости от этого разделяют заболонные породы древесины, где ядро не имеет ярко выраженной структуры и клетки расположены так же плотно, как и в заболони (рис. 2, а), и ядровые, где, соответственно, ядро хорошо различимо (рис. 2, б). Иногда заболонные породы дерева называют безъядровыми.
Рис. 2. Виды пород: а – заболонные; б – ядровые.
К ядровым древесным породам относятся все хвойные (сосна, кедр, ель, тис, лиственница) и некоторые лиственные породы, например дуб, ясень, тополь. Большинство лиственных пород составляет ряд заболонных, или безъядровых: береза, граб, ольха, клен.
Кроме микроструктуры древесины, к ней относится плотность расположения древесных клеток. На создание композиции и возможность использования того или иного бруска в работе влияет макроструктура древесины, представленная годичными кольцами и сердцевидными сосудами.
К макроструктуре также относится наличие различных сучков, наростов и неразвившихся побегов-глазков, которые отклоняют годичные кольца и образуют различные свилеватости.
Древесина, где наиболее четко различимы годичные кольца, горизонтальные и вертикальные сосуды, представляется наиболее интересной для обработки. Практически все хвойные породы – сосна, лиственница, пихта, ель, кедр – обладают такой древесиной.
Физические свойства древесины
К физическим свойствам древесины относятся ее плотность, влажность, теплопроводность, звукопроводность, электропроводность, стойкость к коррозии (то есть способность противостоять действию агрессивной среды), а также ее декоративные качества (цвет, блеск, запах и текстура).
Плотность древесины – это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см3или кг/м3. Зависит этот показатель от породы древесины, возраста, условий роста, ее влажности. Нет необходимости вдаваться в подробности изучения данного показателя; достаточно знать, что древесина, отличающаяся большей плотностью, служит гораздо дольше и менее подвержена необратимым изменениям, чем менее плотная (однако следует учесть, что для чистоты сравнительного анализа плотность древесины измеряют на образцах влажностью 15 %). Самая большая плотность у дуба, далее по убывающей следуют: ясень, клен, лиственница, бук, береза, орех, сосна, липа, осина, ель, пихта.
Влажность лесоматериалов, используемых в строительстве и при изготовлении деревянных изделий, является показателем ее качества и долговечности. На практике различают древесину: комнатно-сухую, с влажностью 8–12 %; воздушно-сухую искусственной сушки, с влажностью 12–18 % (эти два вида древесины получают путем сушки пиломатериалов в сушильных камерах); атмосферно-сухую естественной сушки, с влажностью 18–23 % (получают в результате продолжительного хранения лесоматериалов, уложенных штабелями на прокладках в сухих, проветриваемых помещениях или под навесом, без допуска воздействия прямых солнечных лучей), влажную древесину, с влажностью более 23 %.
Чем меньше показатель влажности древесины, тем меньше она подвержена гниению. Однако не следует стремиться использовать лесоматериалы наименьшей влажности. Дело в том, что структура древесины очень гигроскопична: она легко отдает переизбыток влаги при повышении температуры и уменьшении влажности окружающей среды и с такой же легкостью впитывает влагу при снижении температуры и повышении влажности окружающей среды. Это неминуемо приводит: в первом случае – к усушке древесины (уменьшению ее объемных размеров); во втором случае – к ее разбуханию (увеличению объемных размеров). И усушка, и разбухание изменяют объемные размеры деревянной детали неодинаково в различных направлениях; результат этого – коробление древесины, деформация деревянных конструкций, что в конечном итоге приводит их в негодность. Самый простой способ предупреждения коробления – применение древесины, влажность которой в момент использования соответствует эксплуатационной влажности.
Теплопроводность, звукопроводность. Деревянные дома из сруба или бруса хорошо удерживают тепло. Здоровая древесина способна распространять звук вдоль волокон: если после удара по комлевой части бревна, доски или бруса слышится чистый звенящий звук, то это говорит о высоком качестве древесины; прерывистый, глухой звук свидетельствует о ее загнивании.
Коррозионная стойкость древесины очень важна для строений и изделий, изготовленных из нее, особенно тех, которые эксплуатируются в основном под открытым небом. Следует отметить, что хвойные породы более стойки к коррозии по сравнению с лиственными, поскольку хвойная древесина пропитана природными смолистыми веществами.
Цвет, блеск, запах и текстура являются физическими свойствами древесины, позволяющими визуально определить ее породу.
Цвет способен указать на качество: например, синеватая окраска хвойной древесины свидетельствует о начальной стадии загнивания (цвет здоровой сосны – от коричневато-желтого в зонах, насыщенных смолой, до светло-желтого; цвет ели – от светло-желтого до белого); черные и темно-коричневые пятна на буковой древесине – признак загнивания (цвет здорового бука – от желто до розовато-бежевого).
Свидетельствовать о пороках древесины может и изменение запаха: если в помещении, где хранится древесина бука, ощущается стойкий запах прелой листвы, а запах в помещении, где хранятся сосновые лесоматериалы, затхлый – это явный признак процессов гниения.
Текстура древесины зависит от распила, а механическая прочность тех или иных досок или брусков – от вида разреза (рис. 3). Но и цвет, и блеск, и текстура имеют чисто декоративное значение.
Рис. 3. Составные части поперечного распила ствола и текстура древесины на трех разрезах: а – составные части поперечного распила ствола: 1 – лубяной слой коры; 2 – камбий; 3 – заболонь; 4 – ядро; 5 – сердцевина; 6 – сердцевидные лучи; б – текстура древесины сосны на трех разрезах: 1 – на поперечном; 2 – на радиальном; 3 – на тангентальном.
Механические свойства древесины
Механические свойства древесины более важны, так как от них зависят прочность и долговечность сооружений и изделий из дерева.
Механическая прочность древесины – это ее возможность противостоять различным статическим и динамическим нагрузкам. По направлению действия нагрузок различают прочность на сжатие, изгиб, скалывание (сдвиг), растяжение (рис. 4). При этом предел прочности древесины на сжатие и растяжение при направлении нагрузки вдоль волокон значительно выше, нежели при направлении нагрузки поперек волокон. Механическая прочность древесины зависит от ее физических свойств: увеличение влажности снижает прочность, а плотная древесина более прочна, чем легкая и рыхлая.
Рис. 4. Испытание прочности древесины: а – направление нагрузки: 1 – вдоль волокон; 2 – поперек волокон радиально; 3 – поперек волокон тангентально.
Пластичность – способность деревянной детали изменять форму под воздействием нагрузки и сохранять эту форму после снятия приложенной нагрузки. Это свойство имеет значение при изготовлении гнутых деталей: важно знать, что с увеличением влажности и температуры древесины ее пластичность увеличивается; поэтому детали, которые нужно выгнуть, обрабатывают горячей водой или паром. Высокой пластичностью (по убывающей) обладает древесина бука, вяза, дуба, ясеня. Хвойные породы древесины пластичностью, достаточной для сгибания деталей, не обладают вследствие прямолинейной структуры волокон.
Твердость древесины обусловлена ее способностью сопротивляться внедрению инородных тел. По этому признаку древесину разделяют на твердую – бук, дуб, клен, ясень, вяз, лиственница (самые твердые – самшит и акация) и мягкую – липа, ель, сосна, ольха.
Твердость определяет еще одно механическое свойство древесины – ее износостойкость, способность противостоять трению. Здесь имеется прямая взаимосвязь: чем тверже древесина, тем выше показатель ее износостойкости.
Источник https://pilka-nn.ru/oborudovanie/harakteristiki-drevesiny-tablica.html
Источник https://doska-doska.ru/materialy/svojstva-drevesiny.html
Источник https://dachnye-fei.ru/raznoe/osnovnye-harakteristiki-dereva.html
Строительные материалыВы не можете скопировать содержимое этой страницы