Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы рубрики ‘СТРОИТЕЛЬНЫЕ. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ’

Процессы, происходящие при образовании осадочных горных пород и их классификация. Первичные (изверженные) горные породы, находящиеся на земной поверхности, подвергаясь вы­ветриванию (см. подразд. 4.6), постепенно превращаются в рых­лые продукты разрушения, которые ветром, льдом и главным образом водой сносятся в более низкие места, закрытые водные бассейны, моря и океаны, где происходит их осаждение. Произо­шедшие таким образом горные породы называются вторичными, или осадочными.

Вода может переносить продукты разрушения двумя путями: механически (мелкие частицы — во взвешенном состоянии, а крупные частицы — перекатывая по дну) и в виде водного ра­створа (растворимые продукты). В зависимости от этого и образо­вание осадка происходит либо в результате механического выпа­дения частиц из потока (при замедлении течения реки), либо в результате выделения растворимого вещества в осадок при испа­рении воды или в случае химических реакций, в результате кото­рых образуются нерастворимые соединения. Кроме того, образо­вание осадка происходит в результате жизнедеятельности низших животных или растительных организмов.

По происхождению осадочные породы подразделяются на ме­ханические осадки (или обломочные породы), физико-химиче­ские осадки и органогенные породы (рис. 4.3). В свою очередь, механические осадки подразделяются на рыхлые и сцементиро­ванные, а органогенные породы — на зоогенные и фитогенные. Зоогенные породы произошли в результате жизнедеятельности жи­вотных, а фитогенные — в результате жизнедеятельности расти­тельных организмов.

Минералогический состав осадочных горных пород представ­лен минералами, приведенными в табл. 4.3.

В осадочных породах, таких как механические осадки, могут встретиться все минералы первичных пород. Однако для осадоч­ных горных пород характерны свои, присущие только им минера­лы. В то время как в магматических породах преобладают соли сла­бых кислот (кремневой и алюмокремневой), в осадочных горных породах силикаты и алюмосиликаты играют подчиненную роль, уступая первое место солям сильных кислот (угольной, серной и Т. Д.).

Кальцит (известковый шпат) встречается в составе извест­няков и мраморов как в виде правильно образованных кристал­лов, так и в виде сплошной массы разнообразного сложения, зер­нистой или плотной. Чистый кальцит бесцветен; при наличии же примесей он бывает сероватым (или белым) или окрашенным в светлые оттенки голубого, желтого, бурого и других цветов. Каль­цит характеризуется совершенной спайностью по трем направле­ниям. Его распознают по реакции с соляной кислотой, с которой он хорошо реагирует даже на холоде, выделяя с характерным вспе­ниванием углекислый газ. Растворимость кальцита в обычной воде ничтожно мала, однако он хорошо растворяется в воде, содержа­щей С02. Это свойство кальцита лежит в основе образования ряда известковых пород. Его также нужно учитывать при использова­нии строительного камня из пород, богатых СаС03.

Магнезит в природе встречается в составе одноименной по­роды. Магнезит используется для изготовления огнеупорных изде­лий и вяжущего вещества — каустического магнезита.

Доломит по химическому составу представляет собой двой­ную соль углекислых кальция и магния. Он встречается как в кри­сталлическом виде, так и в виде зернистых (реже — землистых) масс в составе породы с таким же названием. Доломит применя-

Магматические горные породы?

Выветривание

t

Перенос ___ I

4D Ю	Таблица 4.3 Минерал Химический состав Цвет Плотность, кг/м3 Твердость Примечание Кальцит СаС03 Бесцветный, белый и др. 2 600…2 800 3 Слагает известняки, мрамор, мел Магнезит MgC03 Белый, серый, желтый и др. 2 900… 3 100 3,5…4 Сырье для огнеупоров и магнезиальных вяжущих веществ Доломит СаС03 • MgC03 2 800…2 900 3,5…4 Гипс CaS04- 2Н20 Бесцветный, белый и др. 2 300 2 Сырье для гипсовых вяжущих веществ Ангидрит CaS04 Белый и др. 2 950 3… 3,5 Каолинит А1203- 2Si02- 2Н20 Белый 2 500 1 Входит в состав глин Водный кремнезем Si02 • лН20 Разные оттенки — 6 Природное цементи­рующее вещество

 

ется, как и магнезит, при производстве огнеупоров и для получе­ния вяжущего вещества — каустического доломита.

Различают эти минералы по действию соляной кислоты. Маг­незит не реагирует с соляной кислотой ни при каких условиях, а доломит реагирует с соляной кислотой, но плохо; при нагрева­нии он выделяет С02. В горных породах кальцит и доломит сопут­ствуют друг другу в различных соотношениях.

Гипс и ангидрит представляют собой сернокислые соли кальция и образуют породы с одноименными названиями. Гипс может иногда являться цементирующим веществом в песчаниках. В отличие от гипса ангидрит не содержит кристаллизационной воды. Однако он медленно присоединяет воду, постепенно пере­ходя в гипс. Ни тот, ни другой как строительные камни не упот­ребляются. Главное применение гипса и ангидрита — получение гипсовых вяжущих веществ.

Каолинит образуется при выветривании полевых шпатов и является главной составной частью многих глин. Чистый каоли­нит имеет белый цвет, землистый вид, на ощупь слегка жирен и легко рассыпается.

Водный кремнезем в осадочных породах в отличие от магматических горных пород присутствует не только в кристалли­ческом состоянии (в виде кварца), но и в аморфном виде, часто в соединении с водой (Si02 ■ лН20); таким является, например, опал, содержащий до нескольких процентов воды. Водный аморфный кремнезем слагает такие осадочные горные породы, как диатомит и трепел, а также является очень прочным природным цементи­рующим веществом, заполняя промежутки между зернами песка (в песчаниках) и кальцита (в известняках).

Виды структур осадочных горных пород. Зернисто-крис­таллическая (мраморовидная) структура — порода состоит из кристаллических зерен, ясно различимых невооруженным гла­зом или под микроскопом. В зависимости от размера зерен разли­чают мелко — (0,25…0,75 мм), средне — (0,75… 1,25 мм), крупно — (1,25…2,00 мм) и грубозернистую (2…3 мм) структуру.

Плотная (тонкозернистая) структура — зерна трудноотли­чимы друг от друга даже под микроскопом. Условно к плотным относятся породы зернисто-кристаллической структуры с разме­ром зерна менее 0,25 мм.

Оолитовая структура — порода состоит из шариков ради­ально-концентрического сложения, сцементированных природ­ным цементирующим веществом. Оолитовая структура характерна для оолитовых известняков.

Обломочная (кластическая) структура — порода состоит из обломков горных пород, сцементированных природным це­ментом. Такую структуру имеют песчаники, конгломераты и брек­чии.

Туфовая (пенистая) структура — структура пористых гор­ных пород.

Рыхлые механические осадки подразделяются по размеру частиц d на глину (d < 0,005), пыль (d = 0,005… 0,050), песок (d = = 0,05…5,00), щебень и гравий (d > 5 мм), булыжники и валуны (крупные камни).

Глина представляет собой мучнистую, тонкодисперсную по­роду, сложенную глинообразующими минералами: каолинитом, монтмориллонитом (А1203-4Si02‘лН20), гидрослюдами и неко­торыми другими, которые состоят из отдельных тончайших час­тиц (менее 1 мкм) пластинчатой формы, связанных между собой силами молекулярного притяжения.

Глины образуются в результате выветривания горных пород, богатых полевыми шпатами (гранита, сиенита, гнейса, порфира).

Песок может быть кварцевым, полевошпатовым, известко­вым, доломитовым и т. д. Речной, морской и озерный пески ха­рактеризуются окатанной формой зерен и гладкой поверхностью. Горный и овражный пески имеют угловатую форму и шерохова­тую поверхность зерен.

Большое количество песка расходуется при приготовлении стро­ительных растворов и бетонов, в дорожном деле — при устрой­стве оснований дорог и приготовлении асфальтобетона. Чисто квар­цевые (без примесей) пески высоко ценятся и употребляются как сырье в стекольной, керамической и металлургической промыш­ленностях.

Щебень является породой первичной по отношению к гра­вию; он образуется непосредственно из материнской породы при ее разрушении и состоит из обломков, имеющих угловатую, ост­рогранную форму.

Гравий образуется из щебня в руслах рек, по берегам морей и озер. Частицы гравия имеют окатанную форму и гладкую поверх­ность.

Гравий и щебень применяются в дорожном деле: в качестве балласта для железных дорог и как заполнитель для бетона.

Булыжники и валуны — обломки горных пород ледни­кового происхождения, по размерам превышающие гравий. Их ис­пользуют для получения щебня.

Сцементированные обломочные породы образуются из рыхлых отложений в результате их уплотнения и воздействия просачива­ющейся сквозь них воды, несущей в себе то или иное природное связующее вещество, которое, выделяясь из воды, цементирует обломки. К сцементированным породам относятся, например, песчаник (сцементированный песок), конгломерат (сцементиро­ванный гравий), брекчия (сцементированный щебень).

Песчаники различаются по виду цементирующего вещества. В порядке возрастания прочности их можно расположить следую­щим образом: глинистые; гипсовые; железистые; известковые; кремнистые.

Глинистые песчаники сцементированы глиной. Они малопроч­ны, размягчаются в воде и быстро выветриваются.

Гипсовые песчаники сцементированы гипсом, который раство­рим, а потому не обладают достаточной устойчивостью.

Железистые песчаники, сцементированные бурым или крас­ным железняком, обладают удовлетворительными качествами и могут быть использованы как строительные камни.

Известковые песчаники, цементирующим веществом в кото­рых является плотный или кристаллический кальцит, обладают высокой прочностью и устойчивостью. При значительном содер­жании в цементе MgC03 песчаники называются доломитовыми.

Кремнистые песчаники, роль цементирующего вещества в ко­торых выполняет кремнезем в виде кварца, халцедона или опала, обладают высокой механической прочностью, приближающейся к прочности магматических пород, малой истираемостью, боль­шой твердостью и огнеупорностью. К недостаткам кремнистых песчаников относится их трудная обрабатываемость.

В строительстве песчаники используются в качестве штучно­го камня, облицовочного материала, а также для изготовления щебня и т. д.

Конгломераты и брекчии бывают железистые, извест­ковые, кремнистые и др. В конгломератах сцементированы ока­танные обломки горных пород, а в брекчиях — угловатые.

Осадочные породы химического происхождения получились в ре­зультате осаждения вещества из истинных (путем кристаллиза­ции) и коллоидных (вследствие коагуляции) растворов.

Известняки представляют большую группу пород, сложенных в основном минералом кальцитом и различающихся происхожде­нием и структурой.

Различают зернисто-кристаллические известняки или мрамо­ры; плотные известняки, в которых зерна трудноотличимы нево­оруженном глазом; оолитовые известняки; мел; известковые туфы и известняки-ракушечники.

Подавляющая часть известняков загрязнена различными при­месями, наибольшее значение из которых имеют глина и угле­кислый магний. Смесь глины с известняком может быть настоль­ко совершенной, что невооруженным глазом не удается разли­чить отдельные частицы глины и известняка. Количество глины варьируется в широком диапазоне, так что имеется целый ряд переходных пород от известняка к глине: известняк — глинистый известняк — известковый мергель — мергель — глинистый мер­гель — известковая глина — глина. Аналогично примесь MgC03 дает две переходные от известняка к доломиту породы: магнези­альный известняк и известковый доломит.

Плотный (обыкновенный) известняк состоит из мелких зерен кальцита, связанных цементирующим веществом, чаще всего кальцитовым или известково-глинистым. Наиболее со­вершенные представители этой группы приближаются по струк­туре и свойствам к мраморам и называются мраморизованными известняками.

Обыкновенные известняки распространены в природе и ши­роко используются в строительстве в качестве штучного и бутово­го камня.

Известковый туф образовался в результате растворения углекальциевых пород и осаждения их в новом месте. Раствори­мость СаС03 сильно возрастает, если в воде содержится свобод­ная углекислота. Такая вода, просачиваясь в недрах земли через известняковые отложения, переводит карбонат кальция в раство­римый бикарбонат:

СаС03 + С02 + Н20 ^ Са(НСОз)2

Когда вода, содержащаяся в растворе Са(НС03)2, выходит на поверхность и давление падает до атмосферного, углекислота из нее улетучивается. При недостатке С02 реакция протекает в об­ратном направлении с выделением СаС03 в виде твердого осадка. Из-за выделения углекислого газа образуются сильно пористые, ноздреватые и ячеистые отложения СаС03, называемые известко­вым туфом. Благодаря малой плотности и достаточной прочности известковый туф используется в качестве стенового материала.

Оолитовый известняк состоит из концентрически сло­женных кальцитовых шариков, сцементированных углекислым кальцием. Внутри каждого шарика находится песчинка. Шарики образуются в водных потоках, когда взвешенные частицы обвола­киваются углекислым кальцием, выделяющимся из раствора по описанному ранее механизму. При достижении критических раз­меров шарики оседают на дно и цементируются той же солью. В за­висимости от размеров шариков порода называется икряным, или гороховым, камнем.

По техническим свойствам оолитовые известняки значительно уступают плотным. Их временное сопротивление сжатию состав­ляет около 20 МПа.

Осадочные породы органогенного происхождения выделились из воды морских или пресных бассейнов в результате жизнедеятель­ности низших животных (зоогенные породы) и растительных (фи­тогенные породы) организмов, в том числе бактерий.

Известняк-ракушечник — разновидность известняков, состоящая из раковин моллюсков различной степени сохраннос­ти, сцементированных между собой углекальциевой солью.

Цвет ракушечников — желтовато-белый, иногда серый или слабосиневатый. Они характеризуются высокой пористостью и

вследствие этого малой плотностью (около 1 300 кг/м3). Теплопро­водность ракушечников в 2 — 3 раза меньше, чем красного кирпи­ча. Благодаря малой твердости, особенно во влажном состоянии, ракушечники легко обрабатываются; их можно пилить обыкно­венной пилой и тесать топором. Они также обладают хорошей гвоз — димостью. Отрицательным качеством ракушечников является их сильное водопоглощение, поэтому требуется наружное оштукату­ривание зданий. Ракушечник является распространенным стено­вым материалом в южных районах России.

Диатомит — слабосцементированная кремнистая (сложен­ная аморфным кремнеземом) порода белого, светло-серого и жел­товато-серого цвета, состоящая из скоплений микроскопических скелетов водорослей-диатомей, радиолярий и губок.

Трепел — порода, вторичная по отношению к диатомиту, состоящая из мельчайших зерен опала или халцедона (разновид­ностей аморфного кремнезема). По своим физико-техническим свойствам трепел сходен с диатомитом. Обе породы применяются в качестве гидравлической добавки к цементу и извести как тон­кодисперсные наполнители в материалах на основе битумов, по­лимеров и т. д.

Опока — продукт цементации трепела кремнистым веществом.

Процессы, происходящие при образовании магматических гор­ных пород, и их классификация. Магматические (первичные) гор­ные породы образовались в результате извержения и остывания магмы (каменного расплава, находящегося в недрах земли). При остывании магмы внутри земной коры (рис. 4.1, а) образовавша­яся порода называется глубинной, или интрузивной. Если же поро­да произошла в результате остывания магмы, излившейся на по­верхность (рис. 4.1, б), то она называется излившейся, или эффу­зивной.

Кроме этих двух групп пород, являющихся массивными, при выбрасывании лавы из вулканов в виде брызг образуются рыхлые вулканообломочные породы — вулканические пепел и песок. Эти породы могут быть сцементированы лавой.

а б

 

Рис. 4.2. Процессы, происходящие при образовании магматических гор-
ных пород, и их классификация

Процессы, происходящие при образовании магматических гор­ных пород, и их классификация представлены на рис. 4.2.

Минералогический состав магматических горных пород пред­ставлен четырьмя группами породообразующих минералов: квар­цем; полевыми шпатами; слюдами; темноокрашенными минера­лами (табл. 4.1). Последние в отличие от светлых кварца и полевых шпатов являются всегда сильно окрашенными.

Кварц (кристаллический кремнезем — Si02) присутствует в породах в виде непрозрачных или слабо просвечивающихся зе­рен, имеющих стеклянный блеск и окрашенных в разнообразные цвета.

Кислоты, за исключением плавиковой, не действуют на кварц. Поэтому кварц почти не выветривается и его зерна являются ко­нечным остатком от разрушения пород, его содержащих. В то вре­мя как остальные минералы превращаются в тончайшие продук­ты разрушения (глину), кварц образует песок.

Полевые шпаты — это группа минералов, обладающих близким химическим составом и физическими свойствами. Мине­ралы этой группы характеризуются светлыми оттенками разнооб­разных цветов. От кварца они отличаются присущей им совершен­ной спайностью.

Полевые шпаты подразделяются на ортоклаз (прямо раскалы­вающийся) и плагиоклазы (косо раскалывающиеся).

00

ю

Группа минералов	Минерал	Химический состав	Содержание Si02, %	Плотность, кг/м3	Твердость	Способность выветриваться
Кварц	Кварц	Si02	100,0	2 650	7	Не выветривается
Полевые	Ортоклаз	К20 ■ А1203 — 6Si02	64,8	2 560	6	Выветриваются легче
шпаты	Плагиоклазы:					остальных минералов, превращаясь в каоли-
	альбит	Na20 • А1203 • 6Si02	68,7	2 620	6	нит
	олигоклаз	Изоморфные смеси Na20 • А1203 • 6Si02 и СаО • А1203 • 2Si02			6
	андезин		—	—	6
	лабрадор		—	—	6
	битовнит		—	—	6
	анортит	Ca0Al203-2Si02	43,2	2 760	6
Слюды	Мусковит	Калиевая слюда	56,0	2 750	2,0…2,5	Мусковит
	Биотит	Железомагнезиальная слюда	32,0	3 200		выветривается труднее биотита
Темноокра-	Авгит	Силикаты и алюминаты	Около 40,0	3 000… 3 600	6	Выветриваются труднее
шенные минералы	Роговая обманка	кальция магния и же­леза				полевых шпатов
Оливин

В ортоклазе плоскости спайности образуют прямой угол, а в плагиоклазах — угол около 86°. По химическому составу ортоклаз представляет собой алюмосиликат калия, а плагиоклазы — серию минералов, крайними членами которой являются альбит (алюмо­силикат натрия) и анортит (алюмосиликат кальция). Все проме­жуточные члены между альбитом и анортитом рассматриваются как изоморфные смеси того и другого.

В альбите, в формулу которого входит 6Si02, содержится го­раздо больше кремнезема (68,7%), чем в анортите (43,16%), в формулу которого входит всего только 2Si02. Поэтому альбит и олигоклаз должны быть причислены к кислым плагиоклазам, а анортит с примыкающим к нему битовнитом — к основным. Ор­токлаз, содержащий в составе молекулы 6Si02, разумеется, нуж­но рассматривать как кислый полевой шпат. Все полевые шпаты легко выветриваются и превращаются в каолин — наиболее чис­тую разновидность глины.

Слюды в породах представлены в основном двумя разновид­ностями: биотитом (черная слюда) и мусковитом (прозрачная слюда). От других минералов слюды отличаются совершенной спайностью и очень низкой твердостью. Слюды в большом количестве сильно понижают механические свойства горной породы и затрудняют получение хорошего качества полированной поверхности.

Темноокрашенные минералы представлены пироксе — нами и амфиболами — двумя сходными между собой группами минералов, каждая из которых насчитывает по несколько пред­ставителей. Для пироксенов наиболее характерным минералом яв­ляется авгит, а для амфиболов — роговая обманка. Отличитель­ным признаком этих минералов является угол, образуемый плос­костями спайности; у роговой обманки он равен 124°, а у авгита — 87°. Как амфиболы, так и пироксены отличаются от остальных минералов очень темной окраской и высокой плотностью (3 000… 3 600 кг/м3). Выветриваются они труднее полевых шпатов.

Анализируя данные, представленные в табл. 4.1, можно сде­лать несколько выводов.

1. Содержание в минералах кремнезема понижается сверху вниз — от кварца (100% Si02) к темноокрашенным минералам (35…50% Si02). Следовательно, кислотность магматических гор­ных пород будет зависеть от преобладания тех или иных минералов.

2. Магматические горные породы составлены преимуществен­но из силикатов и алюмосиликатов. Этим они отличаются от оса­дочных пород, в которых над солями слабых кремневой и алю — мокремневой кислот преобладают соли сильных кислот, в первую очередь, угольной и серной.

3. Окраска минералов изменяется от светлой (вверху таблицы) до темной (внизу таблицы), так что все кислые породы слабо ок­рашены; все основные, наоборот, окрашены сильно.

4. Породы с повышенным содержанием темных составляющих более тяжелые, чем породы светлоокрашенные.

5. Наименее стойкими к выветриванию являются породы с наи­большим содержанием полевых шпатов.

Структура магматических пород. Магматические горные поро­ды характеризуются зернисто-кристаллической (гранитной) и порфировой структурами.

Зернисто-кристаллическая структура имеет зер­на, различимые невооруженным глазом и мало отличающиеся по размеру. Эта структура характерна для глубинных пород, образую­щихся при медленном охлаждении магмы, когда кристаллы име­ют возможность расти.

Порфировая структура имеет зерна, невидимые нево­оруженным глазом. Часто на фоне такой скрытокристаллической или стекловатой массы наблюдаются отдельные крупные вкрап­ленники. Порфировая структура присуща излившимся породам. Наличие в последних вкрапленников можно объяснить тем, что кристаллизация магмы начиналась еще в недрах земли, когда тем­пература снижалась очень медленно. После излияния магмы на поверхность застывала оставшаяся масса, но уже при быстром охлаждении, поэтому она и получилась плохо закристаллизован­ной.

П орфировидная структура (т. е. структура, похожая на порфировую) является разновидностью зернисто-кристаллической структуры. Порода с такой структурой содержит вкрапленники больших размеров и имеет окружающую их основную массу зер­нисто-кристаллическую. Это напоминает сильно увеличенную пор­фировую структуру с вкрапленниками.

Равномерно-зернистые породы превосходят по техническим свойствам породы с порфировидной структурой, причем техни­ческие свойства (механическая прочность, стойкость к выветри­ванию) повышаются обычно с уменьшением средней величины зерна. Породы порфировой структуры по техническим свойствам стоят тем ниже, чем больше в них стекла. Стекловатые породы (обсидиан) очень хрупки.

Классификация магматических горных пород по структуре и минералогическому составу представлена в табл. 4.2.

В центральной части в трех строках таблицы приведены глав­нейшие магматические горные породы, употребляемые в каче­стве строительного материала.

Каждому представителю глубинных пород соответствуют по два представителя излившихся пород, являющихся полными их ана­логами по минералогическому составу и отличающихся только структурой. Одна и та же магма могла застыть или на глубине, или на поверхности земли. Минералогический состав пород мы мо­жем прочитать в том же столбце таблицы сразу над ними. Напри­мер, о минералогическом составе гранита и его аналогов (кварце­вого порфира и липарита) читаем: кварц — есть, из полевых шпатов присутствует ортоклаз, темноокрашенных минералов — мало. Если мы проследим по таблице слева направо за минерало­гическим составом, то увидим, что кварца (самого кислого мине­рала), кроме как в граните и его аналогах, в других породах нет. Содержание темноокрашенных минералов (наиболее основных) возрастает от гранита к габбро, а в группе полевых шпатов пред­ставители сменяются так, что в граните и его аналогах присут­ствует наиболее кислый представитель — ортоклаз, а в габбро, диабазе и базальте — наиболее основный представитель плагиок­лазов — битовнит или анортит. По мере того как мы движемся слева направо, наблюдается уменьшение содержания Si02, дру­гими словами, снижение кислотности пород. Вспоминая сказан­ное в отношении минералов (см. табл. 4.1), можно добавить, что породы, занимающие правую часть табл. 4.2, характеризуются бо­лее высокой плотностью и более темной окраской по сравнению с породами, находящимися в левой части таблицы. С увеличением содержания темноокрашенных минералов возрастает прочность пород.

Интрузивные (глубинные) горные породы (гранит, сиенит, дио­рит и габбро) сходны между собой по своим техническим свой­ствам. Они все обладают большой плотностью, ничтожно малой пористостью и сравнительно высокой механической прочностью.

Гранит (от лат. granum — зерно) состоит из кварца — от 20 до 40 %, ортоклаза (реже — щелочного плагиоклаза) — от 40 до 60 %, слюды или роговой обманки (реже — авгита) — от 5 до 20 %. Структура гранитов преимущественно зернисто-кристаллическая, в некоторых случаях — порфировидная. Примером гранитов с пор­фировидной структурой может служить финляндский гранит ра — пакиви (в переводе — гнилой камень), в котором встречаются вкрапленники ортоклаза размером с куриное яйцо и более. Крас­ные граниты большинства зданий Санкт-Петербурга имеют пор­фировидное строение.

Цвет гранита определяется цветом главной его составной час­ти — ортоклаза. В зависимости от окраски ортоклаза он бывает серым, желтоватым, красноватым (до красного).

Плотность гранита составляет около 2 700 кг/м3 и повышается с увеличением в породе количества темноокрашенных минералов. Временное сопротивление сжатию для гранитов (как и вообще для всех естественных камней) колеблется в очень широком диа­пазоне — от 80 до 330 МПа. Большей прочностью обладают гра­ниты с мелкозернистой структурой. Слюда понижает прочность гранита и препятствует получению хорошей полированной по­верхности, так как легко выкрашивается, оставляя щербины. По­вышение содержания пироксенов или амфиболов, наоборот, яв-

ос

O’

Группа породы	Кислые	Средние	Основные
Содержание Si02, %	Более 65	55…65	Менее 55
Минерало­ гический состав	Кварц	Есть	Нет
Полевые шпаты	Ортоклаз	Плагиоклаз
Кислый	Основный
Темноокрашенные минералы	Мало	-»	Много
Структура	Гранитная или порфировидная (глубинные породы)	Гранит	Сиенит	Диорит	Габбро
Порфировая (излившиеся породы): древние новые	Кварцевый порфир Липарит	Ортоклазовый порфир Трахит	Порфирит Андезит	Диабаз Базальт
Основные свойства	Окраска породы	Светлая	—>	Темная
Плотность, кг/м3	2 600…2 700	2 600…2 800	2 800…3 000	2 900…3 300
Предел прочности при сжатии глубинных пород, МПа	120…260	120…250	150…280	200…500
Предел прочности при сжатии излившихся пород	В плотных разновидностях такой же, как у соответствующих глубинных пород; в пористых — ниже

ляется желательным, так как улучшаются механические свойства и способность гранитов принимать полировку.

Стойкость гранита к выветриванию достаточно высока. Лишь отдельные его представители, к которым относится финляндский гранит рапакиви, разрушаются довольно быстро.

Гранит хорошо сопротивляется истиранию и является ценным материалом для лестничных ступеней, тротуарных плит, «дорож­ной одежды». В глубинных горных породах сопротивление истира­нию повышается с возрастанием количества темноокрашенных минералов. Гранит употребляется в виде штучных камней для фун­даментов зданий, подпорных стенок, устройства набережных, внешней облицовки стен. Крупные глыбы гранита используют для колонн зданий и памятников. Гранит небольших размеров исполь­зуют при устройстве мостовых, а также дробят на щебень. Обра­ботка и отделка магматических горных пород настолько дорога (из-за высокой твердости входящих в них минералов), что они редко применяются при строительстве обычных зданий, а исполь­зуются преимущественно при строительстве особо ответственных сооружений или сооружений, представляющих большую архитек­турную ценность.

Сиенит отличается от гранита отсутствием кварца; состоит из ортоклаза и темноокрашенного минерала (чаще всего — рого­вой обманки).

Применяется сиенит так же, как и гранит, отличаясь от послед­него меньшей твердостью, повышенной вязкостью (особенно при значительном содержании роговой обманки или авгита) и спо­собностью лучше принимать полировку. Сиенит является ценным материалом для мощения дорог и получения щебня.

Диорит состоит в основном из кислого плагиоклаза и рого­вой обманки (реже — из биотита и авгита); плагиоклаз составляет в среднем 75 % породы. Диорит темнее, чем гранит и сиенит, имеет более высокую плотность (2750…3 000 кг/м3) и прочность при сжатии.

Диорит используют как дорожный материал (брусчатка, ще­бень), в виде штучных камней и в качестве декоративного мате­риала (благодаря способности отлично полироваться).

Габбро включает в себя основный плагиоклаз (около 50%) и пироксен (реже — роговую обманку). Цвет в большинстве случа­ев темно-зеленый различных оттенков до черного. Плотность со­ставляет 2 800…3 100 кг/м3, прочность при сжатии в мелкозерни­стых разновидностях — 200…280 МПа, снижаясь в крупнозерни­стых разновидностях до 100 МПа. Габбро тяжело обрабатывается, но хорошо принимает полировку.

Из декоративных разновидностей габбро особого внимания заслуживает лабрадорит — крупнозернистая порода, характеризу­ющаяся преобладанием плагиоклаза лабрадора над другими ми­нералами. Лабрадорит отличается так называемой иризацией (от гр. iris — радужный), т. е. игрой отблесков синего, голубого и зеле­ного цветов.

Эффузивные (излившиеся) горные породы могут не только быть плотными, но и давать сильно пористые разности, образование которых объясняется выделением газов, насыщавших магму при высоком давлении в недрах земли. При выходе на поверхность и понижении давления растворенные газы выделяются наружу и вспенивают магму в процессе ее застывания. Этим излившиеся породы отличаются от глубинных, которые в силу условий их об­разования на глубине не могут иметь пористых разновидностей.

Кварцевый порфир и липарит по химическому и ми­нералогическому составам аналогичны граниту. От гранита они отличаются порфировой структурой. Вкрапленниками в них явля­ются кварц и часто полевой шпат. Стекловатая разность кварцевых порфиров и липаритов называется обсидианом.

Цвет кварцевых порфиров и липаритов — серый, желтоватый, бледно-красный и кирпично-красный. Друг от друга кварцевый порфир и липарит отличаются своим возрастом и свежестью со­ставляющих их минералов. Кварцевые порфиры как древние по­роды подверглись более значительным изменениям и слабее ли­паритов.

Технические свойства кварцевых порфиров и липаритов повы­шаются с уменьшением количества в них вкрапленников. Поэто­му плотные фелъзиты (породы без вкрапленников) принадлежат к лучшим сортам строительного камня; механическая прочность их достигает 280 МПа. Наименее выгодной является стекловатая структура, так как порода в этом случае обладает хрупкостью и легче поддается выветриванию. Все перечисленное относится и к остальным эффузивным породам.

Кварцевые порфиры и липариты используются в качестве штуч­ного камня и в виде декоративного и поделочного материала в том случае, когда они имеют красивый цвет и рисунок.

Орт оклазовый порфир и трахит представляют со­бой излившиеся аналоги сиенита. Они характеризуются повы­шенной пористостью и вследствие этого малой плотностью (2 200… 2 610 кг/м3) и невысокой прочностью при сжатии (в сред­нем 60… 70 МПа). Окраска — серая до зеленовато-серой, желтова­тая и красноватая.

Эти породы легче обрабатываются и истираются, чем описан­ные ранее. Трахит в силу пористого, ячеистого сложения не под­дается полировке, а в силу присущей ему шероховатости хорошо связывается со строительными растворами.

Порфирит и андезит по минералогическому составу аналогичны диориту. Окраска их может быть от светло — до тем­но-серой, причем порфириты характеризуются, как правило, зе — леносатыми тонами. Плотность порфиритов и андезитов состав­ляет 2 560… 2 850 кг/м3; временное сопротивление сжатию —

120.. .240 МПа.

Диабаз и б аз ал ьт аналогичны по минералогическому со­ставу габбро и благодаря обилию в них темноокрашенных мине­ралов характеризуются почти черной окраской и матовым туск­лым видом. Диабаз в виде брусчатки широко применялся раньше для мощения улиц. Механическая прочность диабазов почти все­гда превышает 200 МПа.

Базальт является наиболее тяжелой и наиболее прочной из рас­смотренных излившихся пород, его плотность составляет

2700.. .3 300 кг/м3, а прочность может достигать 500 МПа, что превосходит глубинные породы. Для базальтов характерна высо­кая хрупкость, вследствие чего они легко раскалываются. Базальт хорошо полируется, однако из-за высокой твердости трудно под­дается обработке.

Базальт применяется для ответственных инженерных сооруже­ний. Он является легкоплавкой породой, поэтому используется для получения изделий путем литья. В строительстве используются теплоизоляционные и акустические материалы на основе базаль­товой ваты.

Вулканообломочные породы являются продуктами извержения вулканов. Лавы содержат в себе в растворенном состоянии значи­тельное количество газообразных продуктов, которые или успе­вают выделиться до застывания лавы (плотные лавы), или вспе­нивают ее, придавая ей пористую или пузырчатую структуру.

Помимо потоков жидкой лавы вулканы при извержениях выб­расывают в воздух огромное количество мелких брызг лавы, обра­зующих при остывании в воздухе вулканические песок и пепел. Песок и пепел иногда сохраняются в рыхлом состоянии (пуццо­лана), а иногда подвергаются цементации, превращаясь в более или менее плотные породы, которые называются вулканически­ми туфами. Если к жидкой лаве при вулканических извержениях примешиваются рыхлые продукты вулканической деятельности, то такая порода называется туфовой лавой.

В Армении осуществляются разработки туфовой лавы вулкана Алагез, которая не совсем правильно называется артикским ту­фом. Артикский туф является ценным стеновым материалом, од­нако требует обязательного оштукатуривания стен снаружи.

Артикский туф представляет собой пористую (пористость состав­ляет 57…60%) породу розовато-фиолетового цвета с различными оттенками. Плотность породы в среднем составляет 1 200 кг/м3. Ко­эффициент внутренней теплопроводности артикского туфа в су­хом состоянии в 2 раза меньше, чем красного кирпича, следова­тельно, толщина стены из артикского туфа может быть уменьше­на вдвое по сравнению с кирпичной. Механическая прочность артикского туфа небольшая (в среднем 10,5 МПа), но вполне до­статочная для применения его в стенах зданий. Артикский туф морозостоек, легко обрабатывается и обладает гвоздимостью (при­нимает и удерживает вбиваемые в него гвозди).

4.1. Основные понятия. Минералы и горные породы

Земная кора состоит из горных пород, которые, в свою оче­редь, сложены из минералов.

Минералы характеризуются тремя признаками:

1) они однородны по химическому составу и физическим свой­ствам;

2) они являются продуктами природных физико-химических процессов;

3) они имеют твердое агрегатное состояние.

Свойства минералов являются как диагностическими призна­ками, так и характеризуют техническое качество камня.

Цвет минералов очень изменчив. Тем не менее, минералы под­разделяются на светлые (кварц, полевые шпаты) и темные (оли­вин, пироксены и амфиболы).

Блеск минералов может быть металлическим (пирит), стек­лянным (кварц), перламутровым (мусковит), шелковистым (во­локнистый гипс), жирным (тальк) и др.

Излом — характер поверхности раскола минерала. Различают раковистый (кварц), землистый (мел), зернистый (мрамор), крюч­коватый и занозистый изломы.

Спайность — это способность некоторых минералов раска­лываться при ударе по определенным направлениям и давать на поверхности раскола гладкие плоскости, называемые плоскостя­ми спайности. Различают спайность:

1) весьма совершенную (у слюды), когда минерал расщепля­ется на тонкие пленки,

2) совершенную (у полевых шпатов, кальцита), когда осколки ограничены правильными плоскостями;

3) несовершенную (у кварца), когда при раскалывании полу­чаются неровные поверхности. Спайность может проявляться по одному направлению (слюда), по двум направлениям (полевые шпаты) и по трем направлением (кальцит, каменная соль).

Твердость — способность минерала оказывать сопротивле­ние царапающему действию другого тела. Для характеристики ми­нералов используется относительная шкала твердости Мооса, на которой 10 минералов (тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд и алмаз) расположены в порядке

увеличения твердости: от самого мягкого минерала (талька) до самого твердого минерала (алмаза) (см. табл. 2.3). Каждый мине­рал шкалы царапает все предыдущие, а сам царапается всеми последующими.

Выветриваемость — это подверженность минералов (и гор­ных пород) разрушению под действием атмосферных факторов (газов, воды, смены температур, растительных и животных орга­низмов).

Горные породы — это крупные природные образования, состо­ящие из одного (мономинеральные породы) или нескольких (по- лиминеральные породы) минералов. В отличие от минерала поро­да характеризуется значительным простиранием (площадью в пла­не) и мощностью (толщиной пласты по глубине), а также строе­нием и формой залегания.

Согласно генетической (генезис — происхождение) классифи­кации все горные породы подразделяются на три группы:

1) магматические, или изверженные, (первичные) горные по­роды;

2) осадочные (вторичные) горные породы;

3) метаморфические горные породы (кристаллические сланцы).

При приемке на строительстве древесных материалов, изделий и конструкций проверяют соответствие их качества (наличие по­роков, размеры, влажность и др.) требованиям соответствующих стандартов и технических условий.

Хранят материалы с учетом их влажности, не допуская их ув­лажнения и поражения грибами. Бревна и пиломатериалы с влаж­ностью более 25 % хранят в штабелях под навесом, обеспечиваю­щих воздушную сушку (см. подразд. 3.6). При влажности пиломате­риалов менее 25 % их хранят в крытых штабелях с плотной уклад­кой. Под штабель устраивают ровное основание, создающее под ним свободное пространство. Вся растительность под штабелем и вокруг него уничтожается. Каждый ряд материалов в штабеле от­деляют друг от друга прокладками. Иногда при хранении и транс­портировании бревен во избежание появления трещин на торцах, через которые влага испаряется быстрее всего, их закрашивают специальными составами, что снижает скорость удаления влаги через торец. Детали, погонажные изделия и паркет хранят в зак­рытых складах на подкладках, предохраняющих их от искривле­ния и контакта с основанием.

Транспортирование древесных материалов на короткие рассто­яния осуществляют автотранспортом, а на дальние расстояния — по железной дороге. Лес также сплавляют по рекам и озерам. При длительных перевозках материалы укрывают полимерной плен­кой, защищая их от увлажнения или пересыхания. Дверные, окон­ные блоки и другие конструкции закрепляют при перевозке с помощью специальных приспособлений, установленных в кузове или на платформе.

Круглые лесоматериалы подразделяются по толщине на мелкие (диаметром 8… 13 см); средние (диаметром 14…24 см); крупные (диаметром 26 см и более). Сорт круглых лесоматериалов устанав­ливают в зависимости от толщины и наличия пороков древесины.

Пиломатериалы, получаемые при продольном распиливании бревен, представлены на рис. 3.21.

Пласть доски или бруска, обращенная к сердцевине, называ­ется внутренней, а обращенная к коре — наружной. По месту по­ложения в бревне различают середовые (содержащие сердцеви­ну), центральные (примыкающие с двух сторон к диаметральной плоскости) и боковые доски и горбыль (см. рис. 3.18).

Строганые пиломатериалы перед строганием высушивают. Стро­ганые доски (рис. 3.22) могут быть пазованными и фальцованны­ми. Нередко гребень заменяют вставной рейкой. В этом случае пазы выбирают на обеих кромках доски.

Рис. 3.21. Пиломатериалы:

а — пластина; б — четвертина; в — брус двухкантный; г — брус трехкантный; д — брус четырехкантный; е — доска необрезная; ж — доска обрезная с тупым обзо­лом; з — доска обрезная с острым обзолом; и — доска обрезная; к — ванчес; л — брусок; м — обапол горбыльный; н — обапол дощатый; о — шпала необрезная;

п — шпала обрезная

Вагонка служит для обшивки железнодорожных вагонов. Ее применяют также и в гражданском строительстве. Рустик служит для обшивки стен. Профиль его сложнее профиля вагонки.

Рис. 3.22. Строганые доски: а — пазогребневая; б — фальцован; в — вагонка; г — рустик

Погонажные изделия (рис. 3.23) имеют заданный профиль сече­ния и длину, ограниченную в основном условиями транспорти­рования. К погонажным материалам относятся наличники, плин­туса, галтели, раскладки, бруски, штапик, фигурные рейки, по­ручни для перил, доски для чистового пола.

Наличники применяют для окантовки дверных и оконных про­емов. Плинтуса и галтели служат для оформления угловых стыков между полом и стенами, стенами и потолком. Раскладки закрыва­ют стыки листов облицовочного материала.

Изделия для паркетных полов можно подразделить на паркетные плашки, штучный и наборный паркет, паркетные доски и щиты.

Паркетные плашки изготавливают в основном из древе­сины твердых лиственных пород: дуба, бука, березы, ясеня, кле­на, береста (карагача), вяза, ильма, граба, каштана, вишни, бе­лой акации, гледичии, красного дерева и др.

Штучный паркет состоит из отдельных строганых пла­шек с пазами и гребнями на всех четырех кромках.

Наборный паркет выпускается в виде набора плашек, подобранных по цвету и текстуре. Взаимное расположение пла­шек должно быть сохранено при укладке, поэтому их скрепляют либо листом крафт-бумаги, наклеенным на набор с лицевой сто­роны, либо листом специального подкладочного материала (из пенополиэтилена, пробки и т. д.), наклеенного снизу. После на­стилки паркета бумагу вместе с клеем удаляют. Подкладочный материал остается под настилом и служит амортизатором, утеп­лителем и звукоизолятором.

Паркетные доски состоят из основания в форме пазо­гребневой доски и наклеенных на него паркетных плашек. Осно­вание чаще всего делается клееным из строганых брусков или планок, которые могут располагаться как вдоль, так и поперек доски. Длина паркетных досок обычно не превышает 3 м, шири­на — 200 мм. Настилка пола паркетными досками менее трудоем­ка, чем укладка штучного и наборного паркета. При этом каче­ство настила получается более высоким.

Паркетные щиты, так же как и паркетные доски, состоят из деревянного основания и лицевого покрытия из паркетных пла­шек. Отличие их от паркетной доски заключается в конструкции и форме (обычно квадратной) основания. Основание паркетных щитов состоит из рамочной обвязки и брусков заполнения. Со­единение щитов между собой может быть пазогребневым или шпоночным (посредством шпонок, вкладываемых в пазы на всех кромках щита). Размеры паркетных щитов обычно не превышают 800×800 мм.

Строганый шпон — эго тонкие (толщиной не более 1 мм) лис­ты древесины лиственных или хвойных пород, полученные стро­ганием бруса или ванчеса на специальных станках. Шпон пред­назначен для фанерования (облицовки) изделий из деловой дре­весины. По текстуре строганый шпон подразделяют на радиаль­ный, полурадиальный, тангентальный и тангентально-торцовый (из наростов).

Лущеный шпон (рис. 3.24) получают лущением чураков (частей кряжа — отрезка ствола длиной менее 4 м) на лущильных станках. Чураки перед лущением проваривают в воде. С вращающегося в станке чурака равномерно перемещающийся суппорт с ножом срезает (лущит) длинную непрерывную ленту шпона толщиной от 0,55 до 1,50 мм.

Лущеный шпон используют для изготовления фанеры, гнутых заготовок и облицовки столярных изделий. В целях обогащения текстуры применяют коническое лущение, при котором чурак в лущильном станке зажимают под углом к продольной оси. При­меняется также лущение древесины ножом с волнистым лезвием. Получаемый влажный волнистый шпон распрямляют между го­рячими плитами под давлением.

Фанера — листовой материал, получаемый склеиванием под давлением нескольких листов лущеного шпона. Волокна в смеж­ных слоях фанеры должны быть взаимно-перпендикулярны. Кромки готовой фанеры обрезают по всем четырем сторонам. По числу слоев различают трех-, пяти — и многослойную фанеру. Фанера легко гнется, мало подвержена короблению и растрескиванию. Она счи­тается изготовленной из той породы древесины, из которой изго­товлен ее наружный слой. Длина листа фанеры принимается в направлении волокон наружного слоя. Фанеру называют продоль­ной, если длина листа (1 220…2440 мм) больше ширины листа

Рис. 3.23. Погонажные изделия: а — наличники; б — галтель; в — плинтуса; г — раскладка простая; д — расклад­ка для внутренних углов; е — раскладка для наружных углов

Рис. 3.24. Схема лущения шпона:

/ — чурак; 2 — нож; 3 — шпон; 4 —
прижим

(725… 1 525 мм), и поперечной, если длина листа меньше шири­ны листа. Фанера бывает шли­фованной (с одной или двух сто­рон).

Облицованная фанера имеет один или оба наружных слоя из строганого шпона цен­ных пород. В соответствии с этим

она называется односторонней или двухсторонней. По текстуре лицевого слоя различают радиальную, полурадиальную и танген­тальную фанеру.

Декоративная фанера выполняется из лущеного шпона с полимерным пленочным покрытием и применением декора­тивной бумаги или без нее. Фанеру с наложенной меламинофор — мальдегидной или мочевиномеламиноформальдегидной пленкой опрессовывают полированными стальными прокладками, в ре­зультате чего получается глянцевая плотная поверхность с повы­шенной водостойкостью.

Бакелитовая фанера состоит из нечетного числа слоев лущеного березового шпона, склеенных между собой при взаим­но-перпендикулярном расположении волокон в смежных слоях фенолоформальдегидной смолой (бакелитом). Эта фанера облада­ет повышенной водостойкостью, атмосферостойкостью и проч­ностью.

Столярные плиты состоят из реечного щита, оклеенного с обе­их сторон шпоном в один или два слоя. Плиты могут быть облицо­ваны с одной или двух сторон строганым шпоном, который шли­фуют или оставляют нешлифованным.

Древесно-волокнистые плиты (ДВП) изготавливают из измель­ченной древесины и специальных добавок. Отходы деревообраба­тывающих производств сначала подвергают дроблению в щепу, а затем проваривают в 1 — 2%-м растворе едкого натра, промывают горячей водой и измельчают до волокон на дефибрерных маши­нах или молотковой дробилке. Прессуют плиты при температуре 150… 165 °С под давлением от 1 до 5 МПа. Древесные волокна под действием высокого давления и высокой температуры спрессовы­ваются в твердую массу. Основным связующим элементом в пли­тах является лигнин, который выделяется из древесины при на­гревании. В зависимости от давления получают плиты различной твердости и плотности — от 250 до 950 кг/м3. При получении сверх­

твердых плит добавляют связующее (синтетические смолы). Мяг­кие плиты используют в качестве теплоизоляции. Тонколистовой твердый материал — оргалит — применяют при устройстве полов и перегородок, обшивке стен и потолков.

Плиты МДФ (MDF — Medium Density Fiberboard) являются зарубежным аналогом ДВП. Плиты МДФ обладают повышенной экологической чистотой и применяются при изготовлении кухон­ной мебели и для отделки помещений.

Древесно-стружечные плиты, так же как и древесно-волокнис­тые, изготавливают из отходов обработки древесины, но кроме этого применяют специальную плоскую стружку, получаемую из кругляков неделовой здоровой древесины на специальных стру­жечных станках. Древесный наполнитель перемешивают вместе с синтетическим связующим в количестве 6… 12 % от массы струж­ки. Плиты подвергают предварительному уплотнению на прессе в холодном состоянии. Отверждение связующего происходит в прессе горячего прессования при температуре 135… 140°С и давлении 0,5… 2 МПа, в зависимости от которого получается заданная плот­ность плиты.

Поверхности плит могут быть шлифованными. При изготовле­нии трехслойных плит для верхних слоев применяют специаль­ную плоскую стружку, а для среднего слоя — стружку от станка и

дробленку.

Кроме древесно-стружечных плит плоского прессования с го­ризонтальным расположением во-

1 локон выпускаются экструзионные плиты с вертикальным их распо­ложением (перпендикулярным пласти). Эти плиты бывают сплош-

2 ными и многопустотными с кана­лами круглого сечения. Их обли­цовывают бумагой, шпоном, шли­фуют поверхности.

Древесно-стружечные плиты

3 используют для изготовления дверных полотен и встроенной мебели, обшивки стен и потолков, настила полов, устройства перего­родок.

Рис. 3.25. Полый оклеенный щит:

1 — бруски рамки; 2 — средник; 3 — фа-
нера

Щиты из массива (дощатые) склеивают из досок (делянок) шириной не более 100 мм, подбирая их так, чтобы годовые слои в смежных делянках имели встречное или перпендикулярное на­правление. Это уменьшает коробление щитов, но не исключает его.

Оклеенные щиты подразделяются на пустотелые и с заполне­нием. Полый оклеенный щит (рис. 3.25) состоит из рамки / со средниками 2 и наклеенной на нее с обеих сторон фанеры 3. Ос­новное его достоинство — небольшая масса.

В оклеенных щитах с заполнением пространство внутри рамки заполняют брусками или рейками. Они могут быть либо подогна­ны и склеены между собой, либо собраны в решетку, либо уло­жены без подгонки и склеивания. Могут быть использованы и дру­гие заполнители.

Горение является процессом окисления углерода, водорода и их соединений, протекающим с выделением большого количе­ства теплоты и поддержанием температуры, необходимой для го­рения. Наиболее высокая температура развивается в пламени, ко­торое возникает при горении газообразных продуктов термиче­ского разложения (пиролиза) древесины. Процесс горения само- обусловлен. Чтобы его исключить, нужно либо устранить контакт древесины с кислородом воздуха, либо предотвратить нагревание древесины до температуры воспламенения.

Вспучивающиеся покрытия в условиях возгорания образуют тол­стый угольный слой, теплопроводность которого в 5 — 10 раз ниже теплопроводности древесины. В результате задерживается повы­шение температуры древесины. В состав вспучивающихся покры­тий входят полиолы (крахмал, декстрин, пентаэритрит, сорбит, резорцин), антипирены-кислотообразователи (фосфаты аммония), газообразователи и пластификаторы (органические амины и ами­ды), стабилизаторы (аэросил, перлит), пленкообразователи (кар­бамидные, алкидные и фенольные связующие) и другие компо­ненты. В настоящее время в России применяются вспучивающиеся огнезащитные покрытия МПВО, ОФПМ-12, СГК-1, «Антигор», НОН-ФАЙЭ, «Пиропласт-ЗОД» (Финляндия) и др.

Невспучивающиеся трудногорючие покрытия (органосиликатные покрытия, композиции на основе жидкого стекла, алюмохром- фосфатов и др.) образуют газонепроницаемый слой, который преграждает доступ воздуха и затрудняет выход летучих продуктов. Для достижения теплоизолирующего эффекта эти покрытия на­носят более толстым слоем, чем вспучивающиеся. Их особеннос­тью является высокая адгезия к древесине. К трудногорючим по­крытиям относятся ЭСМА, Тепох-1000, «Файрекс-200», ОВПФ-1, ПО-СК, PYRO-TECH LS, ОЗП-1, ОПВ-1, а также огнезащит­ные лаки PV-2, СФ-1, ЩИТ-1, ПИРОПЛАСТ HW, ФОСФО — ВЯЗ-1, ОЗЛ-1, ОЗЛ-СК и огнезащитные краски ОЗК-Д-1, HENSOTHERM 2КС, Non-Fire-380-S, S1GNUTECT-H BUNT, «Барриер 87».

Антипирены в отличие от покрытий действуют по трем направ­лениям:

1) изменяют механизм пиролиза с помощью каталитической дегидратации полисахаридов, что приводит к уменьшению выхо­да горючих продуктов;

2) замедляют (галогенорганические антипирены) пламенное горение в результате того, что образующиеся галогеноводороды понижают активность горючих продуктов в газовой фазе и скорость их окисления становится меньше скорости выделения. В результате возникает эффект задувания и пламенное горение прекращается;

3) при терморазложении антипиренов образуются пары воды и не поддерживающие горение газы (NH3, HBr, НС1, S02, С02, N2), которые, разбавляя газовую среду, снижают концентрацию как горючих продуктов, так и кислорода, необходимого для их горения (эффект самозатухания).

Для огнезащиты древесных материалов используют преимуще­ственно многокомпонентные составы, которые приготавливают перед использованием. Для поверхностной обработки древесины используются составы МС, ТП и ПП. Для глубокой пропитки древе­сины рекомендованы составы САИ, МС-02, ВАНН-1, КЛОД-01, а также «Феникс-ПП».

Неорганические антипирены представляют собой натриевые, аммонийные, сурьмяные, цинковые, алюминиевые соли фосфор­ной, ортофосфорной, серной, соляной, борной кислот, сами кислоты и другие соединения. Особенно эффективен (NH4)2HP04, который входит в ряд огнезащитных составов (СД-11, МС), а также используется в качестве самостоятельного огнезащитного средства.

Органические антипирены в качестве рабочих элементов содер­жат фосфор, галогены и азот. К ним относятся хлорпарафины, соединения трех — и пятивалентного фосфора, фосфазены, орга­нические амины и амиды с основными свойствами. В огнезащит­ных составах применяются также моно-, ди — и триэтаноламины, этилендиамин, производные карбамида.

Огнебиозащитные составы предотвращают загнивание древесины и делают ее трудновоспламеняемой. К таким составам относятся пре­параты на основе Na2B407, H3B03, Na2C03, (NH4)2C03, NH4C1, (NH4)2HP04, NH2CONH2, NH4H3P207, NaH4P307, (NH4)2S04 и др.

Аддукты — огнезащитные средства, предназначенные для ис­пользования в условиях горячего прессования древесно-плитных материалов, когда обычные антипирены не могут применяться в связи с высокими температурами. Аддукты, являясь смесью про­межуточных олигомеров, участвуют в процессах отверждения свя­зующего и образования структуры древесно-плитных материалов.

Технология огнезащитной обработки материала включает в себя подготовку рабочего раствора, нанесение его на материал (или пропитку материала) и сушку. Пропитка бывает поверхностная (на глубину до 1 …5 мм), осуществляемая нанесением раствора на поверхность кистью или пульверизатором, и глубокая, осуществ­ляемая погружением материала в раствор. Методы пропитки ана­логичны тем, которые применяются для антисептиков.

Гниение древесины вызывается развитием в ней дереворазру­шающих грибов, которые, являясь низшими растениями, лишен­ными хлорофилла и не способными превращать минеральные ве­щества в органические, вынуждены паразитировать и питаться древесиной как готовым органическим веществом. Грибные нити, прорастая вдоль и поперек волокон древесины, остаются невиди­мыми для невооруженного глаза. Грибница, выходящая на поверх­ность древесины, образует так называемый воздушный мицелий гриба, участки которого местами превращаются в плодовые тела, дающие споры. Созревшие споры выпадают и переносятся вет­ром, заражая здоровую древесину.

Необходимыми для развития грибов условиями являются:

1) влажность древесины от ТНВ до 70 % и выше;

2) температура воздуха 5…25°С;

3) доступ кислорода.

Отсутствие какого-либо из этих факторов приводит к тормо­жению процесса гниения (например, древесина не загнивает, постоянно находясь под водой).

При гниении происходит выделение грибом ферментов, спо­собствующих переходу целлюлозы в растворимую в воде глюкозу, и усвоение ее грибом. В результате происходит разложение клет­чатки как составной части древесины с выделением свободной углекислоты и воды по схеме

С6НШ05 + 602 = 5Н20 + 6С02

Для предупреждения загнивания древесины принимают меры по двум направлениям. Первое направление заключается в устра­нении необходимых для гниения условий (благоприятной влаж­ности и доступа кислорода), что достигается конструктивными, производственными и эксплуатационными мероприятиями. Вто­рое направление заключается в отравлении древесины ядами — антисептиками (от гр. septikos — вызывающий гниение). Для унич­тожения деревоповреждающих насекомых применяются ядовитые химические вещества, называемые инсектицидами.

Антисептики подразделяются на минеральные и органические. Все минеральные антисептики растворимы в воде, а органиче­ские антисептики могут растворяться или не растворяться в воде. Для разжижения антисептиков, не растворимых в воде, исполь­зуют органические растворители.

Минеральные антисептики используются в виде водных раство­ров. Сильными антисептиками являются фтористый натрий (NaF), кремнефтористый цинк (ZnSiF6- 10Н2О), кремнефтористый маг­ний (MgSiF6). К менее токсичным антисептикам, относятся бура (Na2B407- 1(Щ20), хлористый цинк (ZnCl2), марганцевокислый калий (КМп04), дихроматы натрия и калия (Na2Cr207 — яН20 и К2Сг207). Слабыми антисептиками считаются кремнефтористый натрий (Na2SiF6), медный купорос (CuS04-5Н20), поваренная соль (NaCl).

Органические антисептики, растворимые в воде, по токсичес­кому действию значительно превосходят минеральные вещества. Очень сильными антисептиками, ядовитыми для людей, являют­ся динитрофенол (C6H3(N02)20H), динитрофенолят натрия (C6H3(N02)20Na), оксидифенолят натрия (Ci2H9ON9), пентахлор- фенолят натрия (C6Cl5ONa — Н20).

Органические антисептики, не растворимые в воде, подразделя­ются на масляные антисептики и антисептики, применяемые в растворе с органическими растворителями (органорастворимые антисептики).

Масляные антисептики, к которым относятся креозот (масло каменноугольное), карболинеум (хлорированное антраце­новое масло), сланцевое пропиточное масло и другие, применя­ются для пропитки воздушно-сухой древесины. Они не пригодны для обработки влажной древесины, так как не смачивают влаж­ную древесину. Кроме того, они создают воздухонепроницаемую пленку в поверхностном слое древесины и препятствуют высыха­нию обработанных деталей.

Органорастворимые антисептики применяются в виде растворов в органических растворителях. Наиболее известными из них являются оксидифенил технический (С|2Н10О), пентахлорфенол технический (С6С15ОН), нафтенат меди (Си[С10Н|7ОО]2). Эти ве­щества сильно ядовиты и не допускаются к применению в жи­лых, общественных и производственных зданиях.

Комбинированные антисептики готовят в виде смеси несколь­ких веществ. На основе фтористого натрия и динитрофенола про­изводят уралит и триолит (ФДХ); на основе пентахлорфенол а — препарат антисептический ГР-48. К препаратам, содержащим мышьяк, относятся фторхроммышьяковый препарат (ФХМ), соли Болидена, хемонит (США), доналит (ФРГ), леку (Индия). Пре­параты ББК-3, ХХЦ, МХХЦ, ХМ-5, селькур (Великобритания) наименее токсичны. Они составлены из минеральных антисепти­ков.

Антисептирование древесины заключаются в ее пропитке раз­личными составами и способами.

Пропитка древесины под давлением в автоклавах производится водорастворимыми антисептиками способом полного поглощения, а маслянистыми — способом ограниченного поглощения.

Способ полного поглощения заключается в следу­ющем. Лесоматериал, помещенный в автоклав, вакуумируется в течение 20…30 мин, в результате чего из древесины отсасывают­ся воздух и влага. Затем, при сохранении вакуума, в автоклав вво­дится подогретый до 60 °С антисептический раствор, давление по­вышается до 0,7…0,8 МПа и выдерживается в течение 60…90 мин. Этого достаточно, чтобы раствор заполнил полости клеток древе­сины.

Способ ограниченного поглощения отличается от способа полного поглощения тем, что цикл начинается с повыше­ния давления воздуха до 0,15…0,4 МПа на 5… 10 мин. Затем, при сохранении этого давления, в автоклав вводится нагретый до 110 °С маслянистый антисептик, давление повышается до 0,7… 0,8 МПа и выдерживается в течение 45 мин.

И в том, и в другом способе после выдержки давление пони­жается и одновременно из автоклава удаляется жидкость. Пропит­ка заканчивается вакуумом, выдерживаемым в течение 10 мин, после чего в автоклаве восстанавливается нормальное давление воздуха.

Вакуум в конце цикла пропитки необходим, чтобы удалить из­быточное количество антисептика из полостей клеток древесины.

Пропитка древесины в парохолодных ваннах основана на том, что при воздействии горячего пара в клетках древесины происхо­дит расширение воздуха и водяного пара и их частичное удаление. Последующее быстрое погружение прогретой древесины в холод­ный раствор антисептика вызывает сжатие паровоздушной сме­си, оставшейся в клетках древесины, и образование в них вакуу­ма, который обеспечивает проникание антисептика в древесину.

Пропитка древесины в горячехолодных ваннах дает лучшие ре­зультаты при влажности древесины 15%. Материал сначала по­гружают в горячую ванну с антисептиком на 1…4 ч, после чего его быстро переносят в холодную ванну с тем же или другим со­ставом.

Пропитка древесины в высокотемпературных горячехолодных ван­нах применяется при влажности древесины более 25 %. Древесину сначала сушат в горячем петролатуме температурой 120… 140°С, после чего быстро перемешают в холодную ванну с маслянистым антисептиком, температура которого составляет 60…90°С.

Антисептирование древесины в горячей ванне применяют для тонких деталей толщиной до 25 мм. Древесину полностью погру­жают в антисептический раствор, температура которого должна составлять 90…95°С, и выдерживают не менее 1 ч.

Антисептирование древесины в холодной ванне применяют для тонких досок, пакли и войлока при использовании антисептиков повышенной растворимости.

Поверхностное антисептирование древесины обеспечивает ее кратковременную защиту. Растворы наносят на поверхность дваж­ды с интервалом 2…4 ч.

Диффузионный способ пропитки древесины основан на способ­ности водорастворимых антисептиков постепенно проникать в результате диффузии в древесину с начальной влажностью более 40 %. Пропитка осуществляется нанесением на поверхность древе­сины слоя пасты, содержащей антисептик.

Антисептические пасты готовят, смешивая водорастворимый антисептик (сухой или в растворе) со связующим веществом, в качестве которого применяют битум, каменноугольный лак, эк­стракт сульфитных щелоков, латексы, глину и др.

Сухое антисептирование древесины производится посыпкой го­ризонтальных поверхностей древесины порошкообразными водо­растворимыми антисептиками, смешанными с балластом в виде увлажненных опилок (для предупреждения пыления) в соотно­шении 1 :5.

Пропитку древесины водными растворами осуществляют путем нанесения на поверхность сортиментов растворов с концентра­цией быстродиффундирующих антисептиков 15…30 % и последу­ющей выдержки в плотных штабелях для диффузии.

Удаление влаги из древесины сопряжено с растрескиванием и короблением изделий. По этой причине древесина должна быть высушена до того, как будет использована в конструкциях или изделиях. В результате сушки повышаются прочность и стойкость древесины к загниванию, уменьшается вес древесины, улучшает­ся качество склейки и отделки.

Существуют различные способы сушки древесины.

Сушка на корню основана на использовании испарительной способности листвы или хвои дерева. Этот способ применяется

при сплаве лиственницы, в результате которого значительный процент древесины тонет, что вызвано большой плотностью сы­рой древесины. Для прекращения поступления влаги из корневой системы делают кольцевой надрез ствола, который полностью перерезает заболонь. За 2…3 мес древесина теряет примерно 15 % влаги.

Воздушная сушка занимает длительное время (несколько меся­цев, а иногда и лет). Интенсивность воздушной сушки зависит от влажности и температуры атмосферного воздуха и условий его вентиляции, которая обеспечивается определенной укладкой сор­тиментов. Слишком быстрая сушка связана с опасностью появле­ния трещин. Замедление сушки повышает вероятность заражения древесины грибами.

Пиломатериалы для высушивания укладывают в штабеля на бетонные или деревянные фундаменты. Доски одинаковой тол­щины укладывают горизонтальными рядами, вставляя проклад­ки, создающие зазоры для прохождения воздуха. В горизонталь­ных рядах доски кладут с просветами (шпациями) между кромка­ми. По высоте штабеля шпации должны образовать сквозные вер­тикальные каналы. Чем выше штабель, тем интенсивнее движе­ние воздуха. В целях уменьшения коробления досок их укладывают внутренними пластями кверху.

Камерная сушка производится в сушильных камерах при повы­шенной температуре воздуха, топочных газов или перегретого пара. Движение воздуха в камере может осуществляться в результате естественной конвекции или принудительно. Камерная сушка про­текает гораздо быстрее воздушной и дает более низкую влажность, позволяющую помещать древесину в отапливаемые здания, не опасаясь влажностных деформаций. Обычная температура сушиль­ных камер убивает грибы и насекомых, повреждающих древеси­ну, производя ее стерилизацию.

Контактная сушка обычно осуществляется с помощью пресса, горячие плиты которого периодически то смыкаются, обжимая и нагревая материал, то расходятся, освобождая поверхности для испарения влаги. Применяется также обкатка нагретыми ролика­ми. Этот вид сушки является малопроизводительным и применя­ется в основном для сушки шпона в фанерном производстве.

Сушка в поле высокой частоты основана на выделении теплоты в материале, помещаемом в электромагнитное поле высокой час­тоты. При этом материал нагревается равномерно по всему объе­му, а между ним и окружающим воздухом возникает значитель­ный перепад температуры, который обусловливает интенсивное продвижение парообразной влаги изнутри наружу и сокращение времени сушки.

Сушка древесины в петролатуме по сравнению с камерной суш­кой протекает значительно быстрее и отличается отсутствием обыч­ных дефектов: растрескивания и коробления. Петролатум — мас­лянистая жидкость, получаемая в качестве побочного продукта при переработке нефти. Материалы погружают в ванну с петрола­тумом, нагретым до температуры 130 °С. Образовавшийся в про­гретом материале пар выделяется в окружающий петролатум, вспе­нивая его. Сушка в петролатуме крупных сортиментов, например столбов, продолжается в течение 8… 12 ч, в то время как в каме­рах она длится несколько суток, а на воздухе — несколько меся­цев.

Петролатум проникает в древесину на глубину до 2 мм, тем самым антисептируя и гидроизолируя ее. Однако этот слой не по­зволяет склеивать древесину и производить декоративную отделку.

Хвойные породы ядровые применяются в строительных конст­рукциях в виде круглого леса и пиломатериалов (сосна и листвен­ница), а также для изготовления столярных изделий и отделки мебели (кедр). Лиственница — наиболее тяжелая из хвойных пород (‘у12 = 630…790 кг/м3), твердая и прочная, но склонная к сильному растрескиванию из-за большой разницы между ради­альной и тангентальной усушкой. Древесина лиственницы менее подвержена загниванию, чем древесина сосны.

Сосна — смолистая, прочная и стойкая к гниению порода. Она легко обрабатывается, обладает мягкой и достаточно легкой древесиной (у|2 = 470…540 кг/м3).

Кедр имеет красивую по цвету и текстуре, мягкую и очень легкую древесину.

Хвойные породы спелодревесные (ель и пихта) используются в целлюлозно-бумажной промышленности.

Ель — легкая порода (уі2 = 440…500 кг/м3) с невысокой твер­достью. Обработка ее затруднена из-за большого количества суч­ков.

Пихта имеет древесину, сходную с елью, но не содержит смоляных ходов. Она легко загнивает, коробится и растрескивает­ся.

Лиственные породы кольцесосудистые[1] используются главным образом в мебельном производстве и при столярно-отделочных работах.

Дуб имеет плотную (у|2 = 720 кг/м3), очень твердую древесину. Благодаря сердцевинным лучам дуб обладает красивой текстурой. Мореный дуб имеет черный или темно-серый цвет.

Ясень по внешнему виду древесины очень похож на дуб, но не содержит крупных сердцевинных лучей. У ясеня древеси­на менее прочная, чем у дуба, но по плотности близка к ней (Yu = 660… 740 кг/м3). Ясень легко обрабатывается и хорошо гнет­ся, имеет красивую текстуру.

Вяз, ильм, карагач имеют плотную и прочную древесину и различаются только по цвету и расположению мелких сосудов в поздней части годовых слоев.

Лиственные породы рассеянно-сосудистые ядровые благодаря кра­сивой древесине используются для отделки помещений и при производстве мебели.

О ре х — порода средней твердости, довольно тяжелая, не стой­кая к гниению.

Тополь имеет мягкую древесину, которая отличается малой усушкой и незначительным короблением.

Лиственные породы рассеянно-сосудистые спелодревесные исполь­зуются в основном при производстве мебели.

Бук — тяжелая (у|2 = 650 кг/м3), твердая порода красновато­белого оттенка; легко поддается гниению.

Липа — мягкая порода, отличающаяся взаимным переплете­нием волокон, поэтому она плохо раскалывается, почти не коро­бится и не растрескивается. Липа является идеальным материалом для резьбы по дереву.

Клен имеет твердую, прочную и тяжелую древесину, облада­ет красивой текстурой.

Лиственные породы рассеянно-сосудистые заболонные широко используются в столярном производстве. Береза имеет среднетя­желую (у|2 = 650 кг/м3) и среднетвердую древесину; легко загни­вает. Она используется для изготовления фанеры, паркета, сто­лярных изделий. Для декоративных целей применяется карельская береза со своеобразной извилистой и узловатой текстурой.

Граб имеет тяжелую, твердую и прочную древесину; легко коробится и растрескивается.

Осина — легкая (yi2 = 420…500 кг/м3), мягкая, склонная к загниванию порода. Она служит сырьем для изготовления фане­ры, гонта, тары.

Ольха характеризуется мягкой, склонной к загниванию дре­весиной. Она применяется в основном так же, как береза.

Строение древесины обусловливает ее анизотропию и вызыва­ет необходимость различать три взаимно-перпендикулярных на­правления: вдоль волокон и поперек волокон (радиально и тан­гентально), по которым свойства древесины существенно разли­чаются.

Физические свойства. Абсолютная плотность древесинного ве­щества у всех пород колеблется в очень узком диапазоне: 1 540… 1 560 кг/м3, что объясняется практически одинаковым хи­мическим составом древесины.

Плотность древесины зависит от пористости и от того, чем за­полнены ее поры: воздухом или водой. Сравнивать породы можно только при стандартной влажности, равной 12%. Для большин­ства пород при влажности 12 % плотность у12 < 1 000 кг/м3. У дре­весины гваякового дерева у!2 = 1 300 кг/м3, у бальзы — 260 кг/м3. Если древесинное вещество занимает более 65 % объема сухой дре­весины, то такая древесина тонет в воде.

По плотности лесные породы можно подразделить на очень легкие, у которых уі2 — 440 кг/м3 (кедр сибирский, осокорь, пих­та); легкие, у которых у12 = 450…580 кг/м3 (бархатное дерево, бе­рест, вяз, ель, липа, ольха, осина, сосна); средне-тяжелые, у которых У]2 = 590…730 кг/м3 (акация, береза, бук, груша, дуб, ильм, каштан, клен, лиственница, можжевельник, орех грецкий, тисс, яблоня, ясень); тяжелые, у которых у|2 = 680…880 кг/м3 (граб, дзельква, железное дерево, хурма); очень тяжелые, у кото­рых у12 — 890 кг/м3 (кизил, самшит, хмелеграб, фисташка).

Влажность древесины оказывает отрицательное влияние на ее свойства. Различают две формы влаги, содержащейся в древесине:

1) капиллярная (свободная) влага, заполняющая полости кле­ток и межклеточные пространства;

2) гигроскопическая (связанная) влага, пропитывающая стенки клеток и содержащаяся в промежутках между мицеллами и фиб­риллами.

Древесину после долгого нахождения в воде с влажностью W = 200…250% называют мокрой; свежесрубленную древесину с влажностью W = 30…50% в ядровой части и до 180% в заболон — ной части — сырой’, древесину с влажностью, находящейся в равно­весии с атмосферным воздухом, но не превышающей 20 % — воздуш­но-сухой’, древесину после горячей сушки с влажностью W= 8… 13 % — комнатно-сухой, а с влажностью W= 0 — абсолютно сухой.

Абсолютно сухая древесина на воздухе будет адсорбировать пары воды до тех пор, пока не установится равенство парциальных дав­лений пара в древесине и воздухе. Если влажность воздуха изме­нится, то и древесина изменит свою влажность, стремясь к рав­новесию с воздухом. Такую влажность называют равновесной, а способность древесины сорбировать влагу из воздуха называют гигроскопичностью.

Влага, проникающая в древесину, в первую очередь, захваты­вается стенками клеток (волокнами), пока не наступит их полное насыщение. Соответствующую влажность называют точкой насы­щения волокон (ТНВ). Для большинства пород ТНВ находится в пределах 23…31 %.

Если равновесная влажность Wp < ТНВ, то в древесине содер­жится только гигроскопическая влага и нет капиллярной влаги. Капиллярная влага появляется при Wp > ТНВ.

При высыхании сырой древесины сначала испаряется капил­лярная влага; пока она не будет полностью удалена, гигроскопи­ческая влажность остается равной ТНВ. Только после удаления всей капиллярной влаги, на что требуется около месяца атмос­ферной сушки, начинается удаление гигроскопической влаги, продолжающееся около года.

Усушка и разбухание древесины (уменьшение объема при суш­ке и увеличение объема при увлажнении) происходят при изме­нении только гигроскопической влажности (рис. 3.17). Удаление гигроскопической влаги вызывает сближение мицелл, а поглоще­ние гигроскопической влаги раздвигает их. Вдоль волокон древе­сина усыхает и разбухает в 30— 100 раз меньше, чем поперек во­локон. Это объясняется продольным расположением мицелл и фибрилл так, что при их сближении размеры древесины умень­шаются главным образом в поперечном направлении. В продоль­ном направлении изменение размера происходит в незначитель­ной степени как результат небольшого наклона мицелл к оси во­локна.

При удалении гигроскопической влаги межмицеллярные силы сцепления возрастают и количество древесной массы в единице объема увеличивается, что влечет за собой повышение плотности

Рис. 3.17. Влияние влажности на объем (усушку—разбухание) и проч­ность древесины

б Рис. 3.18. Коробление пиломатериалов: а — доски: / — горбыль; 2 — боковые доски; 3 — середовая доска; б — бруса

и механических свойств древесины (прочности, упругости и твер­дости).

Линейная усушка в трех основных направлениях различна, что обусловливает коробление и растрескивание древесины при вы­сыхании. Доски подвергаются поперечному короблению (рис. 3.18, а). Брус изменяет форму сечения различным образом в зависимо­сти от расположения годовых слоев (рис. 3.18, б). Косослойная доска приобретает форму пропеллера.

Вдоль волокон полная усушка (от свежесрубленного до абсо­лютно сухого состояния) составляет в среднем 0,1 % (1 мм на длине 1 м); поперек волокон в радиальном направлении — З…6%; втангентальном направлении — 6… 12 % (6… 12 см на 1 м). Объем­ная усушка в среднем достигает значения в 12… 14 %. Тяжелые и твердые породы усыхают больше, чем легкие и мягкие. К сильно усыхающим породам относятся граб, бук, дуб, каштан, вяз, клен, береза, липа, ольха; к умеренно усыхающим породам относятся тисс, сосна, ильм, груша, самшит, осина, ива; к слабоусыхаю — щим породам относятся ель, веймутова сосна.

Разбухание древесины подчиняется тем же законам, что и усуш­ка. Поглощение воды, как и ее испарение, происходит главным образом через торцевые поверхности, поэтому бревна растрески­ваются по торцам.

Усушка и разбухание заставляют делать припуски и зазоры, учитывая изменения в размерах элементов конструкции.

Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) древесины вдоль волокон составляет: дуба — 3,6 • 10 6 1/°С, бере­зы — 2,5 ■ 10~6 1/°С; в радиальном направлении — соответственно 29- 10 6 и 27- 10~6 1 /°С; в тангентальном направлении — соответ­ственно 42 — 10 6 и 30 ■ 10_6 1/°С. По сравнению со сталью и бето­ном КЛТР древесины вдоль волокон в 5—10 раз меньше, что по­зволяет отказаться от температурных швов в деревянных конст­рукциях.

Удельная теплоемкость абсолютно сухой древесины почти не зависит от породы дерева и при температуре 0… 160°С в среднем составляет 1,37 кДж/(кг-°С).

Коэффициент внутренней теплопроводности сухой древесины сосны вдоль волокон (0,35…0,37 Вт/(м — °С)) примерно в 2 — 3 раза больше, чем поперек волокон (0,14…0,16 Вт/(м °С)).

Механические свойства. Так как древесина анизотропна, то, характеризуя прочность, необходимо указывать направление дей­ствия сил по отношению к волокнам (вдоль или поперек) и годо­вым слоям (радиальное или тангентальнеє направление) (рис. 3.19). Для испытаний берут образцы небольших размеров, не содержа­щие пороков древесины, которые называют малыми чистыми образцами. Для стандартных испытаний образцы вырезают из се — редовой доски (см. рис. 3.18), отступив от сердцевины. При этом годовые слои должны быть параллельны любым двум противопо­ложным граням образца.

Поскольку механические свойства зависят от влажности дре­весины (см. рис. 3.17), результаты испытаний приводят к стандарт­ной 12 %-й влажности. При W< ТНВ используют следующую фор­мулу:

Rn = Rw\ + a(W — 12)], (3.1)

где Rn — предел прочности при влажности 12%; Rw — предел прочности при фактической влажности W древесины в момент

Рис. 3.19. Образцы для проведения испытаний на сжатие: а — вдоль волокон; б — поперек волокон в радиальном направлений; в — попе­рек волокон в тангентальном направлении

испытания; а — пересчетный коэффициент на влажность, кото­рый независимо от породы древесины принимают равным: при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе — 0,04; при скалыва­нии вдоль волокон — 0,03; при ударном изгибе — 0,02.

Сопротивление сжатию вдоль волокон значительно выше сопро­тивления сжатию поперек волокон. Образцы для испытаний на сжатие вдоль волокон имеют форму прямоугольной призмы раз­мером 20 х 20 мм и длиной вдоль волокон 30 мм.

Для приведения результатов к стандартной влажности по фор­муле (3.1) сразу после испытания определяют влажность образ­цов.

Сопротивление сжатию поперек волокон у древесины сравни­тельно мало. Все же довольно часто древесина работает под такой нагрузкой (шпалы, деревянные срубы, соединения деревянных деталей болтами). При сжатии поперек волокон происходит смя­тие древесины и нередки случаи, когда высота образца уменьша­ется до 1/3 начального значения, а разрушение не наступает. Тог­да ограничиваются определением нагрузки при заданном значе­нии деформации. Сопротивление сжатию поперек волокон состав­ляет 0,27… 0,36 от сопротивления сжатию вдоль волокон для хвой­ных пород (сосны) и 0,40…0,70 — для лиственных пород. Высо­кое значение это отношение имеет у дуба и березы (0,70).

Сопротивление скалыванию вдоль волокон имеет большое прак­тическое значение, так как разнообразные виды врезок, приме­няемые для соединений элементов в деревянных конструкциях, работают на этот вид нагружения. Скалывание можно произво­дить перпендикулярно (по радиальной плоскости) или параллельно годовым слоям (по тангентальной плоскости). Форма и размеры образца для испытаний на скалывание и приспособление для зак­репления образца по методу Перелыгина показаны на рис. 3.20. Приспособление с образцом помещается на опорную плиту ма­шины для сжатия и образец доводят до разрушения плавно возра­стающей нагрузкой. Предел прочности при скалывании получают делением максимального усилия на площадь скалывания. Для при­ведения результата к стандартной влажности по формуле (3.1) определяют влажность древесины, используя в качестве пробы большую часть расколотого образца.

Временное сопротивление скалыванию по сравнению со сжа­тием вдоль волокон составляет примерно 1/6… 1/7 для хвойных и 1/4… 1/6 для лиственных пород. В лиственных породах сказывается влияние сердцевинных лучей, что заметно повышает сопротивле­ние тангентальному скалыванию по сравнению с радиальным. Для хвойных пород заметной разницы между этими направлениями не наблюдается. Значительно повышают сопротивление скалыва­нию такие пороки древесины, как волнистость, свилеватость, завитки, мелкие заросшие сучки и др.

1 — корпус; 2 — пружина; 3 — подвижная планка; 4 — ролики; 5 — нажимная призма с шаровой опорой; 6 — образец для испытания на скалывание в радиаль­ной плоскости; 7 — подвижная опора; 8 — устройство для прижима подвижной

опоры

Сопротивление статическому изгибу поперек оси ствола довольно высокое. Это позволяет применять ее в конструкциях в виде ба­лок, стропил, ферм, подмостей, настилов.

Испытанию подвергают образцы-балочки (размером 20 х 20 х х 300 мм), свободно лежащие на двух опорах и нагружаемые посе­редине пролета (в 240 мм) одной сосредоточенной силой (см. рис. 2.6, а). Предел прочности при статическом изгибе вычисляют по формуле

R7 = 3PmJ/(2bh2),

где / — расстояние между опорами (/ = 240 мм); b, h — соответ­ственно ширина и высота (по направлению действующей силы) образца.

Полученный результат приводят к стандартной влажности по формуле (3.1). Пробный образец для определения влажности (дли­ной 30 мм) вырезают вблизи излома.

Временное сопротивление статическому изгибу в 1,5 — 2 раза выше сопротивления сжатию вдоль волокон и составляет 70… 100 МПа. Сопротивление изгибу в радиальном направлении немного боль­ше, чем в тангентальном (обычно на 6…7 %).

Твердость древесины определяет ее износостойкость и способ­ность к механической обработке. Чем выше твердость, тем лучше противостоит древесина износу и тем труднее она обрабатывается. Мягкие породы (сосна, ель, пихта, кедр, ольха, липа, осина,
тополь, ива) легко строгаются и пилятся, однако при шлифова­нии наждачной бумагой часто слегка «лохматятся» и не дают вы­сокого качества поверхности. Твердые породы (дуб, граб, ясень, бук, клен, каштан, ильм, вяз, орех, яблоня, груша, береза, ли­ственница и др.) труднее обрабатывать, но они хорошо поддают­ся шлифованию. К очень твердым породам относятся сам­шит, фисташка, акация, кизил, тисс.