Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за Сентябрь 2015

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.

Пороки древесины. Пороками называют нарушения правильно­го строения древесины и естественные повреждения в условиях ее произрастания, хранения и эксплуатации. Пороки нарушают од­нородность и целостность пилопродукции, снижают прочность древесины, повышают ее коробление и растрескивание, затруд­няют механическую обработку древесины, увеличивают количе­ство отходов, ухудшают внешний вид изделий.

Сучки бывают открытые и заросшие (в зависимости от того, выходят они на боковую поверхность круглого сортимента или нет); круглые, овальные, продолговатые (в зависимости от фор­мы сечения на поверхности сортимента) (рис. 3.10); пластевые, кромочные, ребровые, торцовые, сшивные (в зависимости от по­ложения в сортименте); разбросанные, групповые, разветвлен­ные (в зависимости от взаимного расположения); сросшиеся, ча­стично сросшиеся, несросшиеся, выпадающие (в зависимости от степени срастания с древесиной); здоровые (светлые и темные), здоровые с трещинами, загнившие, гнилые, табачные (в зависи­мости от состояния древесины сучка: табачные сучки свидетель­ствуют о наличии в древесине ядровой гнили, так как в круглых лесоматериалах гниль может быть скрытой и не выходить на тор­цы); односторонние и сквозные (в зависимости от того, пересе­кают они насквозь плоский сортимент или нет).

Трещины (рис. 3.11) бывают метиковые (радиальные трещины, направленные от центра к периферии ствола) простые и метико­вые сложные (в зависимости от того, остаются следы трещины на торцах сортимента в одной плоскости или нет); морозные (ради­альные трещины, направленные от периферии к центру ствола), сопровождающиеся образованием на стволе характерных нарос­тов; трещины усушки (радиальные трещины, возникающие в про­цессе сушки), отличающиеся от метиковых и морозных меньшей протяженностью и глубиной; отлупные (дугообразные или коль­цевые трещины между годовыми слоями).

Рис. ЗЛО. Виды сучков: / — круглый кромочный; 2 — овальный пластевой; 3 — продолговатый; 4 — продолговатый ребровый; 5 — групповые; 6 — сшивной; 7 — разветвленные

Рис. 3.11. Виды трещин: а — простая метиковая; б — сложная метиковая; в — морозная; г — трещины усушки; д — отлупная

Сбежистость — сужение ствола, превышающее 1 см на 1 м длины.

Закомелистостъ — резкое увеличение диаметра комлевой час­ти ствола; бывает округлой и ребристой (рис. 3.12).

Нарост — резкое местное утолщение ствола.

Кривизна ствола бывает простая и сложная.

Крень — кажущееся утолщение поздней древесины хвойных пород в сжатой зоне ствола, искривленного или наклонно сто­ящего дерева. Сходство между кренью и поздней древесиной чис­то внешнее, так как креневая древесина обладает совершенно другим анатомическим строением. Бывает местная крень, захва­тывающая один или несколько годовых слоев, и сплошная крень, захватывающая половину и более площади поперечного сечения ствола (рис. 3.13).

Наклон волокон — непараллельносгь волокон продольной оси сортимента (рис. 3.14, а).

Свилеватость — извилистое или беспорядочное расположение волокон древесины (рис. 3.14, б). Бывает волнистая и путаная сви­леватость.

Двойная сердцевина — наличие в сортименте двух сердцевин (рис. 3.14, в).

Рис. 3.12. Закомелистость: а — округлая; 6 — ребристая

Смоляной кармашек — полость внутри годового слоя, запол­ненная смолой.

Прорость — заросшая омертвелость участка ствола (рис. 3.15). Бывает прорость открытая и закрытая.

Химические окраски возникают в срубленной древесине в ре­зультате химических и биохимических процессов, связанных в большинстве случаев с окислением дубильных веществ. Химиче­ские окраски равномерны по цвету и расположены обычно в по­верхностных слоях древесины толщиной 1…5 мм). При высыха­нии древесины они часто в большей или меньшей степени выцвета­ют. К химическим относятся следующие окраски; продубина — красновато-коричневая или бурая окраска подкоровых слоев сплав­ной древесины пород, кора которых богата дубильными веще­ствами (ель, дуб, ива и др.); дубильные потеки — бурые пятна в виде потеков на поверхности сортиментов пород, древе­сина которых богата дубильными веществами; желтизна — свет­ло-желтая окраска заболони сплавной древесины хвойных пород, возникающая при сушке. Химические окраски не влияют на фи­зико-механические свойства древесины, но интенсивные окрас­ки портят внешний вид изделий.

Грибные ядровые пятна и полосы — участки ненормальной ок­раски ядра (настоящего, ложного и спелой древесины) без пони­жения твердости древесины, возникающие в растущем дереве под

а б в Рис. 3.14. Пороки строения древесины: а — наклон волокон; б — свилеватость; в — двойная сердцевина

воздействием дереворазрушающих грибов (первая стадия пораже­ния). Они существенно не влияют на механические свойства дре­весины, однако портят внешний вид и усиливают водопроницае­мость древесины.

Ядровая гниль — участки ненормальной окраски ядра (настоя­щего, ложного и спелой древесины) с пониженной твердостью древесины, возникающие в растущем дереве под воздействием дереворазрушающих грибов (вторая стадия поражения). Ядровая гниль существенно ухудшает качество древесины вплоть до ее пол­ной технической непригодности.

Плесень — грибница и плодоношения плесневых грибов, появ­ляющиеся чаще всего на сырой заболони при хранении лесомате­риалов. Плесень наблюдается в виде поверхностного налета голу­бого, зеленого, черного, розового или другого цвета. Плесень не влияет на механические свойства древесины, но ухудшает ее вне­шний вид.

Заболонные грибные окраски — ненормальная окраска заболони без понижения ее твердости. Этот порок возникает в срубленной древесине под воздействием деревоокрашивающих грибов, не вызывающих образования гнили. Поэтому механические свойства древесины не ухудшаются, но ухудшается ее внешний вид и по­вышается водопроницаемость.

Побурение — бурая окраска заболони разных оттенков, различ­ной интенсивности и равномерности. Побурение возникает в сруб­ленной древесине в результате развития биохимических процес­сов и вызывает некоторое снижение прочности древесины.

Заболонная гниль — ненормальные по окраске участки заболо­ни без понижения или с понижением твердости древесины. Забо­лонная гниль возникает в сухостойной, валежной и срубленной древесине под воздействием дереворазрушающих грибов и рас­пространяется в глубь древесины от торцов и боковых поверхнос­тей.

Рис. 3.16. Обзол:
а — тупой; б — острый

Наружная трухлявая гниль — участки ненормальной окраски, структуры и твердости древесины, возникающие в лесоматериа­лах при их длительном хранении под воздействием сильных дере­воразрушающих грибов. Наружная трухлявая гниль характеризует­ся бурым цветом различных оттенков и трещиноватой призмати­ческой структурой. Пораженная древесина легко распадается на части и растирается в порошок. Пораженная древесина является опасным источником грибной инфекции для различных деревян­ных сооружений.

Червоточина — ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми. Если червоточина выходит на две противоположные стороны сортимента, то ее называют сквозной.

Дефекты древесины. Механические повреждения искусствен­ного происхождения называются дефектами. К дефектам древеси­ны относятся инородные включения (камней, песка, проволоки, гвоздей, металлических осколков и т. д.); механические повреж­дения инструментами и механизмами при ее заготовке, подсоч­ке, транспортировании, сортировке и обработке (обдир коры, заруб и запил, кара, отщеп, скол и вырыв, багорные наколы); обугленность; скос пропила — неперпендикулярность торца про­дольной оси сортимента; обзол — участок боковой поверхности ствола, сохранившийся на обрезном пиломатериале (рис. 3.16); закорина — участок коры, сохранившийся на поверхности шпо­на; дефекты обработки резанием — это риски (следы зубьев пил, ножей и пр.), волнистость (неплоский пропил), ворсистость и мшистость (задир отдельных волокон), рябь шпона (разный уро­вень волокон древесины), задиры и выщербины, бахрома (пучки неполностью отделенных волокон на ребрах сортиментов), ожог (при трении о режущий инструмент); покоробленность — искрив­ление пилопродукции при выпиловке, сушке или хранении.

Строение древесины можно увидеть невооруженным глазом (макростроение) и под микроскопом (микростроение) на трех разрезах ствола: поперечном, продольном радиальном и продоль­ном тангентальном (рис. 3.1).

Сердцевина на поперечном разрезе (рис. 3.2) имеет вид темно­го пятнышка диаметром 1… 5 мм. В жизнедеятельности дерева она участвует только в молодом возрасте и служит для запасения пи­тательных веществ. Во взрослом дереве сердцевина является мерт­вым образованием, состоящим из мягкой и непрочной ткани. От нее часто начинается загнивание и образование трещин.

Кора состоит из наружного пробкового слоя (корки) и внут­реннего слоя — луба, по клеткам которого идет нисходящий ток питательных веществ, выработанных листьями. В лубе часто при­сутствует лубяное волокно, из которого делают мочало.

На границе между древесиной и лубом находится слой живых клеток, называемый камбием. Путем деления клеток камбия про­исходит утолщение ствола и ветвей. При делении одна из образо­вавшихся клеток остается камбиальной, а другая идет на образо­вание древесины или луба (в зависимости от того, в какую сторо­ну она обращена). Деление клеток в сторону древесины происхо­дит гораздо чаше. Активность камбия замирает на холодное время года и возобновляется весной.

На внешней стороне луба под коркой находится пробковый камбий, благодаря деятельности которого образуется наружный

слой коры. У некоторых пород (на­пример, у пробкового дуба) сна­ружи нарастает толстый слой пробки, состоящей из мертвых клеток. Пробка дуба используется для теплоизоляционных и облицо­вочных материалов.

Древесина. Древесина пород умеренного климатического пояса на поперечном разрезе представ-

Рис. 3.1. Основные разрезы ствола

/ — серцевинные лучи; 2 — сердцеви-
на; 3 — ядро; 4 — заболонь; 5 — годо-
вые слои; 6 — луб; 7 —■ кора

ляет собой ряд чередующихся концентрических колец светлой и темной окраски, называемых ранней и поздней древесиной (по времени их образования). Каж­дый слой, состоящий из ранней и поздней древесины, образует­ся за один вегетационный период и называется годовым слоем. В на­чале вегетационного периода, ранней весной и в начале лета, дерево испытывает потребность в большом количестве влаги и питательных веществ, которые необходимы для распускания лис­тьев и завязывания плодов. В этот период от слоя камбия в сторону древесины откладываются клетки, приспособленные для передви­жения влаги: у хвойных пород — это широкополостные тонко­стенные трахеиды (рис. 3.3), у лиственных пород — крупные сосу­ды (рис. 3.4, 3.5). Во второй половине вегетационного периода, в конце лета и осенью, дерево нуждается в упрочнении своего ствола, так как оно нагружено побегами, листвой, плодами. Поэтому позд­няя древесина формируется у лиственных пород — из массивных и прочных механических клеток (либриформа); у хвойных пород — из толстостенных трахеид. Как правило, число годовых слоев на срезе у корневой шейки соответствует возрасту дерева.

У некоторых лиственных пород (дуб, ясень), получивших на­звание кольцесосудистых (см. рис. 3.4), ранняя древесина прони­зана собранными в кольца сосудами, благодаря чему граница между годовыми слоями хорошо видна. У других лиственных пород — рассеянно-сосудистых (береза, бук), у которых сосуды равномер­но распределены по всей ширине годового слоя, различий между ранней и поздней древесиной почти нет и граница между слоями размыта (см. рис. 3.5).

Чем больше поздней древесины содержится в породе, тем она тяжелее и прочнее. Породы подразделяются на мягкие и твердые. Все кольцесосудистые породы являются твердыми, а рассеянно­сосудистые и хвойные породы могут быть и твердыми, и мягки­ми.

У одних пород древесина окрашена одинаково по всему сече­нию, а у других пород она имеет в середине темноокрашенное ядро, состоящее из омертвевших клеток, пропитанных смолами и

дубильными веществами (см. рис. 3.2). Древесина ядра — более плотная и менее влажная, чем древесина наружной (светлой) ча­сти, называемой заболонью. Заболонь является молодой древеси­ной, по проводящим клеткам которой происходит восходящее сокодвижение. Заболонь слабее ядра и имеет низкую стойкость к гниению, но хорошо гнется и позволяет получать гнутые изделия.

К породам, имеющим ядро, относятся: из хвойных — листвен­ница, сосна, кедр сибирский, тисс, можжевельник; из листвен-

ных — все кольцесосудистые (дуб, каштан настоящий, ясень, бар­хатное дерево, вяз, ильм, берест, белая акация и др.) и некото­рые рассеянно-сосудистые (орех грецкий, платан, яблоня, тополь, ива, рябина и др.). У некоторых пород цвет центральной части не отличается от цвета заболони, однако древесина в центре ствола, подобно ядру, имеет повышенную плотность и твердость и содер­жит значительно меньше влаги, чем заболонь. Эта часть ствола называется спелой древесиной. К спелодревесным породам отно­сятся ель, пихта, бук, липа, клен полевой и др.

Радиальный/** разрез

разрез

Рис. 3.5. Микроструктура древесины рассеянно-сосудистых пород (береза): 1 — сосуды; 2 — либриформ; 3 — сердцевинные лучи

На поперечном разрезе дуба, бука или платана отчетливо вид­ны блестящие тонкие полоски, идущие от сердцевины к коре и называемые сердцевинными лучами (см. рис. 3.2). Сердцевинные лучи есть в древесине любой породы, но невооруженным глазом они часто не видны из-за малой ширины (например, у березы, осины и всех хвойных пород). На площади тангентального разреза, рав­ной 1 см2, их число иногда достигает нескольких тысяч. Ширина сердцевинных лучей у разных пород колеблется от 0,005 до 0,600 мм; высота — от 0,2 до 50,0 мм и более. Все лучи обязательно доходят до коры, но одни (первичные) начинаются от сердцевины, а дру­гие (вторичные) — на некотором расстоянии от нее. В растущем

дереве сердцевинные лучи служат для проведения питательных веществ в горизонтальном направлении и запасения их.

По сердцевинным лучам древесина легко раскалывается. В то же время сердцевинные лучи повышают сопротивление древеси­ны сжатию поперек волокон в радиальном направлении. Сердце­винные лучи ускоряют сушку древесины и обусловливают разли­чие между радиальной и тангентальной усушкой. Трещины усуш­ки проходят по сердцевинным лучам.

Благодаря сердцевинным лучам отдельные породы имеют ха­рактерный блеск и красивую текстуру поверхности.

Древесина состоит из волокон (рис. 3.6), вытянутых вдоль ство­ла. Каждое волокно во время жизни представляет собой расти­тельную клетку, состоящую из оболочки и протопласта (прото­плазмы и ядра).

ж е Рис. 3.6. Анатомические элементы древесины лиственных пород:

а — членик сосуда: ПП — простая пора; ОП — окаймленная пора; 6 — сосудис-
тая трахеида; в — тяж древесной паренхимы; г — клетка веретеновидной парен-
химы; д — волокнистая трахеида; е — волокно либриформа; ж — клетки сердце-
винных лучей

Оболочка молодых клеток представляет собой прозрачную тон­кую (едва достигающую 0,001 мм) пленку, эластичную, растяжи­мую и легко проницаемую для воды и водных растворов. В момент образования оболочка состоит из пектиновых веществ, которые спустя непродолжительное время превращаются в целлюлозу. Цел­люлоза имеет формулу (С6Н|о05)„, где п — показатель полимери­зации, который составляет не менее 3- 104. Макромолекула цел­люлозы имеет нитевидную форму. Срубленная древесина состоит полностью из оболочек клеток с отмершими протопластами. В ра­стущем дереве из отмерших клеток состоит ядро, спелая древеси­на и часть заболони.

В процессе развития клетки (в зависимости от выполняемых ею функций) ее оболочка существенно изменяется по размеру, стро­ению и составу. Наиболее частым изменением состава клеточных оболочек является их одревеснение и опробковение.

Одревеснение клеточной оболочки заключается в появлении в ней нового органического вещества — лигнина, который отлича­ется от целлюлозы большим содержанием углерода и меньшим содержанием кислорода. Лигнин придает клеточной оболочке проч­ность, жесткость и твердость. Одревеснение оболочки происходит при жизни клетки в результате деятельности протопласта. Рост одревесневших клеток сильно замедляется или совсем прекраща­ется. Снижается их способность к набуханию.

Опробковение характерно для клеточных оболочек коры, вы­полняющих защитную функцию. При этом средний слой оболоч­ки пропитывается особым органическим веществом — суберином, состоящим из жирных веществ и феллоновой кислоты. Суберин способствует омертвению клеток и делает оболочку практически непроницаемой для воды и газов.

Оболочка клетки является продуктом жизнедеятельности про­топлазмы. Утолщение оболочек происходит в результате отложе­ния изнутри новых слоев целлюлозы, однако при этом в оболочке остаются поры, служащие для сообщения между клетками.

Сформировавшиеся клетки имеют очень тонкую первичную оболочку 2 (рис. 3.7) и вторичную оболочку 3, которая, в свою очередь, подразделяется на три слоя: тонкий внешний слой, не­посредственно прилегающий к первичной оболочке; толстый сред­ний слой; тонкий внутренний слой, выстилающий полость клет­ки. Между первичными оболочками двух соседних клеток нахо­дится межклеточное вещество /, которое скрепляет клетки между собой. Межклеточный слой не содержит целлюлозы, он состоит из протопектина и лигнина. Этот слой образуется как раздели­тельная стенка при делении клетки.

Средний слой вторичной оболочки отличается особой мощно­стью и, в свою очередь, имеет слоистое сложение, в котором насчитывается до 8… 10 слоев. Кроме слоистости в оболочке на-

Рис. 3.7. Оболочка клетки древесины:

/ — межклеточное вещество; 2 — первичная оболочка; 3 — вторичная оболочка;

4 — внутренняя полость

блюдается волосатость, объясняемая волокнистой структурой. Ос­новным структурным элементом оболочки является мицелла, представляющая собой пучок нитевидных молекул целлюлозы (40…60 длинных молекул в пучке).

Мицеллы группируются в мицеллярные ряды, в которых ми­целлы не являются совсем обособленными, так как часть цепных молекул переходит из одной мицеллы в другую, связывая их друг с другом (рис. 3.8). Следовательно, одна нитевидная молекула цел­люлозы может принимать участие в образовании нескольких пос­ледовательно расположенных мицелл.

Мицеллярные ряды содержат примерно по 100 мицелл и со­единяются в волоконца различного диаметра (200…300 А), так называемые фибриллы. От отдельных фибрилл отходит часть ми­целлярных рядов и присоединяется к соседним фибриллам, обра­зуя таким образом структуру сетки (см. рис. 3.8).

Мицеллярные ряды и фибриллы направлены вдоль оси воло­кон под углом к ней (по спирали); при этом угол наклона мицелл и фибрилл в разных слоях оболочки может быть различным.

Поры. Поры в стенках оболочек представляют собой совокуп­ность двух отверстий, расположенных соосно в стенках двух смеж­ных клеток. Поры бывают простые, окаймленные и полуокайм — ленные (рис. 3.9). Простая пора представляет собой отверстие, за­тянутое очень тонкой неодревесневшей мембраной (часть первич­ной оболочки). Окаймленная пора со стороны каждой из двух смеж­ных клеток окантована выпуклой кольцеобразной «юбкой». Разде­ляющая окаймленную пору мембрана у хвойных пород имеет в центре утолщение — торус, который закрывает отверстие в «юбке» при отклонении мембраны из среднего положения. Окаймление и

Рис. 3.8. Мицеллярные ряды

отверстия поры могут иметь округлую или эллиптическую (даже щелевидную) фор­му. Иногда встречаются полуокаймленные поры, имеющие окаймление только с одной стороны.

Ткани. Все виды клеток можно под­разделить на две основные группы:

• паренхимные клетки, имеющие при­мерно одинаковые размеры по всем на­правлениям (от 0,01 до 0,1 мм), тонкие оболочки и большую внут­реннюю полость;

• прозенхимные клетки, имеющие вытянутую форму, напоми­нающую волокно, в большей или меньшей степени утолщенные оболочки и малую внутреннюю полость (диаметр прозенхимных клеток — 0,01 …0,05 мм, длина — 0,5… 3,0 мм (иногда до 8 мм)). Паренхимные клетки служат для хранения запаса питательных веществ; прозенхимные клетки — для сокодвижения и придания древесине прочности. Совокупности клеток одинакового строе­ния, имеющих одни и те же функции, образуют ткани. В древеси­не различают опорные (механические), проводящие (сосудистые), запасающие и другие ткани.

Опорные (механические) ткани лиственных пород, называемые либриформом, состоят из длинных (от 0,7 до 1,6 мм) толстостен­ных клеток с заостренными концами и толстыми одревесневши-

ми оболочками (см. рис. 3.6). Чем больше в породе волокон либри — форма, тем она тяжелее, тверже и прочнее.

Масса древесины хвойных пород на 90…95 % состоит из оди­наковых волокнообразных клеток, называемых трахеидами. Роль механических клеток, придающих древесине прочность, выпол­няют трахеиды поздней древесины, имеющие очень толстую обо­лочку и малую внутреннюю полость.

Проводящие (сосудистые) ткани состоят из вытянутых тонко­стенных клеток с широкими полостями. Роль водопроводящих элементов в хвойных породах играют трахеиды ранней древесины. Эти трахеиды тонкостенные, имеют большую внутреннюю по­лость. Они сообщаются друг с другом посредством пор, сконцен­трированных на концах трахеид.

В лиственных породах водопроводящую функцию выполняют сосуды, которые образуются из клеток, расположенных одна над другой, и представляют собой длинные вертикальные каналы, поперечные перегородки в которых или исчезли совсем, или име­ют ряд сквозных отверстий. Диаметр сосудов у одних пород дости­гает 0,5 мм, у других пород они невидимы невооруженным глазом. Длина сосудов в среднем составляет около 100 мм, а у дуба — 2… 3 м.

Запасающие ткани располагаются большей частью в сердцеви­не и сердцевинных лучах и состоят из паренхимных клеток (см. рис. 3.6). Эти ткани рыхлые и легко загнивают.

У некоторых хвойных пород паренхимные клетки могут быть рассеяны и среди трахеид (пихта, можжевельник), а у некоторых пород они образуют смоляные ходы, представляющие собой длин­ные межклеточные каналы, заполненные смолой (сосна, кедр сибирский, лиственница, ель). Смоляные ходы бывают вертикаль­ные и горизонтальные, проходящие по сердцевинным лучам и сообщающиеся с вертикальными ходами.

В лиственных породах сердцевинных лучей по объему всегда больше, чем в хвойных. Древесина лиственных пород имеет па­ренхимные клетки и вне сердцевинных лучей, в совокупности образующие так называемую древесную, или вертикальную, па­ренхиму.