А. Природные строительные материалы

Глава 6

Лесные породы и строительные материалы (древесина)

6.1. Общие сведения

Древесина относится к одному из весьма рас­пространенных строительных материалов. Древесные материалы применялись в строи­тельстве с глубокой древности. Еще в XII... XIII вв. русскими зодчими были созданы заме­чательные сооружения из древесины — мосты, стеновые укрепления, великолепные по архи­тектурной выразительности и долговечности здания. Некоторые из них сохранились и до сих пор как памятники архитектуры. В XVIII...XIX вв. древесина оставалась одним из основных строительных материалов в России. Вопросам увеличения долго­вечности древесины, способам ее сушки, эффективной защиты от гниения и древоточцев уже тогда придавалось огромное значение. До 40-х годов нашего столетия древесина широко применялась в жилищном и коммунальном строительстве для перекрытий, строительных ферм, устройства перегородок, полов, дверных и оконных заполнений и др.

В настоящее время в капитальном строительстве древесину применяют в основном для производства столярных изделий — дверных и оконных коробок, переплетов, дверного заполнения, пар­кета, встроенной мебели.

С 1957 г. действуют специальные технические правила, ограни­чивающие применение древесины в строительстве в районах, где древесина не является местным материалом. Для ограничения в применении древесных материалов в СССР есть серьезные основа­ния. Наша страна обладает огромными лесными богатствами. За­пасы.древесины в СССР составляют около 80 млрд. м³ —около

л: --

40% всех мировых запасов, причем в основном — это хвойная дре­весина, самая ценная для строительства.

Основные лесные массивы произрастают в Советском Союзе главным образом в Сибири и на Дальнем Востоке. Это огромная общественная ценность, определяющая климатические условия в стране, сохраняющая здоровье человека.

Средний годовой прирост древесины составляет в СССР около 850 млн. м\ что составляет примерно 1 % от всех лесных запасов. Использовать древесину можно только в пределах этого одного процента прироста.

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

Сочетание высокой прочности и легкости обеспечивает высокий коэффициент конструктивного качества (ККК) древесины. Этот коэффициент равен отношению предела прочности при сжатии ма­териала к его средней плотности. У древесины этот коэффициент равен 0, 7 и выше, тогда как у кирпича 0, 06...0, 15, У стали марок 3 и 5 — от 0, 5 до 1, 0. Высокие показатели ККК у пластмасс. Низ­кая теплопроводность (особенно поперек волокон); высокая хими­ческая стойкость в отношении кислот и щелочей; технологичность при использовании: гвоздимость, легкая обрабатываемость, надеж­ная склеиваемость и т. д.; красивый внешний вид дерева делают его эффективным отделочным материалом.

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

Большинство этих недостатков возможно преодолевать техни­ческими мероприятиями и созданием благоприятных условий при эксплуатации конструкций из древесины.

Из 400 млн. м³ леса, ежегодно заготавливаемого в Советском Союзе, примерно 280 млн. м³ составляет так называемая деловая древесина, из которой изготовляют главным образом пиломатериа­лы. По выпуску пиломатериалов СССР занимает первое место в мире. Широкое использование отходов лесозаготовок, лесопиления и деревопереработки (стружка, опилки и др.) значительно повыша­ет экономическую эффективность применения древесины.

. Строение древесных материалов

Макроструктура* древесины. Строительным материалом явля-

я только определенная часть ствола дерева — древесина. Дерево

тоит из корневой системы, ствола и кроны (совокупность ветвей,

истьев, хвои). Ствол составляет 70.-90% от всего объема дерева

имеет слоисто-волокнистую структуру, т. е. анизотропное строе-

е.

Строение древесины изучают на трех разрезах ствола —попе-ечном, или торцевом, радиальном, проходящем через ось ствола, тангенциальном, параллельном оси ствола (рис. 6.1 и 6.2).

Рис. 6.1. Основные разре- Рис. 6.2. Торцевой разрез ствола:

ЭЫ СТВОЛа: I — кора; 2 — луб; 3 — камбий; 4 —

/ - торцевой; 2 - радиальные; заболонь; 5 - ядро; 6 - сердцевина
3 — тангенциальный

Ствол состоит из следующих структурных элементов. Кора со­стоит из корки и луба. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни. Кора составляет от 6 до 25% объема де­рева.

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

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

тканью.

Древесина состоит из концентрически расположенных годичных слоев. Каждый годичный слой представлен ранней (весенней) и поздней (летней) древесиной. Ранняя древесина образуется весной

* Включает элементы строения древесины, видимые простым глазом или при незначительном увеличении с помощью лупы.

и в начале лета, поздняя — летом и в начале осени. Чередуясь, ранняя и поздняя древесина создают слоистость в строении дере­ва. Летняя древесина является более плотной, чем весенняя.

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

Лиственные породы имеют водопроводящие сосуды, которые

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

В разном возрасте внутренняя часть древесины ствола некоторых по­род приобретает более темную окрас­ку, что объясняется выделением в эту древесину дубильных и красящих ве­ществ. Такая древесина называется ядровой или ядром, а породы, имею­щие ядро, называются ядровыми. К ним относятся: из хвойных пород — сосна, лиственница, кедр и др.; из лиственных — дуб, ясень, вяз и др. Периферийная, неокрашенная часть древесины — заболонная (заболонь). В породах, в которых отсутствует ядро, имеется только заболонь; они называются заболонными: береза, липа, клен, граб и др. Раз­личают еще одну разновидность пород — с пел од ре вес ные, которые имеют спелую древесину в центральной части ствола (более су­хую, чем остальная), заболонь одинаковой со спелой древесинной окраской. К ним относятся ель, пихта, бук, осина и др. Древесина ядра имеет пониженную влажность и повышенные стойкость про­тив загнивания и прочность по сравнению с древесиной заболони. У многих хвойных пород (сосна, ель, лиственница, кедр н др.) присутствуют смоляные ходы, представляющие собой тонкие кана­лы в древесине, заполненные смолой. Они отсутствуют у пихты, можжевельника, тисса и др. Смоляные ходы бывают вертикальны­ми и горизонтальными, сообщающимися друг с другом. Простым глазом можно рассмотреть только вертикальные смоляные ходы. Смола повышает стойкость древесины против гниения.

Микроструктура и химический состав древесины. Дерево со-оит из разного рода клеток. Их скоплений и тканей. Большая сть клеток вытянута вдоль ствола (рис. 6.3), меньшая —в попе-Ьчном (сердцевинные лучи).

Клетки классифицируют по форме и назначению. По форме

азличают вытянутые в длину (параллельно оси ствола) прозен-

имные клетки и клетки округлой или многогранной формы, все

ани которых примерно равны друг другу —паренхимные клет-

Поперечные размеры большинства клеток примерно от 0, 01 до 1 мм, длина —0.5...10 мм. У крупных сосудов диаметр составляет, 3..0, 4 мм, а длина в отдельных случаях достигает 2...3 м. >. По назначению различают клетки проводящие (они составляют роводящую ткань); опорные или механические (составляют меха-ическую ткань); запасающие; образовательные; расположенные - слое камбия; ассимиляционные — в листве и хвое (усваивают уг­лекислоту воздуха в процессе фотосинтеза); покровные — в корке дерева.

В хвойных породах роль проводящих клеток играют трахеи- ^ ды** весенней древесины, опорных —трахеиды летней древесины.

В лиственных породах проводящими являются сосуды —круп-кМые клетки с тонкими стенками и большой внутренней полостью,.".округлой в сечении, и опорными —древесные волокна, клетки с утолщенными стенками и узкой внутренней полостью.

Запасающие клетки, паренхимные, находятся в лубе и сердце­винных лучах как у хвойных, так и у лиственных пород.

Каждая клетка имеет оболочку (стенку). Древесина ргстуще-го дерева содержит живые и отмершие клетки. В живых клетках содержится протопласт (плазма и ядро). С ростом дерева прото­пласт в некоторых клетках высыхает, а клетки отмирают. Сруб-Ленная древесина состоит из омертвевших клеток, т. е. из клеточ­ных оболочек.

1 Оболочки клеток примерно на 99% (по массе) состоят из орга­нических соединений, главнейшим из которых является целлюлоза (C₆Hio0₅)«, где л —степень полимеризации. Кроме целлюлозы в клеточных оболочках содержатся гемицеллюлоза (пентозаны и гек-созаны), лигнин и др.

Оболочка клетки состоит из первичной (внешней) стенки и вто­ричной. Вторичная стенка слагается из трех слоев — внешнего, Центрального и внутреннего (рис. 6.4). Между соседними клетками находится межклеточное вещество, состоящее из лигнина и пекто-полиуреноидов. Структурные элементы первичной и вторичной сте-

* Прос — означает «по направлению к...»; энхима — налитое, отсюда про-эенхимные;

Пар — равный, отсюда паренхимные. Несколько искаженное правописание. этих латинских значений.

** Клетки хвойной древесины, имеющие в поперечном сечении форму много-⁴ угольника.

■ ■ -: 95

нок —целлюлозные волокна (микрофибриллы). В основной, вто­ричной стенке оболочки микрофибриллы направлены по спирали под разными углами к оси ствола (построение сходно с канатом). В более мощном центральном слое вторичной стенки — примерно под углом 30°, во внешнем внутреннем они направлены более по­лого.

Рис, 6.4. Схема строения оболочки трахенды: а — поперечный разрез; б — модель строения оболочки; М — межклеточное вещество; Р — первичная стенка; S — вторичная стенка; Si — внешний слов; S₂ — центральный слой; Sj — внутренний слой

6.3. Древесные породы, применяемые в строительстве

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

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

Ель —порода спелодревесная, имеет незначительное количест­во смоляных ходов, менее стойкая против загнивания, чем сосна. Средня плотность и прочность ели несколько ниже, чем у сосны. Вследствие большей ее сучковатости и повышенной твердости суч­ков по сравнению с сосной древесина ели труднее обрабатывается.

S6

применяют в строительстве и как сырье в целлюлозно-бумаж-)й промышленности.

_с Лиственница —ядровая порода» имеющая мелкие немногочис-№ные смоляные ходы, обладает высокой плотностью, стойкостью ютив загнивания и прочностью. По фнзико-механическим свойст­вам она превосходит все хвойные породы. Широко применяется в Юротехническом строительстве и мостостроении. Пихта —спелодревесная порода с широкими годичными слоями, имеет смоляных ходов; менее стойкая против загнивания и ме-se прочная, чем. сосна. По некоторым физико-механическим свой-гвам отдельные виды пихты не уступают ели. Применяется на­равне с елью.

■ '" • Кедр — ядровая порода, имеет смоляные ходы; по физическим (свойствам и прочности он приближается к сосне. Кедр имеет мяг-сую, легкую, легкообрабатываемую древесину. Применяется в ви-ie круглых лесоматериалов, в производстве фанеры и др.

Лиственные породы. Лиственные породы занимают примерно 'А гощади всех лесов СССР. Из группы кольцесосудистых пород наибольшим применением f jf строительстве пользуются дуб, ясень и вяз. ** Дуб — ядровая порода с широкими и узкими сердцевинными бучами. Эта порода отличается красивой текстурой и цветом дре-есины в срезах. Имеет высокие показатели стойкости против (нения, твердости, прочности (при сжатии вдоль волокон около МПа) и вязкости, обладает способностью к загибу. Приме­мся в качестве отделочного материала, в конструкциях гидро­технического строительства и в мостостроении, а также для изго­товления фанеры, паркета и мебели.

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

#.: Вяз — ядровая порода, имеет плотную, вязкую, твердую и проч-? _; $У» древесину, хорошо поддается загибу. По физико-механическим 1Йойствам уступает дубу. Применяется для производства фанеры»:.'.'_1$Йбели и др.

3. Из группы рассеяннососудистых наибольшее распространение; Имеют мягкие — береза, осина, ольха, липа; твердые — бук, граб,.ч: IWh.

д Береза — заболонная порода. Древесина имеет высокие сред-

< ^нюю плотность, вязкость и прочность, но низкую стойкость против

-Зя& гнивания. По физико-механическим свойствам береза уступает

1 Лубу, но имеет более высокую прочность при ударном изгибе. При-

|д)иеняется для производства фанеры, столярных изделий, паркета,

/£ *0тд, елочных работ и др.

у Осина — спелодревесная порода. Древесина легкая, малостой-йй^кая против загнивания, по прочности уступает березе. Применяет-

ся в фанерном производстве, изготовлении тары и в целлюлозно-бумажной промышленности.

Ольха — заболонная порода с легкой древесиной, малостойкая против загнивания, используют ее при изготовлении фанеры и сто­лярных изделий.

Липа —заболонная порода. Древесина легкая, не стойкая к гниению, имеет низкие качественные показатели как строительный материал. Используют ее при изготовлении мебели, фанеры, тары.

Бук — спелодревесная порода. Имеет плотную, высокопрочную, но малостойкую против гниения древесину, по свойствам близок к дубу. Применяется для производства шпал, столярных изделий, фанеры, паркета и др.

Граб — заболонная порода. Древесина тяжелая, обладает по­вышенными показателями свойств по сравнению с дубом. При вы­сыхании древесина значительно растрескивается и коробится. Применяется для тех же целей, что и бук.

Клен — заболонная порода. Древесина плотная, тяжелая, физи­ко-механические свойства выше, чем у дуба. Применяют как отде­лочный материал, для производства фанеры и др.

6.4. Основные свойства древесины

Физические свойства древесины. К физическим свойствам дре­весины относятся влажность, усушка, разбухание, истинная плот­ность, средняя плотность, пористость, теплопроводность и др. Од­ним из важнейших свойств древесины является влажность W, %. В древесине содержится влага трех видов: связанная, или гигро­скопическая; свободная, или капиллярная; химически связанная.

Влажность, соответствующая предельному содержанию связан­ной влаги при полном отсутствии свободной влаги, называется пределом гигроскопичности древесины или точкой насыщения во­локон W_ns. Для сосны и дуба №_п.г=30%, для сибирского кедра — 28...30%, лиственницы — 31...33%. Колебания значений предела гигроскопичности небольшие и в среднем принимают tf/„.r=30%.

По степени влажности древесину разделяют на мокрую, долго находившуюся в воде, У =100% и более; свежесрубленную — W= —35...100%; воздушно-сухую— W—15...20%; комнатно-сухую — №=8...13%; абсолютно сухую — W=0%. Влага оказывает влияние на различные свойства древесины.

Усушка и разбухание древесины происходят при изменении ее влажности. Усушкой называют уменьшение линейных размеров и объема образца древесины при удалении из нее гигроскопической влаги (высыхание). Разбуханием называют увеличение размеров и объема образца древесины при поглощении влаги оболочками кле­ток древесины; разбухание противоположно усушке.

Различают линейную и объемную сушку, выражаемую в процен­тах. Линейную усушку определяют поперек волокон в двух направ­лениях—тангенциальном и радиальном. Усушку вдоль волокон

Ш.

продольную) ввиду ее незначительной величины не определяют. 1Й9| Линейная усушка вычисляется по формулам, %:

" ' для тангенциального направления— #, =^д~~°⁰100;

а

для радиального направления— У_г=^^ 100,

О

le а и Ъ — размеры образца соответственно в тангенциальном и [[диальном направлениях; ао и Ь₀ — размеры образца в тех же на­бавлениях в абсолютно сухом состоянии.

Объемную усушку Уу вычисляют в процентах без учета Про­ниной усушки по приближенной формуле

у оЬ-аоЬр _1QQ

ab

Вследствие волокнистого строения древесина имеет разную |усушку в различных направлениях. Усушка в радиальном направ­лении составляет З...6%, в тангенциальном — в полтора-два раза (больше, чем в радиальном, и составляет 6...12% и вдоль волокон |эд1...0, 3%. Объемная усушка составляет в среднем 12...15%. Усуш- щЦЪ. и разбухание происходят в пределах гигроскопичности, т. е. в, '* интервале влажности 0...30%.

При высыхании или увлажнении пиломатериалов (брусков, до-Срк и др.) происходит изменение их формы, называемое коробле­нием. Высыхание может сопровождаться образованием трещин в круглых лесоматериалах и в пиломатериалах. Для предотвраще­ния этих явлений рекомендуется применять древесину с равновес­ней влажностью, которую она будет иметь в условиях эксплуата­ции.

Истинная плотность (р) древесного вещества для всех пород примерно одинакова и составляет в среднем 1, 54 г/см³.

Средняя плотность (ро) различна у разных древесных пород. Величина средней плотности древесины изменяется в широких пре­делах— от 380 (сибирская пихта) до 1110 кг/м³ (ядро фисташки). Е& величина зависит от строения древесины, процента поздней дре­весины и других факторов. В значительной мере она зависит от влажности. Среднюю плотность древесины с данной влажностью пересчитывают на плотность при стандартной влажности 12%, со­ответствующей комнатно-сухому состоянию древесины (г/см³):

*; Ром-Рв.П + 0, 01(1-Ао)(12-Н^)],

; ГДе ро 12 — средняя плотность образца древесины при влажности -,, V=12%; рош —средняя плотность влажного образца при влажно-(, стн W %; k_Q — коэффициент объемной усушки, который показыва­ем¹, на сколько процентов изменяется объем образца при изменении •лажности на 1%; W — влажность испытываемого образца, %.

& ⁴* "

Для древесины большинства пород А_о=0, 5 (у березы, бука, лиственницы, граба й₀=0, 6): в этом случае формула упрощается:

Ро12=Ро»(Ь06-0, 005^).

Древесина имеет значительную пористость, например у сосны она равна 50.-75%.

Таблица 6.1. Физические свойства некоторых древесных пород

Теплопроводность древесины вследствие ее высокой пористости невелика, но она вдоль волокон значительно больше, чем поперек. Так, например, у сосны теплопроводность вдоль волокон равна 0, 35 Вт/(м-°С), а поперек волокон —0, 17 Вт/(м°С). Она также выше в радиальном направлении, чем в тангенциальном.

Механические свойства древесины. Главнейшими механически­ми свойствами являются прочностные. Прочность древесины. Дре­весина обладает высокой прочностью, и она зависит от вида дре­весной породы, места расположения древесины в стволе, содержа­ния поздней древесины, влажности и др. Она характеризуется пре­делами прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе и скалывании.

$ Предел прочности древесины (с влажностью W в момент испы-||ния) при сжатии вдоль волокон (Rem v) определяют на стан­дартных образцах (прямоугольных призмах сечением 20X20 мм и Единой 30 мм) и рассчитывают по формуле

D __ " max

*^сж», *

АЬ

рде Ртах — максимальная разрушающая нагрузка, Н; а и b — раз­меры поперечного сечения, м.

Предел прочности при сжатии поперек волокон значительно меньше (10...30%) от предела прочности при сжатии вдоль воло­кон.

, Наибольшим является предел прочности при растяжении вдоль волокон, в 2—3 раза выше, чем при сжатии вдоль волокон. Предел прочности при статическом изгибе R_K3 древесины (с влажностью W) в момент испытания определяют на образцах-балочках разме­рами 20x20 мм и длиной 300 мм при воздействии двух симметрич­но расположенных сил и вычисляют по формуле

где Ртах — разрушающая сила, Н; I — расстояние между опорами (пролет образца-балки), м; Ь и h — ширина и высота балки, м. Прочность древесины при скалывании вдоль волокон невелика и составляет примерно 12...25% от предела прочности при сжатии вдоль волокон. На прочность древесины оказывают большое влия­ние влажность (только гигроскопическая влага), средняя плот­ность и содержание летней древесины.

*' Прочность древесины значительно понижается с увеличением влажности. Она должна быть приведена к прочности при стандарт­ной влажности 12% по формуле

*i2 = *«[1+а<»/-12)],

|Яе Rn — предел прочности при 12%-ной влажности; R_w — предел Прочности при влажности w, %; W — влажность испытуемой дре-весины, %; а—поправочный коэффициент на влажность, который Доказывает, насколько изменяется прочность древесины при изме­нении влажности на 1% (в пределах влажности от 0 до 30%). * Для сосны коэффициент а при сжатии и изгибе равен 0, 04, т. е. «атериал теряет 4% прочности при увеличении влажности всего на! %.

Имеется корреляционная связь между прочностью и плотно­стью древесины, между прочностью и процентом поздней древеси­ны, что выражено в соответствующих эмпирических формулах:

для сосны А? сж_1В= ЮЗбро,, —105; Ясж,, =6/и+300;

для дуба Ясж„ = 850р₀₁, — 67; У? _Сж₁₁ = 3, 2от-_г-295, Где Дсж_]5 — предел прочности при сжатии, кг/см², при влажности

15% {после подсчета пересчитывают на стандартную влажность 12%); ро₁₅ —средняя плотность древесины при влажности 15%, г/см³; m — процент поздней древесины.

Жесткость древесины, ее способность деформироваться под нагрузкой, характеризуется модулем упругости: £ =чЛ/е, где R — предел прочности древесины; е — относительная деформация. Мо­дули упругости при сжатии и растяжении вдоль волокон одинако­вы и для сосны составляют 12300 МПа.

Деформативность в направлении вдоль волокон древесины срав­нительно низкая.

При сравнительно высоких показателях прочностных свойств древесина обладает небольшой твердостью. Статическая твердость численно равна нагрузке, необходимой для вдавливания в образец древесины половинки металлического шарика радиусом 5, 64 мм на глубину радиуса шарика (тогда площадь отпечатка равна 1 см²). Твердость сосны, ели, пихты, ольхи составляет 35... 50 МПа, а бо­лее твердых пород — дуб, береза, ясень, лиственница и др.— 50... 100 МПа. Все свойства древесины зависят от структуры, со­става и других факторов.

6.5. Зависимость свойств древесины от ее состава и структуры

Древесина — сложный природный органический материал. Био­логический процесс роста дерева предопределяет качество деловой древесины, в разряд которой дерево переходит после прекращения жизнедеятельности в связи с отделением от корневой системы при валке леса. В результате длительного и сложного эволюционного процесса под влиянием внешних и внутренних факторов древесина растущего дерева приобретает в достаточной мере оптимизирован­ную структуру и соответствующие ей высокие показатели качест­ва. К внешним факторам, воздействовавшим на растущее дерево, следует отнести: силовые — от ветровой нагрузки и массы кроны, утяжеленной атмосферными осадками; тепловые — от переменной температуры окружающей среды; воздействие влаги, солнечного света и др. К внутренним факторам относятся: перемещение влаги с растворенными минеральными веществами из почвы; перемещение и создание запаса питательных веществ; процесс фотосинтеза в кроне и др. Реальные условия развития дерева не только благо­приятствовали его росту, но и вызывали необходимость в приспо­собляемости к механическим напряжениям, особенно древесных волокон — волокнистых трахеид и волокон лнбриформа. Так, со­противляемости к ветровым нагрузкам благоприятствовало: раз­витие слоистого строения древесины с правильным чередованием прослоек более мягкой весенней и более жесткой летней древеси­ны; повышение модуля упругости древесины ствола от вершины к комлю; сбег толщины от комлевой части ствола к вершине при высокой прочности на растяжение корней. Прочные наружные

Щои ствола при меньшей прочности сердцевины обеспечивают де-^|ву надежную сопротивляемость большим вертикальным нагруз­им от массы кроны. В результате нормального роста древесина ююйных и лиственных пород набирает комплекс анатомических Клементов, общим для которых является упорядоченность волок-Емястой структуры.

I-" Древесина состоит из двух основных компонентов: целлюлозы ж лигнина. Эти компоненты находятся в теснейшей взаимосвязи, юбразуя единую высокоорганизованную полимерную систему.

Таблица 6.2. Механические свойства некоторых древесных пород

Целлюлоза, как уже отмечалось выше, может быть выражена эмпирической формулой [СбНю0₅]п или в другом виде fC_eH702(OH)₃]n, где п — степень полимеризации, которая достига­ет у древесной целлюлозы значений 6000... 14 000. По существу — это полисахарид, имеет цепочечное построение молекул, состоящих из звеньев. Из формулы видно, что в каждом элементарном звене макромолекулы имеется три гидроксильные группы. Следователь­но, целлюлоза — высокомолекулярное соединение, представляет собой линейный гетероцепной стереорегулярный * однородный по­лимер, имеющий большое число гидроксильных групп ОН, образу-

* * В гетероцепных полимерах цепи кроме углерода содержат и другие ато­мы, например, кислорода, азота и пр. В стереорегулярных полимерах все звенья расположены в пространстве в определенном порядке.

ющих водородную связь. Этот тип химической связи между водо­родным атомом гидроксила одной цепи и кислородным атомом гидроксила соседней цепи придает повышенную жесткость поли­меру, так как сстягивают», ориентируют цепные молекулы в цел­люлозных волокнах. Кроме водородных связей, для целлюлозы характерно также межмолекулярное взаимодействие (силами Ван-дер-Ваальса).

В структурном отношении целлюлоза, являясь основным веще­ством, образует слоистую клеточную оболочку {стенку), а ее эле­ментарная частица (фибрилла)—пучок макромолекул, указанных выше в виде эмпирической формулы. Фибрилла имеет кристалли­ческую структуру, так как для нее типичным является регулярное расположение молекул, характерное для молекулярной кристалли­ческой решетки. Фибриллы входят в состав микрофибрилл, также в основном сохраняющих кристаллические (ориентированные) об­ласти. В некоторой части кристаллическая фаза перемежается с хаотическим (аморфным) расположением макромолекул, в ней отсутствует четко выраженная ориентация в микрофибриллах, а цепи значительно короче. Эту часть именуют гемицеллюлозой, причем установлено, что степень полимеризации макромолекул гемицеллюлозы составляет всего 100... 200. Эти короткие цепи нередко попадают среди кристаллических участков целлюлозного волокна и тогда они достаточно прочно связываются с целлюло­зой, образуя целлюлозаны, но ставаясь по существу гемицеллюло­зой (ксиланы, маннаны).

Древесные целлюлозные волокна имеют спиральную структуру и содержат примерно 65... 70% кристаллической и 25... 35% аморфной (гемицеллюлозной) части, причем у хвойных пород аморфной части меньше, у лиственных пород — больше (28... 35%). Впрочем, согласно другой теории содержание кристаллической фазы в природной целлюлозе значительно больше, тогда как аморфной — не выше 5... 10% и ее относят к дефектам упорядо­ченности. В этом случае полагают, что целлюлоза является одно­фазным кристаллическим веществом. Так или иначе, но главное, что необходимо учитывать, древесина — высококристаллическое вещество, имеющее форму продольных спиральных волокон, кото* рые в деловой древесине выполняют роль своеобразного «армиру­ющего» компонента, повышающего прочность материала на растя­жение, чему способствует также их упорядоченное расположение. Другим структурообразующим компонентом древесины служит лигнин. Лигнин — это тоже природный полимер, представляет со­бой высокомолекулярную ароматическую часть, количество кото­рой в древесине хвойных пород до 28...30%, а в древесине лист­венных пород 18... 24%. Он был открыт в древесине более 135 лет назад, но его весьма сложное строение до сих пор остается не полностью выясненным. Полагают, что это смесь нерегулярных разветвленных полимеров сетчатой структуры. Присутствие лигни­на устанавливают по цветным реакциям. От целлюлозы лигнин

.Агличается повышенным содержанием углерода — 60... 65% по уравнению с 44% в целлюлозе, что обусловлено его ароматической ^природой. Из девяти атомов углерода, составляющих структурную единицу (фенилпропановую) лигнина, шесть принадлежат арома*?.нческому кольцу. В химическом отношении лигнин — реакционно-Лрособный полимер. По сравнению с целлюлозой лигнин обладает |ыеньшей стойкостью, легче окисляется.

> Лигнин является аморфным веществом; им обогащаются кле­точные стенки с эффектом одресвенения. Он содержится в середин-иой пластинке клеточной стенки, но большая его часть находится £! ао вторичной стенке (слое). Обнаруживается лигнин в этих двух слоях стенки по красному окрашиванию при воздействии на кле­точные стенки химическим реагентом (солянокислым флороглю-цианом). Электронная микроскопия позволила, однако, не только ■ качественно по цветной реакции, но и на снимках увидеть, что лиг­нин заполняет также и межклеточные пространства. Своим при­сутствием он придает некоторую гидрофобность, но в целом она незначительна, и древесина относится к гидрофильным материа­лам, особенно древесина лиственных пород.

Оба основных компонента древесины — целлюлоза и лигнин — Взаимодействуют между собой. Характер их взаимодействия еще Полностью не раскрыт. Вначале предполагалось о чисто механи­ческой связи лигнина с углеводами в стенках (слоях) клеток и та­кая теория называлась инкрустационной. Позднее было установле­но, что невозможно ни извлекать углеводы из древесины без Одновременного частичного удаления лигнина, ни полностью уда­лить лигнин из древесины без удаления некоторого количества Углеводов. Очевидно, что это возможно только при их химическом взаимодействии, тем более что из древесины удалось выделить ^игноуглвводные комплексы. Большинство исследователей скло­няется к предположению о существовании химической связи лиг­нина с гемицеллюлозой (ксиланом, маннаном и другими полисаха­ридами), хотя поддерживается мнение также о возможной хими­ческой связи лигнина с целлюлозой. В целом, однако, часть Лигнина и может быть большая находится в древесине в свобод­ном состоянии и его удается извлечь растворением в спирте или

диоксане.

Кроме целлюлозы и лигнина в древесине содержатся еще так называемые экстрактивные вещества, которые в отличие от глав­ных компонентов извлекаются нейтральными растворителями — водой, обычными органическими растворителями. Хотя их немного < 2...4%), но они придают древесине цвет, запах, вкус, иногда токсичность, помогают дереву сопротивляться гниению, поражению грибом и пр. Среди экстрактивных веществ — смолы и смоляные жислоты, танниды (дубители), эфирные масла, красители, камеди, фитостерины, белки и др. Содержание смол в лиственных породах до 1%, а в хвойных может быть до 20%. В каждой породе присут­ствуют только некоторые экстрактивные вещества, по разному

распределяясь внутри дерева, например, фенольные вещества — в ядровой части, а сахара, жиры и др. — в заболонной древесине. Имеется небольшая доля и минеральных веществ (до 1%), посту­пающих из почвы через корневую систему и проводящие ткани.

Таким образом, структура, древесины слагается из двух основ­ных компонентов с присутствием небольших количеств веществ, по-видимому, мало влияющих на формирование общей структуры. В общем структура древесины в первом приближении представ­ляет собой конструкционное сочетание целлюлозы с лигнином.

Рис. 6.5. Коробление досок при высы- Рис. 6.6. Электронная микрофотография
ханин и трещины усушки среза осины (11 0О0х по Э. Келлн)

Волокна целлюлозы обладают высокой прочностью на разрыв, но легко изгибаются (рис. 6.5). Лигнин объединяет их в единое целое с помощью водородных и ван-дер-ваальсовых сил связи и когезии, поэтому в совокупности древесина — по существу природный орга­нический материал с конгломератным типом структуры, в котором имеются матричная пространственная сетка из лигнина и кристал­лический волокнистый наполнитель в виде целлюлозы. Оба этих компонента, как уже отмечалось, теснейшим образом взаимосвяза­ны и представляют природный композиционный материал (конгло­мерат). Эта структура хорошо, например, видна на микроснимке, полученном американским ученым Э. Келли для среза осины при увеличении в П 000 раз (рис. 6.6). Темная полоса — лигнин, менее темная — стенка целлюлозной клетки и светлая область — полость клетки.

Подобно искусственным конгломератам древесина содержит капилляры и поры различных размеров; в период жизни дерева они имели большое значение для передвижения воды и питатель­ных соков, их накопления и пр. Капилляры крупные являются полостями и порами стенок, капилляры и поры тонкие и мельчай­шие находятся между фибриллами, микрофибриллами и внутри микрофибрилл. Если в крупных капиллярах и порах невелика удельная площадь внутренней поверхности, составляя, например, у ели около 0, 2 м²/г, то у мельчайших пор она очень большая, на-

ше

|ример у ели при диаметрах капилляров 10-Ю^-8—10-10—^т см (от §0 до 100 А) удельная площадь их поверхности составляет до jjDO м²/г. Такое различие капилляров отражается на характере контакта их с водой. Крупные капилляры могут заполняться водой, 'которая мало влияет на состояние древесины и ее качество как строительного материала. Эта влага сравнительно легко приходит Ш капилляры и поры, особенно при контакте дерева с водой, запол­няет полости и может составлять до 100... 200% к массе абсолют­но сухой древесины, но она также сравнительно быстро и легко удаляется из них при сушке. Тонкие поры и капилляры заполня­ются не только при контакте с водой, но и в условиях влажного воздуха в связи с гигроскопичностью древесины и по законам ка­пиллярных сосудов. Гигроскопическая влага сорбируется на стен-'Ках клеток, частично переходит в коллоидно-связанную с веществом дерева. Предельное насыщение древесины гигроскопической вла-той составляет 25... 35% (в среднем 30%) к массе абсолютно; < йухой древесины, называемое точкой насыщения волокон. Насы­щение гигроскопической влагой до этой предельной точки сопро­вождается набуханием древесины, изменением (ухудшением) ее " физических и механических свойств. Увеличение влаги после Ш%-ного ее содержания на свойствах древесины почти не отра­жается; не увеличивается и объем ее за счет набухания. & ' При сушке древесины быстро удаляется свободная влага из 'Крупных капилляров и пор, но трудно испаряется гигроскопическая & т точки насыщения волокон, причем объем древесины уменьшает­ся в связи с усадкой и уплотнением клеточных оболочек. Особенно Трудно удаляются последние 4... 6% гигроскопической влаги, так ЙЕак она ориентированно закреплена (адсорбирована) в монослое чТОлекулами целлюлозы. Возникают водородные связи между #ндроксилами целлюлозы и водой, тогда как другая большая часть гигроскопической влаги (20... 25%) находится под влиянием капиллярной конденсации. С приближением при сушке к темпера­туре 105°С масса древесины сохраняет постоянное значение, что и принимается за абсолютно сухое состояние древесины. Фактиче­ски около 1% гигроскопической влаги в абсолютно сухой древесине •Сохраняется, но за счет относительно прочных водородных связей Ьна не снижает ее качественных показателей. Дальнейшее повыше­ние температуры вызывает более или менее глубокое разложение целлюлозы — деструкцию, особенно в присутствии воздуха и влаги. При умеренном нагреве (120... 180°С) изменяется цвет целлюлозы, снижается ее прочность, а при более высокой температуре (230... 240°С) протекают химические реакции с изменением элементарного состава целлюлозы. Структура переходит к 300°С из кристалличе­ский в аморфную, а при дальнейшем повышении температуры образуются целлюлозный уголь и жидкие продукты распада (ук­сусная кислота, ацетон, формальдегид, муравьиная кислота и др.). Лигнин более устойчив к термолизу, тем целлюлоза, за счет его ■ ароматического строения. Однако и он к моменту обугливания

целлюлозы подвержен экзотермическому распаду с потерей своих первоначальных свойств. Следовательно, при нагревании выше Ю5...110°С непрерывно протекают процессы деструкции, а древе­сина сравнительно быстро теряет свои высокие физико-механиче­ские свойства, которые она имела в абсолютном сухом состоянии. Кинетику изменения показателей свойств древесины по мере ее высыхания можно изобразить графически в системе прямоуголь­ных координат. Для этого на параллельно расположенных осях ординат необходимо отложить в соответствующих масштабах раз­личные показатели свойств, а на оси абсцисс — влажность, еще луч­ше структурный параметр в виде, например, отношения объема V влаги, равного Мр_в — где р_в — плот­ность воды; Afr.e — масса гигроско­пической влаги, к площади внут­ренней поверхности тончайших ка­пилляров н пор, равной A_cyM— — DA_ya, где М_д — масса древесины; Луд — удельная площадь внутрен­ней поверхности этих полостей, по­стоянная для данной породы дере­ва. Очевидно, что отношение V/i4_cyM=6, где 6 — усредненная толщина пленки гигроскопической влаги в тончайших капиллярах и порах.

По мере испарения свободной влаги в свежесрубленной древе­сине, когда ее влажность составляет обычно от 40 до 100% и вы­ше, показатели свойств остаются постоянными до точки насыще­ния волокон. При постепенном высушивании в пределах содержа­ния гигроскопической влаги с утоньшением полимолекулярных слоев (б) воды на развитой поверхности тончайших капилляров и пор показатели свойств непрерывно улучшаются. К моменту сушки, когда влажность становится равной 1% и меньше, а гигроскопиче­ская вода достаточно прочно химически связана с целлюлозой в монослоях, причем отношение V*/A_cyK принимает минимальное значение, близкое к нулю, тогда показатели свойств становятся экстремальными: прочность, выражающая любые ее значения (при сжатии, растяжении и т. п.), — наибольшей; упругость — также наибольшей, тогда как пластичность и общая деформация — наименьшими, теплопроводность и электропроводность — наимень­шими (в сухом состоянии древесина является хорошим диэлектри­ком); пористость, коэффициент диффузии при постоянной температуре — наибольшими, плотность — наименьшей и т. д. (рис. 6.7). Числовые значения этих экстремумов получают экспе­риментальным путем при испытании образцов или расчетным, при­меняя некоторые известные зависимости (см. формулы (6.2), (6.3)

«др.). В них значение влажности для получения экстремальной рличины принимается равным нулю (W=0). Ш На левой ветви получаемой экстремальной кривой показаны даачения свойств по мере развития деструкционных процессов при дальнейшем повышении температуры древесины (свыше 105°С). ^ ^! Из графика следует, что при определенном наборе структурных Параметров в абсолютно сухой древесине закономерно возникает Комплекс экстремальных значении тех физических и механических свойств, которые непосредственно связаны со структурой. Такой комплекс экстремумов согласно закону створа возможен только ftp и оптимальной структуре. Следовательно, подтверждается, что Иод влиянием внешних и внутренних факторов в период роста Дереза эволюционным путем происходит постепенная оптимизация структуры древесины. В ней возрастает упорядоченность кристал­лического древесного волокна, утончаются стенки матричной части из лигнина, наступает общая упорядоченность расположения моле­кул с анизотропией свойств по главным структурным направле­ниям.

Таким образом, древесина как важнейший органический при­родный материал с конгломератным типом структуры (компози­ционный материал) четко отражает закономерность свойств при оптимальной структуре — закон створа, раскрывая тем самым еще одну важнейшую тайну природы.

6.6. Пороки древесины

Пороками древесины называют различные отклонения от нор­мы, существенно изменяющие и, как правило, понижающие каче­ство древесины, ограничивающие ее использование. К порокам относят также повреждения древесины грибами и насекомыми, а иногда и дефекты, возникающие при обработке древесины (напри­мер, при камерной сушке). Всего насчитывают свыше 200 пороков.

Пороки делят на девять групп: сучки, трещины, пороки формы Ствола, пороки строения древесины, химические окраски, грибные поражения, повреждения насекомыми, инородные включения и де­фекты, деформации.

Пороки древесины можно разделить также по времени их обра­зования: а) возникающие в растущем дереве, б) образующиеся в Срубленном дереве. Пороки растущего дерева переходят в срублен­ную древесину, в которой, в свою очередь, возникают пороки, ана­логичные некоторым порокам растущего дерева. Поэтому обычно их рассматривают совместно.

Сучки — живые и отмершие, закрытые и заросшие, здоровые и загнившие представляют собой части ветвей, заключенные в дре­весине. Они нарушают однородность строения древесины, затруд­няют обработку пиломатериалов, нарушают правильность распре­деления внутренних напряжений, снижают прочность древесины и, следовательно, ее сортность (рис. 6.8).

Ненормальные окраски н гнили. Ложное ядро отличается от на­стоящего ядра древесины непостоянством по времени образования, по форме и размерам. Ложное ядро чаще всего встречается у бука, березы и других заболонных и спелодревесных пород; иногда рас­полагается эксцентрично. Значительного влияния на> качество дре­весины этот порок не оказывает, если отсутствует признак загни­вания, но может нарушать общую фактуру изделия.

Пятнистость (радиальная и тангенциальная) наблюдается на торце в виде пятен шириной не более ширины годичного слоя, вы­тянутых на радиальном срезе незначительно в виде узких полос, а на тангенциальном — в виде широких полос, вытянутых вдоль ствола на несколько метров. Этот порок, ухудшая внешний вид пиломатериалов, не влияет на их механические свойства.

Рис. 6.8. Сучки различных видов (живые и отмершие): а —сучок здоровый; б —сучок роговой; в —сучок выпадающий

Ложное ядро и пятнистость характерны для растущего дерева. Но изменение окраски, сопровождаемое гнилью, наблюдается так­же и у срубленной древесины при ее хранении. В частности, к ним относятся химические и грибные окраски.

К химическим окраскам относятся желтизна, оранжевая окрас­ка, продубина, чернильные пятна, дубильные потеки. Все эти разновидности окраски проникают на глубину 1... 5 мм, но мало влияют на физико-механические свойства древесины, ухудшая в основном только внешний вид пиломатериалов.

Грибные окраски (гнили) поражают отмирающую и мертвую древесину.

На отмирающей древесине при медленном подсыхании обра­зуется так называемая прелость вследствие поражения складски­ми грибами: плесень, цветной налет в 1... 2 мм глубиной, цветная заболонь, синева, коричневая или желтая окраска (в виде лимон-но-желтых пятен и полос в отличие от химической окраски), ко­ричная окраска; эти скраски развиваются за счет содержимого

тельно. с Более опасными являются изменения окраски древесины, сея­нные с формированием гнили у растущего дерева и мертвой древесины.

$ Гнили у растущего дерева — пестрая, белая и бурая — образу-я под воздействием грибов. Белая, пестрая (коррозийные гни-и) и бурая (деструктивная) гнили развиваются постепенно с по-влением пятен и полос до появления мягкой гнили, имеющей ■ рухляво-волокнистую структуру и легко ломающейся пальцами. ^Гнилая древесина почти полностью теряет свои механические свойства, сильно понижается плотность; она непригодна к исполь­зованию в строительстве.

: Гнили мертвой древесины являются одним из самых опасных _; видов пороков. Они могут развиваться после вторичного увлажне­ния в лежалой древесине и открытых деревянных сооружениях. Особенно распространена бурая деструктивная гниль, вызываемая грибами заборным, столбовым, шпальным и др. Древесина стано­вится бурой, появляются поперечные и продольные трещины; дре-tCHHa быстро приобретает трухлявость и распадается на куски. В закрытых сооружениях, плохо проветриваемых, с высокой влажностью и умеренной температурой развивается бурая деструк­тивная гниль под воздействием так называемых домовошахтных грибов, настоящего домового гриба (грибница ватообразная с кап­лями желтоватой жидкости), пленочного домового гриба (плодовое •рело пленчатое распростертое), белого домового гриба (плодовые тела белые, мягкие, распростертые с большими угловатыми пора­ми), шахтного или пластинчатого домового гриба (развивается в подземных сооружениях).

Эти разновидности грибов и делают древесину непригодной Для применения, и опасной для окружающих древесных мате­риалов.

■ }, -'. Водослой — участок древесины, сильно пропитанный водой, рас­положенный на месте ядра, спелой древесины, ложного ядра или радиальной пятнистости. Как правило, водослой связан с очагами гнили.

Водослойная древесина отличается повышенными усушкой и 'разбуханием; после высыхания образуются трещины.

Грибные ядровые пятна и полосы — измененная окраска в зоне ядра, вызываемая грибами в растущем дереве, наблюдается на торцах и продольном разрезе. Этот порок имеет также название как темнина или краснина. Ухудшая внешний вид пиломатериалов, порок на механические свойства почти не оказывает заметного влияния.

Значительное влияние на снижение качества древесины оказы­вают пороки, именуемые трещинами. Они характерны как для

ПО

ill

растущего дерева, так и для мертвой древесины, хотя их вид и раз­меры различные.

Трещины продольные—метнковые, простые и сложные. Эти трещины проходят через сердцевину ствола, находясь обычно в пределах зоны ядра или спелой древесины. Они идут по длине ствола от комля (нижней части растущего дерева) до зоны живых сучков, расширяясь от периферийной части ствола к серд­цевине.

Простые метиковые трещины расположены по одному диаметру и идут по длине ствола в одной плоскости; сложные — по одному диаметру, но идут по спирали или по нескольким диаметрам (то­гда по длине ствола идут по нескольким плоскостям) (рис. 6.9).

Отлупные трещины —
неполные и кольцевые —
внутренние трещины, прохо­
дящие в зоне ядра или спе­
лой древесины между го-
Рис. 6.9. Метнковые трещины в бревне: ДИЧНЫМИ слоями. Отлуп как

а - ыегвк простой; б, в ~ нетнкн сложные ^П0Р^0К ОСОбвННО ЧИСТО ВСТре-

чается у дуба, осины, пих­ты, тополя, ели. Как и метнковые, отлупные трещины образуют­ся при раокачке дерева ветром и при резкой смене температуры.

Метики и отлуп, возникнув у растущего дерева, увеличиваются в своих размерах в срубленном дереве при его высыхании.

Морозные трещины —- открытые радиальные трещины, види­мые на поверхности ствола (чаще в комлевой части дерева) и рас­пространяющиеся до сердцевины. Возникают зимой при резком охлаждении стволов. Чаще всего поражают толстые стволы клена, бука, дуба, ясеня, ореха, а иногда осину и липу.

Пороки формы ствола. Сбежистость — значительное (выше нор­мы) уменьшение диаметра ствола от комля к вершине, в пиломате­риалах ведет к перерезанию волокон; сильно понижает пределы прочности при поперечном изгибе.

Кривизна ствола — искривление по длине ствола; бывает про­стая кривизна — характеризуется одним изгибом по длине ствола и сложная — несколькими изгибами.

Закомелистость — резкое увеличение диаметра комлевой части (в 1... 2 раза и более) по сравнению с диаметром сортамента, измеренном на расстоянии 1 м от комлевого торца (частый случай сбежистости). Ребристая закомелистость носит название ройки. Этот порок также уменьшает выход пиломатериалов и шпона.

Пороки строения древесины. Наклон волокон (косослой) — во­локна располагаются не параллельно оси ствола, а винтообразно, по спирали. Косослой оказывает отрицательное влияние на каче­ство древесины, ее физико-механические свойства. Наклон воло-

Кен > 5% значительно снижает предел прочности древесины при Щастяжении вдоль волокон и поперечном изгибе. С изменением щиажности древесина с наклоном волокон склонна к значительно­му короблению и скручиванию.

Ш Крень бывает сплошная и местная. Характерна для комлевой |ласти наклонных и искривленных стволов хвойных пород. Это рез-Вкое- утолщение поздней зоны годичных слоев при эксцентричном ■ расположении сердцевины.

■; Плотность древесины сильноразвитой крени на 15...40% [выше нормальной (кремнина) и мешает механической обработке вдревесины.

■ ' Свилеватость — волнистая и путаная — неправильность в строе­нии древесины, резковолнистое или беспорядочное расположение древесных волокон. Встречается преимущественно у лиственных пород в нижней комлевой части ствола у осины, клена, ясеня, бе-

резы, тополя и др. Свилеватость снижает у древесины прочность при растяжении, изгибе, сжатии, но увеличивает прочность при скалывании. Свилеватую древесину используют в качестве отде­лочного строительного материала. i ■ ■ Повреждения насекомыми (червоточина). Червоточиной назы­вают повреждения древесины в виде поверхностных бороздок, \> - Внутренних ходов (каналов) и отверстий, проделанных некоторы­ми насекомыми, а чаще всего их личинками. К таковым относятся г жуки-короеды, жуки-усачи, долгоносики, домовые жуки-точильщи-|яси, некоторые разновидности муравьев, бабочки (древоточцы и ^стеклянницы), термиты и др.

; K; i Степень пораженности древесины этим пороком определяют ^.количеством отверстий на 1 м лесоматериала, а в фанере — коли--^чёством отверстий на один лист.

¹ з Кроме того, следует отметить дефекты, которые возникают в ^-основном при неправильных режимах обработки древесины. " ■ "; ' Трещины усушки образуются в срубленной древесине и пилома- < " сериалах при несоблюдении установленного режима сушки. Разли­чают трещины торцевые, пластевые, кромочные, сквозные. Трещи-■ '■ Мы усушки имеют меньшую толщину, чем метиковые и морозные, ' НО также снижают прочность и сортность древесины. '-" ■ " '■ Покоробленность относится к деформациям, возникающим при распиловке или сушке древесины; она затрудняет или даже полно­чью исключает использование пиломатериалов.

Механические повреждения при обработке древесины — отщеп, скол, вырыв и другие также затрудняют использование ее по на­значению.

6, 7. Защита древесины от гниения, поражений насекомыми и возгорания

Долговечность строительных конструкций из древесины зависит от условий хранения и сушки, условий эксплуатации древесных Материалов.

Сушка древесины. Сушка уменьшает возможность гниения дре­весины и повышает прочность. Различают естественную и искусст­венную сушку;

Естественная сушка производится на открытом воздухе, под навесами (для защиты от дождя и солнечных лучей) яли в закры­тых помещениях, с тем чтобы материал принял воздушно-сухое состояние (15... 20%). Такая сушка длится недели и даже меся­цы; она не исключает поражения древесины грибами. Ее достоин­ством является отсутствие.расхода тепловой энергии (топлива).

Искусственная сушка осуществляется в короткие сроки, напри­мер в течение нескольких дней или часов. Она полностью исклю­чает возможность заражения грибами и обеспечивает высокое качество древесины. Имеется несколько разновидностей искусст­венной сушки.

Камерная сушка производится в сушилках периодического и непрерывного действия в течение нескольких суток. Теплоносите­лем служат нагретый воздух, пар или дымовые газы с температу­рой 70... 80°С. Также производится сушка древесины в электриче­ском поле высокой частоты. Древесина быстро и равномерно про­гревается между электродами и высушивается в 10... 20 раз быстрее, чем при камерной сушке. Но этот вид сушки очень дорог и требует большого расхода электроэнергии.

Более дешевым является способ сушки в жидких средах, в част­ности в ваннах с петролатумом (отходом при депарафинизации нефтяных масел) при температуре 130... 140°С. За несколько часов влага в древесине вскипает, превращается в пар с давлением выше атмосферного и удаляется; при этом материал не растрескивается и не коробится. Сушка в-петролатуме не дороже камерной сушки, продолжительность ее 8... 12 ч.

Защита древесины от загнивания и поражения насекомыми. Существует ряд конструктивных мер для предотвращения загни­вания древесины — изоляция ее от грунта, каменной кладки, бето­на, устройство проветривания деревянных конструкций, защита от атмосферных осадков лакокрасочными покрытиями или гидроизо­ляционными материалами. Но эти меры не всегда могут полностью предохранить древесину от увлажнения и возникает необходимость в антисептировании деревянных материалов и изделий.

Антисептики — это химические вещества, которые убивают грибы, вызывающие гнили, или создают среду, в которой их жизне­деятельность прекращается. Антисептики должны обладать токсич­ностью только по отношению к грибам и быть безвредными для людей и животных, не ухудшать качества древесины, по возмож­ности не вызывать коррозию металлических креплений.

Антисептики подразделяют на водорастворимые, применяемые только в сухих условиях, главным образом внутри помещений, и нерастворимые в воде, маслянистые, применяемые для антисепти-ровання шпал, столбов, свай; также применяют иногда препараты, растворимые в зеленом масле, мазуте, керосине и сольвент-нафте.

Ц^: К водорастворимым антисептикам относятся: фтористый нат-! *рий NaF — порошок без запаха» белого цвета, применяемый в рас­творах 3...4%-ной концентрации. При соприкосновении с извест­ковыми, цементными и гипсовыми материалами фтористый натрий ^теряет свои токсические свойства. КремнефтористыЙ натрий |Na2SiF₆ —белый или серый порошок, применяет