Древесина

Начиная с древних времен, до сегодняшних дней, мы отдаем предпочтение древесине, несмотря на разнообразие альтернативных материалов, предлагаемых современным рынком. Древесина традиционно является одним из важнейших строительных материалов, чему способствует ее прекрасные декоративные свойства, широкое распространение, легкость добычи и обработки, а также высокие показатели прочности при малом объемном весе.

Передовые технологии в сочетании с уникальностью природных свойств древесины позволяют создавать из дерева долговечные деревянные конструкции, восхищающие своей красотой и совершенством. Симпатия к древесине кроется не только в многовековых традициях использования, но и в несомненных преимуществах — технических, эстетических характеристиках и неповторимой экологичности таких конструкций. Ведь важнейшими аргументами при выборе дома являются его экологическая безопасность, практичность и удобство. Темпы строительства деревянных домов растут год от года благодаря уникальным свойствам живой древесины, способной «дышать», насыщая воздух благоуханием.

К сожалению, наряду со всеми достоинствами, древесине свойственны и недостатки, значительно ограничивающие применение деревянных конструкций. К таким недостаткам можно отнести опасность загнивания и возгорания, усушка, разбухание, коробление, растрескивание, неоднородность строения и т.п. Эти недостатки легко устранимы — современная наука выработала различные методы долговременной защиты древесины.

Древесина, распиленная в разных направлениях, имеет различную текстуру (рисунок), и отличается своими качествами и свойствами. На поперечном разрезе ствола древесного растения можно выделить следующие основные макроструктурные единицы древесины:

• Кора

• Камбий

• Заболонь древесина

• Ядро

• Сердцевина

Кора — защитный покров ствола дерева, состоящий из внешнего пробкового и внутреннего лубкового слоев. это своеобразная кожа дерева, предохраняющая его от воздействия внешней среды, а также участвующая в регуляции дыхания.

Луб — непосредственно примыкающий к камбию внутренний слой коры (флоэма), состоящий в основном из живых клеток, выполняющий проводящую функцию орт кроны дерева к его корневой системе.

Камбий — одноклеточный слой живых клеток, поочередно делящихся в сторону заболони и в сторону луба, обеспечивающий рост дерева в толщину. На поперечном разрезе древесины можно различить концентрические слои прироста, называемые годичными кольцами, которые светлее к поверхности дерева и темнее у центра.

Светлая часть древесины называется заболонью, а темная — ядром.

Годичное кольцо — слой древесины, образовавшийся за один год. На радиальном разрезе годичные слои имеют вид продольных и прямых полос, на тангенциальном — извилистых конусообразных линий.

Подсчитав годичные кольца, можно узнать, сколько лет прожило дерево.

Заболонь — как, более молодая часть ствола, менее устойчива к загниванию, чем ядро, но более эластична. Ширина заболони колеблется в зависимости от породы, условий произрастания и других факторов.

У одних пород ядро образуется на третий год (тис, белая акация), у других — на 30…35-й год (сосна). Поэтому заболонь у тиса узкая, у сосны широкая. Ядро образуется за счет отмирания живых клеток древесины, закупорки водопроводящих путей, отложения дубильных, красящих веществ, смолы, солей, поэтому, ядро обычно гораздо темнее заболони.

В результате этого изменяются цвет древесины, ее масса и показатели механических свойств. Ядро у многих пород окрашено в более темный цвет, оно является самой ценной, самой прочной частью древесины.

Сердцевидные лучи. На поперечном разрезе некоторых пород хорошо видны невооруженным глазом светлые, часто блестящие, направленные от сердцевины к коре линии — сердцевидные лучи. Сердцевидные лучи имеются у всех пород, но видны лишь у некоторых. Особенно хорошо сердцевинные лучи видны у дуба, бука, платана.

Сердцевинные лучи служат для прохода в поперечном направлении по стволу воды, воздуха и органических веществ, вырабатываемых деревом. Сердцевина находится внутри первого годичного слоя, в центре ствола и проходит по всей его длине. Она представляет собой рыхлую ткань, которая легко разрушается живыми организмами, состоит в основном из живых клеток, образующаяся за счет деления клеток верхушечной образовательной ткани при росте дерева в высоту.

Сердцевина не применяется в строительстве. При постройке домов из дерева наиболее часто используют древесину хвойных пород. Это связано с тем, что хвойные породы древесины менее подвержены биоразрушению и более экономичны. Наиболее часто строители предпочитают сосну, ель, лиственницу.

Хвойная порода выбирается для строительства из-за ее большей по сравнению с лиственными породами прочности, большей биостойкости и меньшей себестоимости производства. Кроме того, ствол хвойных пород имеет более правильную форму с меньшим количеством дефектов.

Лиственные породы чаще используют для внутренней отделки, изготовления мебели, паркета, дверей, элементов декора, музыкальных инструментов.

Физическими называются свойства, наблюдаемые без изменения химического состава и целостности древесины. Остановимся на следующих физических свойствах:

• внешний вид;

• влажность;

• плотность;

• твёрдость и т.п.

 Исследования показали, что древесина дуба на сжатие выдерживает давление 450…500 килограммов на квадратный сантиметр, а на растяжение — до 1050 килограммов! То есть ее прочность на растяжение соперничает с лучшими сортами нейлоновых тканей. Для разных пород эти показатели могут меняться.

Внешний вид

Внешний вид древесины характеризуется цветом, блеском, текстурой. Цвет древесине придают находящиеся в ней экстрактивные вещества. Древесина пород, произрастающих в различных климатических условиях, имеет различный цвет: от молочно-белого (осина, ель, липа) до черного (эбеновое дерево).

Породы древесины, произрастающие в тропических и экваториальных районах имеет более яркую окраску по сравнению с древесиной пород умеренного пояса. В пределах климатической зоны каждой древесной породе присущ свой особый цвет, который может служить дополнительным признаком для ее распознавания. Например, древесина граба имеет светло-серый цвет, дуба и ясеня — бурый, ореха — коричневый. Под влиянием света и воздуха древесина многих пород теряет свою яркость, приобретая на открытом воздухе сероватую окраску.

Блеск — это способность древесины отражать световой поток. Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевидных лучей. Особым блеском отличается древесина дуба, бука, платана, чинары, белой акации. Матовый блеск имеют тополь, липа, осина, тик; шелковистый — ива, вяз, ясень, черемуха; золотистый — черешня; серебристый — сибирский кедр; муаровый — береза, серый клен, лавровишня.

Текстура — это рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезании ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза. Она определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске ранней и поздней древесины, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, неправильным расположением волокон (волнистое или путаное).

Хвойные породы на тангенциальном разрезе из-за резкого различия в цвете ранней и поздней древесины дают красивую текстуру. Лиственные породы с ярко выраженными годичными слоями и развитыми сердцевинными лучами (дуб, клен, каргач, ильм, платан) имеют очень красивую текстуру на радиальном и тангенциальном разрезах. Особенно красивый рисунок имеет древесина с неправильным расположением волокон. Текстура определяет декоративную ценность древесины, что особенно важно при изготовлении художественного паркета, различных поделок, музыкальных инструментов и др.

Влажность

Свойства древесины очень сильно зависят от содержания влаги. Абсолютной влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах.

Относительная влажность древесины — это отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии, выраженное в процентных. Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Влага, находясь в полостях клеток и межклеточных пространствах, называется свободной, или капиллярной, а в клеточных стенках — связанной или гигроскопичной. В первую очередь из древесины испаряется свободная влага, при дальнейшей сушке начинается процесс испарения связанной влаги, в результате которого происходит значительное изменение физико-механичеких свойств древесины. У живого (свежесрубленного) дерева содержание влаги будет обычно находиться в районе 50% -100%. После рубки содержание влаги снижается. Вначале испаряется свободная влага, пока не будет достигнута так называемая точка насыщения волокна. Это та точка, при которой вся свободная вода ушла, а оставшаяся влага связана внутри стенок клетки. Эта точка зависит от температуры, но для большинства видов древесины составляет 30% (в пересчёте на сухой вес).

При удалении из древесины связанной влаги происходит уменьшение линейных размеров и объема древесины. Такой процесс называется усушкой.

Усушка по разным направлениям не одинакова. В поперечном направлении степень усушки вдвое выше усушки в радиальном направлении. Продольная усушка незначительна и практически не имеет значения.

Усушка обычно зависит от плотности древесины, при этом лиственные породы дают большую усушку, чем хвойные. Вследствие различий в усушке по трем основным направлениям, высыхание древесины может приводить к деформации. Процесс потери влаги продолжается до тех пор, пока уровень влаги в древесине не достигнет определенного предела (равновесной влажности), который напрямую зависит от температуры и влажности окружающего воздуха.

Только что срубленное бальсовое дерево может иметь влажность, доходящую до 600% и весить очень много. В высушенном состоянии это дерево легче пробки. Из бальсового дерева был сделан плот Kon Tiki знаменитого норвежского путешественника Тура Хейердала.

Плотность

Плотность древесины — это отношение массы древесины к ее объему. Выражается плотность в кг/м3 . Плотность древесины зависит от ее влажности. Все показатели физико-механических свойств древесины определяются при влажности 12%.

Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. Плотность определяется количеством древесинного вещества в единице объема.

Плотность древесины имеет большое практическое значение. Более плотная древесина хуже пропитывается антисептиками, менее подвержена истиранию на таких местах как полы, лестницы, перила.

Твердость

Твердостью называется способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. На величину твердости оказывает влияние влажность древесины. По степени твердости все древесные породы при 12%-ной влажности можно разделить на три группы:

• мягкие — сосна, ель, тополь, липа, осина

• твердые — лиственница, береза, бук, вяз, клен, ясень

• очень твердые — акация белая, эбен, эвкалипт, кизил, самшит

Твердые породы древесины более износостойки по сравнению с мягкими. Твердость древесины имеет существенное значение при обработке ее режущими инструментами: фрезеровании, распиловке.

Технологии пропитки древесины.

Одним из основных средств борьбы с деревопоражающими грибами и насекомыми являются химические меры защиты древевсины, включающие в себя такие процессы, как антисептирование и консервирование.

Антисептирование древесины — процесс поверхностного нанесения на древесину защитного средства, препятствующего развитию в древесине биологических разрушителей.

К антисептированию относят следующие методы химической обработки:

• нанесение антисептических растворов кистью;

• нанесение защитных средств на поверхность древесины при помощи распылителей;

• кратковременное погружение деревянных деталей в растворы с подогревом или без подогрева.

Консервирование древесины — процесс введения защитных составов в глубокие слои древесины.

К консервированию относят следующие методы химической защиты:

• автоклавная пропитка;

• пропитка в горяче-холодных и паро-холодных ваннах;

• диффузионная пропитка.

В последнее время широкое распространение получила пропитка древесины под атмосферным давлением с предварительным вакуумированием. Во всём мире, для пропитки древесины активно используют антисептики на водной основе.

По пропитываемости защитными средствами породы древесины подразделяются на 3 группы:

• легкопропитываемые — заболонь сосны обыкновенной, березы, бука;

• умеренно пропитываемые — заболонь сибирской сосны (кедра), европейской лиственницы, граба, дуба, клёна, ольхи, липы и осины, ядро сибирской сосны (кедра), обыкновенной сосны, осины и ольхи;

• труднопропитываемые — заболонь ели, сибирской лиственницы, пихты, ядро ели, европейской и сибирской лиственницы, пихты, березы, дуба, вяза, бука и ясеня.

На проникаемость защитного состава в материал существенное влияние оказывает предпропиточная влажность древесины. Для того, чтобы древесина могла поглотить достаточное количество раствора, важно, чтобы природные пустоты в ней не были заполнены свободной влагой, поэтому консервированию подвергают только древесину, высушенную до определенной влажности. Способы пропитки древесины выбираются в зависимости от назначения пропитываемого материала, условий его службы и вида защитного состава.

Вот некоторые из наиболее распространённых способов пропитки:

• автоклавный под давлением выше атмосферного;

• прогрев — холодная ванна;

• нанесение на поверхность;

• автоклавно-диффузионный;

• совмещенная сушка-пропитка.

Пропитка древесины под давлением выше атмосферного обеспечивает наиболее глубокое проникновение защитного средства и применяется для пропитки древесины, эксплуатируемых в тяжелых условиях (шпал, опор ЛЭП связи, свай, мостов и др.). Древесина должна быть сухой или подсушенной непосредственно перед пропиткой в том же автоклаве.

Выделяют способ полного поглощения или ВДВ, и способ ограниченного поглощения.

Способ ВДВ (вакуум-давление-вакуум) состоит из трёх операций:

1. Начальный вакуум, про котором в древесине создается разрежение.

2. Жидкостное давление выше атмосферного, под действием которого в древесину вводят антисептик.

3. Конечный вакуум, предназначенный при пропитке маслами для снижения начального поглощения, а при пропитке водорастворимыми антисептиками — для подсушки поверхности сортамента.

Способ ограниченного поглощения применяют в тех случаях, когда необходимо получить более глубокое проникновение антисептика при относительно низком конечном его поглощении. Существуют две основные модификации этого способа: — давление-давление-вакуум (ДДВ), известный как способ Рюпинга; — давление-вакуум (ДВ).