Вади деревини

5. Характеристика матеріалів і виробів з деревини.

1. Макро- і мікро- будова деревини.

Дерево складається з коріння, стовбура та крони. Стовбур є основною частиною дерева, саме від його будови залежить повноцінність деревини як будівельного матеріалу; із стовбура одержують 60...90% деревини. Верхня частина стовбура - вершина, нижня - окоренок.

Макроструктура - це будова деревини, що помітна неозброєним. Вивчення макроструктури дає змогу встановити основні ознаки деревини, визначити її породу й прогнозувати фізико-механічні та інші властивості. Вивчають три основних розрізи стовбура:

► а) торцевий або поперечний, перпендикулярний до осі стовбура;

► б) тангенціальний - паралельний осі стовбура;

►в) радіальний - уздовж стовбура і такий, що проходить через стрижень.

На поперечному розрізі стовбура видно:

1-кору, 2-луб, 3-камбій, 4-заболонь, 5-ядро, 6-стрижень, 7-річні шари, 8-стрижневі промені.

Кора захищає дерево від зовнішніх впливів і складається з кірки та лубу.

Камбій — це тонкий шар клітин, більша частина їх відкладається в бік деревини, менша - у бік лубу.

Заболонь - це світла частина деревини, що складається з молодих клітин, по яких рухається волога з розчиненими в ній поживними речовинами. Заболонь у щойно зрубаному дереві має велику вологість, відносно легко загниває, має низьку міцність, велике усихання й схильність до короблення.

Ядро — це центральна, темніша частина деревини, яка складається з відмерлих клітин, просочених смолистими та дубильними речовинами. Ядро забезпечує міцність стовбура дерева. Ця частина дерева має меншу вологість, більшу стійкість щодо загнивання, вищі міцність та твердість.

Стрижень складається з великих та тонкостінних, слабко зв'язаних між собою дірчастих клітин. Стрижень і деревина, утворена в ранньому періоді, становлять стрижньову трубку. Ця частина стовбура є найслабшою, легко піддається загниванню. Розміри стрижня в листяних породах, як правило, більші, ніж у хвойних. У процесі росту дерева стінки клітин деревини внутрішньої частини стовбура, які прилягають до стрижня, постійно змінюють свій склад, дерев'яніють і просочуються у хвойних порід смолою, у листяних - дубильними речовинами. Рух вологи в цій частині стовбура припиняється, і вона стає міцною, твердою та стійкою до загнивання.

Стрижневі промені складаються з тонкостінних клітин, особливо помітних у дуба, бука, клена. Одні з них (первинні) починаються від стрижня і йдуть до кори, пронизуючи всю деревину в радіальному напрямі, інші (вторинні) виникають на різних відстанях від стрижня, але обов'язково доходять до кори. Деревина легко розколюється по стрижневих променях, по них же вона розтріскується при висиханні.

Річні шари (кільця) утворюються в період росту. Клітини ранньої деревини дірчасті, мають низьку механічну міцність, а клітини пізньої деревини — більш щільні та міцні. Чим більше утворилося пізньої деревини, тим вища її механічна міцність.

Деревні породи поділяють на:

► ядрові (сосна, дуб, модрина, ясень)

► заболонні, які не мають ядра (береза, осика, граб, вільха, липа)

► зі стиглою деревиною - деревні породи з однаковим забарвленням поперечного перерізу, які містять різну кількість вологи в центральній та периферійній частинах (бук, ялина, ялиця).

Мікроструктура та хімічний склад. Деревина є продуктом рослинного походження і складається з живих та відмерлих клітин різної величини та форми.

Деревина — це природний органічний композиційний матеріал в якому матриця представлена просторовою сіткою з лігніну (речовини ароматичної природи, які виконують функцію клею), а армуючий компонент (наповнювач) — волокнами у вигляді целюлози (основна речовини деревини). Характер структури деревини, в тому числі його кори, визначає експлуатаційні властивості отриманих виробів.

2. Основні деревні породи.

Деревні породи поділяють на:

► хвойні

► листяні.

Хвойні породи застосовують переважно для інженерних конструкцій.

Сосна — ядрова порода, яка має високу міцність і низьку середню густину. Ядро у неї буро-червоного кольору, а заболонь-жовтого. Деревина сосни смолиста, важко піддається загниванню, її застосовують у вигляді кругляка та пиляних лісоматеріалів, а також для виготовлення столярних виробів та меблів.

Ялина - порода із стиглою деревиною, малосмолиста, має високі показники міцності, низьку середню густину, її застосовують для виготовлення будівельних конструкцій та столярних виробів.

Модрина - ядрова смолиста порода з підвищеними твердістю та середньою густиною, стійка проти загнивання. Ядро червонувато-бурого кольору, заболонь вузька й за забарвленням значно відрізняється від ядра. Застосовують її в будівництві мостів, а також у гідротехнічному будівництві, для виготовлення шпал. Недолік деревини модрини - схильність до розтріскування.

Ялиця — порода без'ядрова, річні кільця широкі, не містять смоляних ходів. Деревина менш стійка порівняно з іншими хвойними породами, тому й не застосовується у вологих умовах експлуатації.

Кедр - ядрова порода, яка має низьку середню густину, її механічні властивості нижчі, ніж у сосни; застосовують як будівельний ліс, пиломатеріали, а також при виготовлення столярних виробів.

Тис - порода ядрова, використовується для виготовлення меблів, у виробництві широкого застосування не знайшла.

Листяні породи налічують багато найменувань:

Дуб — ядрова порода, яка має високі механічну міцність, в'язкість та щільність. Ядро темно-бурого кольору, заболонь — жовтуватого. Має високу стійкість проти загнивання, гарну текстуру. Застосовують у відповідальних конструкціях, мостобудуванні, гідротехнічному будівництві, для виготовлення меблів, облицювальної фанери, столярних виробів та паркету.

Бук — розсіяно-пориста стиглодеревна порода. Деревина тверда, щільна, пружна, білого з червоним відтінком кольору, малостійка проти загнивання. Застосовують для виготовлення меблів, столярних виробів та паркету.

Вільха — заболонна порода з м'якою деревиною, що легко піддається обробці, нестійка проти загнивання. Застосовують її для столярних виробів та фанери.

Осика — заболонна стиглодеревна порода. Деревина легка, м'яка, зеленуватого кольору. Застосовують її для виготовлення тари, фанери, щепи.

Береза — заболонна порода. Деревина щільна, має високі міцність, в'язкість; нестійка проти загнивання. Застосовують її для виготовлення фанери, паркету, столярних виробів, поручнів, опоряджувальних робіт.

Ясень — ядрова порода. Деревина має високі міцність і щільність, пружність, гарну текстуру. У вологих умовах ясень швидко загниває. Застосовують його для виготовлення опоряджувальних покриттів, меблів, столярних виробів.

Липа - заболонна порода. Деревина легка, м'яка, нестійка у вологих умовах. Використовують для виготовлення меблів, фанери, тари.

3. Основні властивості деревини.

◙ Фізичні властивості деревини: істинна та середня густина, вологість, усихання, розбухання, короблення, теплопровідність, пористість та ряд інших.

Істинна густина деревини приблизно однакова для різних порід і становить 1,53...1,55 г/см³.

Середня густина деревини залежить від виду породи, вологості та пористості і може бути в межах 450...900 кг/м³.

Вологість значною мірою зумовлює якість деревини. Розрізняють

► гігроскопічну вологу, зв'язану в стінках клітин;

► капілярну, яка заповнює міжклітинний простір.

При висиханні деревина спочатку втрачає вільну (капілярну) вологу, а далі починає виділяти гігроскопічну.

Вологість деревини, що дорівнює 12%, умовно вважається стандартною. Результати визначення всіх фізичних властивостей деревини треба коригувати (перераховувати за відповідними формулами) з урахуванням цієї вологості.

Деревина, маючи волокнисту будову й високу пористість, легко поглинає водяні пари з повітря (є гігроскопічною). При тривалому перебуванні на повітрі при сталих умовах деревина набуває вологості, яку називають рівноважною.

Межею гігроскопічної вологості називають стан деревини в момент, коли в її структурі відсутня вільна волога (для різних порід вона становить 23...35% відносно маси сухої деревини).

Усихання, розбухання, короблення деревини відбуваються зі зміною вологості.

При висушуванні деревини до межі гігроскопічної вологості її лінійні розміри не змінюються. При подальшому висушуванні розміри деревини зменшуються:

· уздовж волокон на 0,1...0,4%;

· у радіальному напрямі на 3...6%;

· у тангенціальному на 6...12%.

Зменшення лінійних розмірів та об'єму деревини при видаленні з неї гігроскопічної вологи називають усиханням.

Лінійне усихання визначають упоперек волокон у двох напрямах - тангенціальному та радіальному. Усихання вздовж волокон незначне, і його не визначають. Об'ємне усихання становить 12... 15%.

Усихання щільних (важких) порід більше, ніж усихання деревини м'яких (легких) порід.

Із зволоженням сухої деревини до досягнення нею границі гігроскопічності, стінки деревних клітин потовщуються, розбухають, що призводить до збільшення розмірів та об'єму виробів. Цей стан називають розбуханням.

Короблення деревини виникає внаслідок неоднакового усихання в різних напрямах. Широкі дошки дужче коробляться, ніж вузькі, а тому ширина дошок, які зазнають під час експлуатації навперемінного зволоження й висушування (підлоги, зовнішня обшивка будівель), не повинна перевищувати 12 см.

Щоб запобігти коробленню й розтріскуванню дерев'яних виробів, треба застосовувати деревину з такою вологістю, яка відповідала б умовам її експлуатації. У колодах тріщини усихання з'являються насамперед на торцях. Щоб зменшити розтріскування торців, їх зафарбовують сумішшю вапна та клею.

Теплопровідність деревини залежить від породи, напряму волокон та вологості. З підвищенням вологості теплопровідність деревини зростає. Теплопровідність також вища в радіальному напрямі, ніж у тангенціальному. Теплозахисні властивості деревини широко використовують у будівництві.

Теплоємність при збільшенні вологості також зростає.

Стійкість деревини до дії агресивних середовищ досить висока.

◙ Механічні властивості (міцність при стиску та розтягу, при згині та сколюванні).

Міцність деревини характеризується здатністю чинити опір зовнішнім механічним впливам і залежить від деревної породи, вологості, наявності вад, місця в стовбурі, де її визначають, тощо.

Механічні властивості деревини визначають на зразках стандартних розмірів, які не мають вад, враховуючи рівень їхньої вологості.

Міцність при стиску деревини визначають уздовж та впоперек волокон на зразках-призмах перерізом 20x20 мм і завдовжки 30 мм. Міцність деревини на стиск уздовж волокон у 4...6 разів більша за її міцність впоперек волокон. Міцність деревини зменшується зі збільшенням її вологості.

Міцність при розтягу деревини вздовж волокон у 2...3 рази більша за міцність при стиску й у 20...30 разів вища за міцність при розтягу впоперек волокон.

Міцність при розтягу деревини хвойних порід мало залежить від вологості, а для деревини листяних порід цей вплив є значнішим.

Міцність при статичному згині деревини перевищує міцність при стиску вздовж волокон, але менша за міцність при розтягу Високі значення при статичному згині дають змогу широко застосовувати деревину в конструкціях, які працюють на згин (балки, крокви, бруски, настили тощо).

Міцність при сколюванні впоперек волокон у 3...4 рази вища за міцність при сколюванні вздовж волокон.

Твердість деревини у поперечному напрямі на 15...50% вища, ніж у радіальному та тангенціальному.

За твердістю по торцю деревину поділяють на три групи:

· м'яка з твердістю 35...50 МПа (сосна, ялина, ялиця, вільха);

· тверда - 50...100 МПа (дуб, граб, ясень, клен, каштан, береза);

· дуже тверда — понад 100 МПа (самшит, кизил).

Тверді породи важко обробляються, але мають підвищену зносостійкість.

Дата добавления: 2014-01-05