Будівельні матеріали з деревини

10.1. Будова дерева

У будь-якому дереві розрізняють такі основні частини: крону (гілки з листям), стовбур і корені. Кожна з них виконує визначені функції, необхідні для життя дерева.

Головну частину дерева і його основної маси (50-90% об’єму) становить стовбур, із якого одержують усі види деревних будівельних матеріалів. На основі вивчення будови деревини можна визначити породу дерева, його вік, умови зростання, прогнозувати фізико-механічні й інші властивості.

Макроструктура - це будова деревини, видима неозброєним оком або при невеличкому збільшенні. Макроструктуру вивчають на трьох розтинах стовбура: поперечному (торцевому) - перпендикулярно осі стовбура; радіальному поздовжньому (по діаметру або радіусу) -розтин проходить уздовж стовбура через центр; тангенціальному - розтин проходить уздовж стовбура на деякій відстані від центра (по хорді)

На поперечному (торцевому) розтині стовбура дерева достатньо чітко розрізняють кору, луб, камбій, заболонь, ядро, серцевину, річні кільця.

Кора - захищає дерево від механічних ушкоджень, складається із зовнішнього шару (шкірки корковий шар) і внутрішнього (луб). Кора займає 6-25% об’єму дерева.

Луб - тонкий внутрішній шар кори, призначений для передачі живильних речовин із крони униз, у ньому відкладаються запаси цих речовин.

Камбій - тонкий життєдіяльний шар клітин, що розмножуються розподілом. Велика частина клітин відкладається убік деревини, менша частина - убік лубу (більш дрібні, лубові клітини). У різні періоди року камбій розвивається по-різному: навесні і на початку літа утворюється рання (весняна) деревина; влітку і на початку осені утворюється пізня (літня) деревина, більш щільна. Чергуючись, рання і пізня деревина утворюють шарувату структуру дерева.

Заболонь - зовнішня частина товстого шару деревини, що прилягає до камбію. Заболонь складається з молодих клітин, по яких переміщуються розчини живильних речовин. У свіжозрубаному дереві заболонь має велику вологість, легко загниває, має низьку міцність, підвищену усушку і схильність до короблення.

Ядро - більш темна частина деревини, розташовується за заболонню. Ядро складається з відмерлих клітин, просочених смолистими і дубильними речовинами. Ця частина дерева має меншу вологість, більш стійка до загнивання, має велику твердість і міцність.

Деревні породи поділяють на ядрові, заболонні і стиглодеревні. Ядрові породи мають темну центральну частину, помітно темніше заболоні (дуб, сосна, тополя, ясен, кедр, модрина). Стиглодеревними називають породи, у яких центральна частина має властивості ядра, але по кольору не відрізняється від периферійної (ялина, ялиця, бук). У заболонних порід відсутнє ядро, центральна частина нічим не відрізняється від периферійної (береза, клен, вільха, липа). У ранньому віці деревина всіх порід має тільки заболонь.

Серцевина - розташована уздовж стовбура в самому його центрі, являє собою пухку тканину, що складається з клітин із тонкими, слабко пов'язаними один з одним стінками. Розміри серцевинної трубки (серцевина і кільце першого року життя дерева) невеликі: до 10 мм у хвойних і трохи більше у листяних порід. Це сама слабка частина стовбура, легко загниває, нерідко легко кришиться. На торцевому розтині можна розрізнити серцевинні промені, що складаються з тонких клітин, особливо помітних у дуба, бука, клена. Частина з них (первинні) йдуть від серцевини до кори, пронизуючи деревину в радіальному напрямку, інші (повторні) виникають на деякій відстані від серцевини, але обов'язково доходять до кори. Серцевинні промені призначені для переміщення по них вологи, живильних речовин і утворення запасу на зиму. Деревина легко розколюється по серцевинних променях, по них же вона розтріскується при висиханні.

На торцевому розтині стовбура помітні концентричні кола. У більшості випадків кожний такий шар (кільце) являє собою щорічний приріст деревини і називається річним шаром або річним кільцем.

На радіальному зрізі річні кільце помітні у вигляді подовжених смуг, а на тангенціальному - у формі звивистих ліній. У залежності від умов зростання дерева (клімат, грунт і ін.) річні шари можуть мати різноманітну ширину. За кількістю річних кілець можна визначити вік тієї частини стовбура, де зроблений зріз.

Опорні (механічні) клітини мають товсті стінки, невеличкі пустоти, надають деревині високу міцність і стійкість до загнивання.

Будь-яка клітина складається з оболонки, всередині якої знаходиться протопласт, що складається з плазми та ядра.

Оболонки деревних клітин складаються з целюлози, що являє собою природний полімер. В міру росту клітини оболонки змінюються, відбувається їхнє одеревіння, утворюється лігнін, у результаті чого збільшується твердість і міцність клітини.

Лігнін - природний полімер (високомолекулярна ароматична частина) - у хвойних порід становить 28-30%, листяних - 18-24%. Від целюлози лігнін відрізняється вмістом вуглецю 60-65% (у целюлозі 44%). Вхідні до складу деревини мінеральні речовини при згоранні дають золу, кількість якої в залежності від породи деревини коливається від 0,2 до 1,7%. Є в деревині екстрактивні речовини, що надають їй колір, запах, смак, іноді токсичність, допомагають дереву опиратися грибковим захворюванням. Серед них смоли, дубителі (таніди), ефірні олії, барвники та ін.

10.2. Основні деревні породи

Для промислового використання лісових ресурсів важливо вивчити основні породи деревини.

Прийнято виділяти дві основні групи деревних порід: хвойні і листяні. Останні у свою чергу іноді поділяють на м’яколистяні і твердолистяні.

Хвойні породи характеризуються листами голчастої будови (глицею). У будівництві головним чином використовують хвойні породи: сосну, ялина, модрину, ялицю, кедр.

Сосна - ядрова порода, у залежності від умов зростання називається "рудова" (росте на високих піщаних грунтах, має дрібношарувату щільну смолисту деревину, велике ядро і вузьку заболонь) або "мяндова" (росте в низинах на піщаних або глинистих грунтах, має більш слабку широкошарувату деревину, мале ядро і широку заболонь). Ядро в сосни буро-червоного кольору, а заболонь жовтого. Деревина сосни має високу міцність і низьку щільність (біля 500 кг/м³), легко опрацьовується, важко піддається загниванню. Застосовують сосну у вигляді круглого лісу (кругляку) і пиломатеріалів, а також для виготовлення столярних виробів, меблів.

Ялина - стиглодеревна без’ядрова порода, має білий колір (іноді з рожевим або жовтуватим відтінками), високі показники міцності при невеличкій щільності (440-500 кг/м³), малосмолиста, тому швидше загниває. За якістю деревина ялини незначно поступається сосні, проте через велику кількість сучків ялину важко обробляти.

Модрина - ядрова смолиста порода з червонясто-бурим ядром і вузькою заболонню білого кольору. Деревина модрини міцна, тверда, щільна (середня густина 630-730 кг/м³), стійка проти загнивання. До хиб варто віднести схильність до розтріскування через велику різницю між радіальною і тангенціальною усушкою. Застосовують модрину в гідротехнічному будівництві, для різноманітних стояків, шпал, а також у мостобудуванні.

Ялиця – без’ядрова стиглодеревна порода з деревиною білого кольору, не має смоляних ходів, тому легко загниває, менш стійка у вологих умовах у порівнянні з іншими хвойними породами. Її не застосовують у вологих умовах експлуатації.

Кедр - ядрова порода, має м'яку і легку деревину (r_m<450 кг/м³). механічні властивості кедра нижче, ніж у сосни. Застосовують у вигляді круглого лісу і пиломатеріалів, для столярних виробів і оздоблювання меблів (декоративна фанера).

Листяні породи особливо розповсюджені і різноманітні за своїм властивостями. До них відносять дуб, бук, вільху, осику, березу, ясен, липу, горіх та ін.

Дуб - ядрова кольцевосудинна порода. Ядро бурого кольору різко відрізняється від заболоні жовтуватого кольору. Деревина дуба щільна (біля 720 кг/м³), міцна, пружна, стійка проти загнивання, має гарну і своєрідну текстуру. Застосовують дуб для відповідальних конструкцій, гідротехнічного будівництва, проте частіше усього (через дефіцитність цієї деревини) для виготовлення паркету, меблів, столярно-оздоблювальних виробів. Особливо цінується морений дуб (при тривалому збереженні у воді дуб темнішає).

Бук - стиглодеревна розсіяно-пориста порода; має білий із червонуватим відтінком колір. Деревина бука щільна (r_m=650 кг/м³), тверда, легко розколюється, легко загниває. Застосовують бук для виготовлення меблів, столярних виробів, паркету.

Береза - заболонна порода, щільна (650 кг/м³), з міцною й пружною деревиною білого або жовтуватого кольору. Мало стійка проти загнивання, при висиханні жолобиться. Застосовують березу для виготовлення фанери, паркету, столярних виробів, меблів, поручнів, опоряджувальних робіт.

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

Горіх - має деревину темно-коричневого кольору, гарну текстуру. Використовують для виготовлення декоративної фанери.

Найбільше поширені хвойні породи в порівнянні з листяними мають деревину кращої якості, гарну прямизну і довжину стовбура. Їх використовують у будівництві набагато більше, ніж листяні породи.

Проте в останні роки із застосуванням клеєних конструкцій, деревних пластиків, матеріалів із відходів деревини, пресованої модифікованої деревини, усе більше починають застосовуватися листяні породи, особливо в архітектурно-будівельній практиці.

10.3. Властивості деревини

Деревина має дуже різноманітні властивості в залежності від віку, породи дерева, місця й умов його росту, вологості й інших чинників. У свою чергу, фізичні і механічні властивості деревини визначають способи їх заготівлі і переробки в будівельні матеріали і вироби, галузі застосування й умови експлуатації дерев'яних конструкцій.

Фізичні властивості деревини. До фізичних властивостей деревини відносяться вологість, густина, усихання, розбухання, теплопровідність, колір, текстура й ін.

Вологість, деревини впливає на основні властивості. Дерево, що росте, містить більш 35% води (від 35 до 120% маси абсолютно сухої деревини). У деревині виділяють хімічну, вільну (або капілярну) і гігроскопічну (пов'язану) вологу. Хімічна волога входить у хімічний склад речовин, що утворюють деревину. Її кількість незначна (до 1%), але видалити її, не порушуючи структури деревини, неможливо. Вільна (капілярна) волога розміщається в міжклітинному і внутрішньоклітинному просторі. Гігроскопічна (пов'язана) волога знаходиться в стінках клітин. Основна маса води в деревині - капілярна і гігроскопічна або тільки остання.

Стан деревини, при якому в ній відсутня капілярна волога й міститься тільки гігроскопічна, відповідає точці насичення волокон ТНВ (23-35%).

При випаровуванні вільної вологи об’єм і форма деревини залишаються незмінними. Випаровування пов'язаної вологи змінює розміри деревини (усихання) і її форму (короблення і розтріскування). При зволоженні сухої деревини відбувається обернений процес - розбухання.

За вмістом вологи деревину поділяють на мокру, свіжозрубану (більш 35%), повітряно-суху (15-20%), кімнатну-суху (8-12%) і абсолютно суху, тобто висушену до сталої маси.

Вологість, що одержує деревина при тривалому збереженні на повітрі з постійною температурою і відносною вологістю, називають рівноважною.

Дійсна густина деревини не залежить від породи дерева і для всіх порід становить 1530 кг/м³.

Середня густина залежить від об’єму пор, вологості, від породи дерева (граб, липа, чорне дерево), від віку (молоде, середнього або старшого віку). У залежності від величини середньої густини деревину поділяють на дуже легку r_m менше 450кг/м³ (кедр, ялиця), легку r_m=450-600 кг/м³ (ялина, сосна, липа, осика), напівважку r_m=600-750 кг/м³ (дуб, бук), важку r_m=750-900 кг/м³ (граб, хурма, залізне дерево); дуже важку r_m більш 900 кг/ м³, мах 1200 кг/м³ (кизил, фісташкове, чорне ебенове дерево), а бакутове (бакута) дерево має середню густину 1280 кг/м³.

Середня густина деревини збільшується при підвищенні вологості, тому середню густину, як і інші властивості, перераховують на стандартну (умовно нормальну) вологість 12%, що можна визначити за формулою:

r_m(12)=r_m(w)[1+0.01(1-К_о)(12-w)], (11.1)

де r_m(12); r_m(w) - середня густина відповідно зразка деревини, при вологості 12% і вологості w, кг/м³;

К_о - коефіцієнт об'ємної усушки, що показує, на скільки % змінюється об’єм зразка при зміні вологості на 1%. У середньому К₀ приймають рівним 0,5.

Пористість залежить від породи дерева і віку. У свою чергу від пористості залежить міцність деревини, можливість сплавлення лісу, якість просочування деревини антисептиками й антипіренами.

Пористість деревини коливається в широких границях: для хвойних 46-85%, для листяних 32-80%. З огляду на те, що дійсна густина деревини є постійною величиною, пористість можна визначити за формулою

П=100(1-r_m/r)=100-65r_m, де r_m - середня густина, г/см³.

Водопроникність залежить від породи дерева, початкової його вологості, віку дерева, характеру розтину, будови й ін. У хвойних порід вона менше, ніж у листяних; через торцевий розтин - більше, ніж через радіальний.

Усихання - зменшення розмірів і об’єму при висушуванні виробів. Деревина висихає нерівномірно. Усихання уздовж волокон (Уп) звичайно незначне 0,1-0,4% і його можна не враховувати. Усихання в радіальному (У_r) і тангенціальному (У_t) напрямках становить відповідно 3-6% і 7-12%. Визначають усихання за формулами:

Уп=100(l-l₁)/l, (11.3)

Уr=100(a-a₁)/a, (11.4)

Уt=100(b-b₁)/b, (11.5)

де l, a, b - розміри відповідно уздовж волокон, у радіальному і тангенціальному напрямках при даній вологості;

l_1, a_1, b₁ - розміри у відповідному напрямку в абсолютно сухому стані.

Об'ємне усихання (У_v, %) обчислюють, не враховуючи усихання вздовж волокон, за формулою:

У_v=100(a_оb_о-a₁b₁)/a_оb_о, (11.6)

де, a₁b₁ - розміри поперечного перетину зразка при даній вологості;

а_оb_o - те ж саме, в абсолютно сухому стані.

Для різноманітних порід деревини об'ємне усихання може становити 10-17%. Коефіцієнт об'ємної усушки (К_о) визначається за формулою:

К_о=У_v/W, (11.7)

де W - дана вологість деревини.

Коефіцієнт об'ємної усушки змінюється від 0,2 до 0,75 і для розрахунків може бути прийнятий орієнтовно 0,5.

Розбухання - спроможність деревини збільшувати свої розміри й об’єм при зволоженні сухої деревини, тобто властивість, обернена усиханню. Розбухає деревина при підвищенні вологості від абсолютно сухого стану до точки насичення волокон. Коли вологість досягає точки насичення волокон, розбухання припиняється. Розбухання, як і усихання, у різних напрямках неоднакове: уздовж волокон 0,1-0,8%, у радіальному напрямку 3-5-7%, у тангенціальному 6-12%.

Унаслідок нерівномірного усихання в різних напрямках виникає короблення деревини. Деревина в тангенціальному напрямку має розмір усихання в 2 рази більше, ніж у радіальному.

Через нерівномірне видалення вологи і короблення деревини в процесі висушування виникають внутрішні напруги, що призводять до розтріскування лісо- і пиломатеріалів.

Щоб запобігти коробленню і розтріскуванню дерев'яних виробів, варто застосовувати деревину з такою вологістю, що відповідала би умовам їх експлуатації. А від наступного зволоження деревину захищають, укриваючи її фарбами, лаками й емалями.

У колоді, брусах, дошках тріщини виникають насамперед на торцях. Щоб зменшити їх розтріскування, торці обмазують сумішшю вапна, солі і клеючими або іншими складами.

Теплопровідність деревини залежить від породи, вологості, температури, напрямку теплового потоку (уздовж або поперек волокон). Так, у сосни уздовж волокон коефіцієнт теплопровідності становить 0,35 Вт/(м·°С), а поперек 0,17 Вт/(м·°С). Зі збільшенням вологості теплопровідність збільшується. Теплопровідність деревини в тангенціальному напрямку менше, ніж у радіальному.

Акустичні властивості деревини необхідно враховувати при застосуванні деревних матеріалів для внутрішнього оздоблювання цивільних будинків.

Механічні властивості деревини

Механічні властивості деревини залежать від багатьох чинників: вологості, щільності, наявності дефектів, гнилизни, відсоткового вмісту пізньої деревини й ін.

Міцність при стиску уздовж волокон визначається на зразках-паралелепіпедах (призмах) розміром 20х20х30 мм і розраховується за формулою:

R_т(w)=F/(ab) (11.8.)

де a, b - розміри поперечного перетину (20х20 мм).

Міцність при стиску зменшується зі збільшенням вологості деревини від 0 до 30-35% (границя гігроскопічності, або точка насичення волокон). Подальше збільшення вологості не впливає на міцність деревини, тому границя міцності при стиску деревини даної вологості приводиться до границі міцності деревини при 12%-ній вологості за формулою:

R_ст(12)=R_ст(w)[1+a(w-12)], (11.9.)

де R_ст(12) - границя міцності при 12%-ній вологості;

R_ст(w) - границя міцності при вологості w на момент випробування;

w - вологість випробовуваної деревини, %;

a - поправочний коефіцієнт на вологість (для берези, сосни, кедра, модрини a=0,05; для дуба, інших листяних порід, ялини, ялиці a=0,04).

Міцність деревини при стиску змінюється в межах від 30 до 80 МПа і залежить від вологості, середньої густини, умов росту, розміщення колоди по висоті, товщини стовбура, температури й ін.

Якщо дерев'яна конструкція працює поперек волокон (наприклад, шпали), то границю міцності при стиску визначають на зразках деревини розміром 20х20х60 мм. Посередині цього зразка вкладають металевий кубик 20х20х20 мм, установлюють їх у прес. Міцність при стиску поперек волокон визначається за формулою (11.10), а потім приводиться до 12%-ної вологості за формулою (11.9).

R_ст(w)=Fn/S; (11.10)

де Fn - зусилля, що відповідає межі пропорційності (точка, при якій порушується прямолінійна залежність між навантаженням і деформацією).

S - перетин металевого кубика (20х20 мм).

Границя міцності при стиску поперек волокон становить 27-40 % міцності при стиску уздовж волокон.

Міцність при розтягу уздовж волокон визначається на плоских зразках -"вісімках" довжиною 35 см, площа шийки 0,4х2=0,8 см². Зразок затискують у захопленнях розривної машини і розтягують. Міцність при розтягу змінюється в межах 70-190 МПа (наприклад, у сосни 130 МПа, дуба - 150, граба 190 МПа).

Міцністьь при статичному вигині визначається на зразках-балочках (брусках) розміром 20х20х300 мм навантаженням двома зосередженими вантажами, прикладеними в третіх частинах прольоту. Відстань між опорами (проліт) становить 240 мм. Міцність при вигині визначається за формулою:

R_в(w)=Fl/bh2; (11.10)

де, F - руйнівне зусилля, Н (кгс)

l - проліт, м (см)

b, h - ширина і висота зразка, м (см)

Потім границя міцності при вигині приводиться до 12%-ної вологості, користуючись формулою (11.9).

Міцність при вигині змінюється від 50 до 110 МПа (у дуба R_в=85 МПа, сосни R_в=80, у граба R_в=110 МПа).

Міцність при сколюванні визначається на зразках із виступом (площа сколювання S=3х2 см). Міцність при сколюванні уздовж волокон змінюється в границях від 4 до 13 МПа (дуб має R_ск=8 МПа, сосна 7-7,5 МПа, бук - 13 МПа).

10.4. Довговічність деревини і способи її підвищення

Фізична і хімічна стійкість деревини. Довговічність деревини залежить від породи дерева, від умов експлуатації.

У сухих умовах і при належному провітрюванні деревина зберігається довго (наприклад, історичні дерев'яні пам'ятники нараховують тисячоріччя). У воді без доступу повітря деревина також довговічна (наприклад, підводні частини мостів, побудованих древніми римлянами). При поперемінному зволоженні і висиханні деревина швидко загниває.

Впливає на довговічність хімічний склад води. У річковій воді деревина більш стійка, ніж у морській. Для гідротехнічних споруд застосовують в основному сосну, що має стабільну довговічність у повітряних і водних умовах експлуатація. Дуб і модрина також застосовується в конструкціях, до яких висувають вимоги підвищеної міцності і стійкості проти загнивання. Слабкі розчини кислот і слаболужні розчини не руйнують деревину. Хвойні породи більш стійки до дії кислот і лугів, ніж листяні. Найбільшу стійкість з хвойних порід має модрина. При великій бактеріологічній агресивності деревина руйнується, тому її не застосовують для мереж каналізації.

Причини гниття деревини і способи її захисту Гниття деревини відбувається при розкладанні целюлози внаслідок діяльності різноманітних дереворуйнівних грибів, і мікроорганізмів. Гриби виділяють ферменти, що переводять нерозчинну у воді целюлозу в розчинну речовину - глюкозу.

(С₆Н₁₀О₅)п + пН₂О - n(C₆Н₁₂О₆)

целюлоза глюкоза

Гниття дерева відбувається при вологості деревини більш 18-20%, хоча спори зберігають життєздатність і в сухій деревині. Розрізняють гриби лісові, складські і домові. Лісові гриби уражають дерево, що росте, і рідко зустрічаються в лісоматеріалах, тому що заражені частини стовбура відокремлюються при сортуванні лісу.

Складські гриби уражають зрубану деревину в лісі або на складах, поки деревина ще зберігає свої соки. Небезпечними складськими грибами вважаються гриб складський (зустрічається в штабелях колод і пиломатеріалів) і гриб стовповий (або шпальний).

Домові гриби уражають не тільки дерев'яні конструкції, але також органічні будівельні матеріали (деревноволокнисті і деревностружкові плити, комишит та ін.). Найбільше небезпечними з домових грибів вважаються гриб домовий дійсний, гриб домовий білий, гриб домовий плівчастий. Ці гриби уражають деревину як хвойних, так і листяних порід.

Щоб запобігти загниванню деревини, застосовують ряд конструктивних методів, мета яких захистити її від зволоження (гідроізоляція між деревиною і бетоном, цеглою, каменем, отвори для гарного провітрювання; захист від атмосферних опадів гідрофобізуючими речовинами, лаками, фарбами).

Якщо способами конструктивного характеру неможливо захистити деревину від зволоження, її просочують антисептиками -хімічними речовинами, що знищують гриби або створюють середовище, у котрому їх життєдіяльність стає неможливою.

До антисептиків подається ряд вимог, головними з яких є такі: вони повинні легко проникати в деревину й уражати клітини грибів, бути стійкими в умовах експлуатації, нешкідливими для людей і тварин, не викликати корозії металевих кріплень, не знижувати сортність, міцність і якість деревини, бути дешевими і недефіцитними матеріалами. Антисептики поділяють на водорозчинні і водонерозчинні. До водорозчинних антисептиків відносять: фторид натрію, кремнефторид натрію, дінітрофенолят натрію, мідний купорос та ін. Як ефективний антисептик можна застосовувати комбінований препарат із суміші кремнефтористого натрію з фтористим (у відношенні 4:1).

До водонерозчинних відносять маслянисті і кристалічні антисептики. Маслянисті антисептики добре уражають гриби, глибоко проникають у деревину, довго зберігаються в ній і не вимиваються водою. Проте вони мають неприємний запах, тому їх можна використовувати для просочування дерев'яних конструкцій, що знаходяться на відкритому повітрі або у воді (шпали, частини мостів, палі та ін.). До маслянистих антисептиків відносяться креозотове й антраценове масло, креозот, кам'яновугільна смола, карболеніум тощо.

Кристалічні антисептики, нерозчинні у воді, розчиняються в гасі або скипидарі й у вигляді таких розчинів використовуються для просочування деревини. До кристалічних антисептиків відносяться технічний оксидифеніл, технічний пентохлорфенол тощо.

Деревину антисептують різноманітними способами в залежності від умов зволоження дерев'яних конструкцій у період експлуатації (постійне або навперемінне зволоження, глибоке або поверхневе), від температурних умов, у яких вони перебувають, від виду породи деревини. Найбільше ефективні і доступні способи антисептування - дифузійні, тобто обмазка пастами, сухе антисептування і бандажі, а також поверхневе антисептування водними розчинами (нанесення їх щітками, обприскування, занурення у ванни).

Сухий спосіб антисептування застосовують для обробки горизонтально розташованих дерев'яних елементів. Для цього використовують порошкоподібний фтористий натрій або кремнефтористий амоній у суміші з вологими тирсою або піском, дотримуючись співвідношення за об’ємом між антисептиками і наповнювачем 1:5. Витрата антисептика на 1м 2 поверхні становить 100-200 г.

У заводських умовах антисептування виконують зануренням виробів у ванни з холодним розчином (10-20^о), навперемінним просочуванням у гарячому розчині антисептика (90-95°С) із наступним зануренням у холодний розчин, просочуванням під тиском. Застосовуються високотемпературні ванни для антисептування шпал, мостових брусів та ін., при цьому деревина завантажується у ванну з гарячим петролатумом.

Просочування під тиском провадиться в автоклавах при тиску 0,6-0, 8 МПа.

Захист деревини від займання. Деревина відноситься до горючих матеріалів, при температурі 120-150°С вона повільно обвуглюється, а при 250-300°С займається. При температурі 350°С гази, що виділяються з деревини, займаються навіть при відсутності відкритого вогню.

Для захисту деревини від займання передбачають конструктивні заходи і хімічні методи. Перші полягають у раціональному проектуванні при суворому дотриманні всіх протипожежних норм і правил: віддаляють дерев'яні конструкції від джерел нагрівання; передбачають захисні футеровки з неспалимих матеріалів (цегли, бетону, розчину), покриття шаром малотеплопровідного мінерального матеріалу (пористої штукатурки, азбесту й ін.). другі полягають у застосуванні спеціальних вогнезахисних покриттів і в обробці деревини спеціальними речовинами, що охороняють її від займання (антипірени).

Обробляють деревину антипіренами тими ж методами, що і при антисептуванні: поверхневе нанесення складів, просочування в гарячехолодних ваннах, під тиском в автоклавах. Вогнезахисні покриття класифікують на атмосферо-, волого- і невологостійкі. Атмосферостійкі покриття застосовують для захисту зовнішніх поверхонь деревини, вологостійкі - для захисту деревини, що знаходиться в середовищі з відносною вологістю повітря 60-75%, а невологостійкі - при вологості навколишнього середовища менше 60%.

Вогнезахисні пастові речовини готують на основі бури (тетраборат натрію), борної кислоти, фосфату амонію, сірчанокислого амонію й ін. При нагріванні ці сполуки легко плавляться і перекривають доступ кисню або виділяють гази, що перешкоджають горінню. Фосфати амонію добре захищають як від горіння, так і від тління. Бура зменшує горючість, але погано захищає деревину від тління. Борна кислота енергійно зупиняє тління, але менш ефективна як сповільнювач горіння.

Вогнезахисні фарбові суміші виготовляють із зв'язуючої речовини (рідке скло), наповнювача (кварцовий пісок, крейда) і лугостійкого пігменту.

Гарним вогнезахисним способом є просочування деревини мінералом "бішофіт" (магній хлористий технічний) і силікатом натрію (рідке скло). Ступінь пожежонебезпеки споруд залежить від кількості і складу антипіренів, якими обробляють деревину. У деяких випадках може при цьому знижуватися міцність деревини.

Висушування деревини. У деревині з великим вмістом вологи створюються сприятливі умови для розвитку мікроорганізмів, що сприяють загниванню деревини і зниженню її якості. Зі зміною вологості пов'язана зміна експлуатаційних і фізико-механічних властивостей деревини. При зменшенні вологості підвищується міцність деревини, зменшується її щільність. Клеєні вироби також утворюються більш міцними при склеюванні сухої деревини.

Застосовують природне (повітряне) і штучне висушування деревини. Природне висушування відбувається на відкритому повітрі, під навісом або в закритих добре провітрюваних складах. Процес природного (повітряного) висушування потребує тривалого часу (від декількох тижнів до декількох місяців), великих площ, його важко регулювати, залежить від кліматичних умов і часу року. Але він простий і не потребує витрат на підігрів теплоносіїв.

Штучне сушіння відбувається в багато разів швидше, дозволяє висушити деревину до вологості нижче 15%, одержувати деревину високої якості, без короблення і тріщин.

Штучне сушіння проводять у сушарках (камерні періодичної дії, автоматизовані безперервної дії), струмами високої частоти, у нагрітих рідинах.

Швидкісне сушіння деревини в рідинах - це висушування в гідрофобних рідинах типу петролатуму (побічний продукт депарафінізації нафтових масел, складається з вуглеводнів і їх похідних, у воді не розчиняється і з водою не змішується). Деревину занурюють безпосередньо в нагрітий до 130^о петролатум, де вона висихає в декілька разів швидше, ніж у сушильних камерах. При цьому деревина не жолобиться і не розтріскується.

Діелектричне висушування засноване на нагріванні деревини струмами високої частоти, деревина нагрівається рівномірно і відразу по всьому об’єму. Тривалість висушування зменшується в декілька десятків разів у порівнянні з камерним висушуванням. Основна хиба цього способу - значна витрата електроенергії і висока вартість.

Застосовуються також комбіновані способи сушіння, при яких тепло передається декількома способами. Основний спосіб -газопарове сушіння в камерах, на другому місці - повітряне. Інші способи використовуються обмежено.

10.5. Матеріали і вироби з деревини.

У будівництві застосовують велику номенклатуру деревних матеріалів: необроблені (круглі), пиломатеріали, заготівлі, вироби погонажні, плити столярні, матеріали для підлог, матеріали для покрівель тимчасових будинків, фанера і столярні вироби, матеріали з відходів деревини.

Круглі лісоматеріали - це очищені від кори і сучків колоди, кряжі і так називаний тонкий кругляк. Круглі лісоматеріали виготовляють із хвойних і листяних порід.

Колоди - відрізки стовбура товщиною у вузькій частині не менше 14 см для хвойних і 12 см для листяних порід. Підтоварник має товщину (діаметр) 8-13 см (для листяних 8-10 см), а жердини 3-7 см (довжиною 3,5-6,5 м). Круглі лісоматеріали в залежності від товщини поділяють на три групи: дрібні (6-13 см), середні (14-24 см) і крупні (25 см і більш).

Колоди поділяють на будівельні і пиловочні. У залежності від положення колод по висоті стовбура їх підрозділяють на верхові, серединні й окоренкові.

Будівельні колоди в залежності від розмірів і сорту деревини, що визначають за нормами допуску пороків (гнилизна не припускається ніде), застосовують для елементів тримальних конструкцій (крокви, ферми, палі, стояки, опори ліній електропередач, щогл, вишок, рудничних стояків та ін.), для настилів, стін дерев'яних будинків і підпірних стін, допоміжних цілей та ін. У будівництві застосовують в основному колоди хвойних порід (сосни, ялини, модрини).

Товсті і короткі колоди називають кряжами ((>200 мм). З кряжів і коротких відрізків (чураків), переважно листяних порід, виготовляють шпон для опоряджувальних робіт, фанеру тощо.

Круглі лісоматеріали використовують для виробництва пиломатеріалів і заготівель (пиловочні колоди), переробки на целюлозу і хімічні речовини й ін. Слід зазначити, що останнім часом застосування необроблених (круглих) лісоматеріалів постійно скорочується.

Пиломатеріали одержують при поздовжньому розкроюванні пиловочних колод на частини і поздовжньому і поперечному розкроюванні утворених частин. У залежності від напрямку розкроювання розрізняють пиломатеріали радіального, тангентального і змішаного розпилювання. Їх випускають у вигляді пиломатеріалів: брусів, брусків, дощок, шпал, обаполів тощо.

Брус - пиломатеріал, товщина і ширина котрого понад 100 мм.

Брусок - пиломатеріал завтовшки до 100 мм, ширина його не більша за потрійну товщину.

Дошка має товщину до 100 мм, а ширина більша за потрійну товщину, широку сторону дошки називають пластю; вузьку – окрайкою (кромкою). Дошки і бруски бувають обрізні (із пропиляними крайками) і необрізні, у яких крайки не пропиляні.

Дошки і бруски виготовляють із хвойних і листяних порід, вони бувають шпунтованими і струганими. Шпунтовані дошки мають на одній крайці шпунт (паз), а на іншій - гребінь (виступ), що входить у шпунт сусідньої дошки.

Паркетні вироби поділяються на такі види: штучний паркет, мозаїчний паркет, паркетні дошки, паркетні щити.

Штучний паркет складається з окремих планок довжиною 150-300 мм і шириною 30-90 мм, що мають на окрайках і торцях шпунт і гребінь для з'єднання між собою. Виготовляють його з твердих порід дерева: дуба, бука, ясена, клена та ін.

Паркетні дошки складаються з рейкової основи, на яку наклеєні із повним малюнком паркетні планки. На окрайках і торцях є пази і гребені для з'єднання між собою. Розміри паркетних дощок: довжина 1200-3000 мм, ширина 145-160 мм (іноді 200 мм), товщина 15-27 мм (частіше усього 25 мм).

Застосування паркетних дощок має переваги в порівнянні зі штучним паркетом, обумовлені економією дефіцитних сортів твердої деревини і затрат праці при улаштуванні підлог.

Мозаїчний паркет має вигляд килима, набраного з планок однакової ширини і наклеєних водо-розчинним клеєм на папір, що після укладки паркету потім змивається разом із клейовим шаром.

Усі паркетні вироби враховуються в штуках і квадратних метрах.

Столярні вироби - це елементи дверей, вікон, перегородки, панелі, тощо. Віконні і балконні дверні блоки надходять на будівництво в повній готовності з навішеними полотнами і стулками, пофарбованими і заскленими. Їх класифікують за типами будинків, для яких вони призначені, і типорозмірами. У залежності від призначення до них пред'являють відповідні вимоги щодо тепло і звукоізоляції, водо- і повітронепроникності, світлонепроникності. Вони можуть бути з одинарним, подвійним і потрійним осклінням. Вікна можуть виготовлятися із зовнішнім і внутрішнім відкриванням і глухими (із стулками, що не відчиняються,).

Дверні балки для різноманітних типів будинків розділяють за призначенням (на зовнішні і внутрішні), за численними типами конструкції дверних полотнин.

Фанера являє собою деревний листовий матеріал, що складається з трьох і більш шарів склеєного між собою лущеного шпону. Внутрішні шари шпону називають серединами, а зовнішні сорочками (лицьова і зворотна). При склеюванні листи шпону розташовують так, щоб напрямок волокон суміжних шарів був взаємно перпендикулярним. Фанеру випускають різноманітної товщини і формату, плоску і профільовану. Товщина фанери може бути від 1,5 до 18 мм, розміри листів до 152440 мм.

У будівництві застосовують фанеру трьох видів: клеєну, декоративну, бакелізовану.

Деревностружкові плити (ДСП) - це плитковий матеріал, виготовлений гарячим пресуванням Деревностружкових мас, що містять у своєму складі полімерні смоли. Деревну стружку, основний за масою компонент, одержують із некондиційної деревини листяних і хвойних порід. Зв'язуючою речовиною служать карбамідні і фенольні полімери.

Плити ДСП застосовують для улаштування підлог, облицювання стін і перегородок, виготовлення дверних полотнин, умонтованих меблів та ін.

Деревноволокнисті плити (ДВП) виготовляють гарячим пресуванням деревноволокнистих мас, що містять у своєму складі полімерні смоли. Основна сировина для виготовлення ДВП - деревні відходи або низькоякісна неділова деревина. Деревину в рубильних машинах перетворюють у тріски, що пропарюють (температура 150-155^о, надлишковий тиск), а потім розпарені і розм'якшені тріски розпушують на окремі волокна. Водну емульсію, що складається з фенолформальдегідних полімерів (4-5% від маси сухої деревини), антисептиків, антипіренів і гідрофобізаторів, змішують із деревноволокнистою масою в змішувальних басейнах

У залежності від границі міцності при вигині плити виготовляють марок: М - м'які; Т - тверді; СТ - надтверді з не облагородженою лицьовою поверхнею і СТ-С надтверді (тверді підвищеної міцності) з лицьовим шаром із тонкодисперсної деревної маси.

Плити ДВП випускають довжиною до 3-6 м, шириною до 1800 мм, товщиною від 2.5 (тверді) до 16 мм (м'які). Застосовують плити ДВП як лицювальний і теплоізоляційний матеріал для стін і стель внутрішніх помешкань, для улаштування підлог. З твердих плит виготовляють меблі, роблять кіоски, торгові ларки, прилавки та ін.

Клеєні дерев'яні конструкції виготовляють на спеціальних заводах методом склеювання невеличких дерев'яних заготівель у великорозмірні елементи. За призначенням елементи поділяють на дві групи для тримальних і огороджувальних конструкцій, за характером роботи на плоскі (балки, арки, стояки, рами, ферми й ін.) і просторові (елементи склепінь, куполів, оболонок та ін.). За профілем перетину елементи тримальних конструкцій можуть бути суцільними і гратчастими.

Склеюванням можна виготовити віконні і дверні коробки, дверні полотна, балки, прогони, ферми й інші конструкції для промислового, сільського і цивільного будівництва, для автодорожніх мостів, естакад, спортивних і видовищних споруд і т.п.

Цементно-стружкові плити (ЦСП) одержують пресуванням деревних часток, змішаних із портландцементом і хімічними добавками мінералізаторами.

Цементно-стружкові плити випускають двох марок ЦСП-1 і ЦСП-2, що відрізняються різноманітними фізико-механічними властивостями: густина 1200-1400 кг/м³, границя міцності при вигині в залежності від товщини (8-40 мм) становить 12-9 МПа (для марки ЦСП-1) і 9-7 МПа (для ЦСП-2), твердість не менше 45 і 65 МПа відповідно марці 1 і 2, водопоглинання через 24 год. не більш 16%, розбухання по товщині не більш 2%, морозостійкість - понад 50 циклів тощо.

Плити використовуються для панелей і перегородок, плит покриттів, елементів підвісних стель, улаштування підлог, огородження лоджій, підвіконних дощок і ін.

Тирсобетон виготовляють з органічних (тирса хвойних порід) і мінеральних (пісок, гравій) наповнювачів, портландцементу і мінеральних добавок (трепел, глина). Середня густина бетону 900-1200 кг/м³, міцність при стиску після тримісячного витримування 0,8-2,8 МПа. Тирсобетон використовують як утеплювач у перекриттях і як стіновий матеріал для малоповерхового домобудівництва.

Короліт виготовляють із кори з використанням мінеральних в'яжучих речовин. При використанні гіпсу міцність короліту 1,5-2 МПа, на цементі - міцність становить 3-3. 5 МПа. Короліт застосовують у малоповерховому будівництві для улаштування тримальних внутрішніх і зовнішніх елементів стін, як утеплювач для стін і підлог, у будівництві складів, торгових павільйонів, виставочних залів та ін.

Арболіт - це різновид легкого бетону, у якому заповнювачем служать деревні відходи, а в'яжучим - портландцемент. Як органічний заповнювач застосовують поріднені відходи виробництва, лісозаготівель, лісопиляння і деревообробки хвойних або твердолистяних деревних порід (сосна, ялина, дуб, бук, вільха, береза), одубина, тобто відходи переробки дубової екстрактової сировини, стебло конопель і льону, роздріблювані стебла бавовнику.

Арболітові вироби використовують для житлових, промислових, сільськогосподарських будинків і споруд як навісні зовнішні стіни, заповнення каркаса, що несуть зовнішні і внутрішні неармовані стіни будинків до двох поверхів, обшивки стель, ізоляцію підлог і покрівель. При застосуванні їх в будинках із відносною вологістю повітря понад 75% внутрішні поверхні виробів повинні мати пароізоляційні покриття.

Фіброліт одержують пресуванням суміші портландцементу (іноді магнезіальних в'яжучих) і обробленої мінеральними солями деревної шерсті. Деревна шерсть являє собою стрічки деревини довжиною 300-500 мм, шириною 1-6 мм і товщиною 0.1-0.8 мм. Мінералізатором служить хлористий кальцій, сірчанокислий глинозем або рідке скло. Деревна шерсть може бути отримана з деревини будь-яких порід.

Фібролітові плити випускають завдовжки до 3 м, завширшки 600 і 1200 мм, завтовшки 30-150 мм.

Фіброліт відноситься до біостійких, важкоспалимих матеріалів. Застосовується для теплової ізоляції зовнішніх стін, утеплених покриттів, міжповерхових перекриттів із відносною вологістю повітря в помешканні не більш 75%.

Ксилоліт одержують із магнезіальної в'яжучої речовини, тирси, розчину хлориду магнію густиною 1,14-1,24 г/см³ і пігментів. Ксилоліт використовують для улаштування підлог у житлових, суспільних і виробничих будинках, у яких підлоги не піддаються постійному зволоженню.

============================================

БМ-16. ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ (ТІМ)

Зміст теми

Дата добавления: 2014-01-07