Строение древесины
Древесина — слоисто-пористый материал растительного происхождения. Состоит из многообразных клеток, связанных между собой порами. Строение древесины сложно и совершенно. Природа создала материал с такими уникальными качествами как: твердость, низкая тепло-, звукопроницаемость, высокая прочность. Дерево с легкостью поддается обработке инструментами, хорошо склеивается. Древесина была и остается ведущим материалом для изготовления домов.
Макроскопическое строение древесины
Если на срезе заметно строение штамба невооруженным взглядом, то говорят о таком понятии, как макростроение древесины. Бывает, что не вся плоскость среза окрашена равномерно: ближе к центру она может быть темнее, а дальше — светлее. Темная часть, самая прочная, созданная из мертвых клеток ткани, является ядром, а светлая — заболонью. Клетки ядра отмирают из-за закупорки проводящих сосудов смолой. Породы древесины с такой окраской называют ядровыми (дуб, сосна, ясень, лиственница). Если срез окрашен равномерно, то такие породы являются безъядровыми (ольха, береза).
Каждый год жизни отмечается на стволе увеличением слоя древесины определенного размера, который зависит от возраста, условий жизни растения, скорости роста. Такие слои называют годичными кольцами. Они особенно ярко видны на спилах хвойных пород.
Годичное кольцо содержит два таких слоя ткани, как:
По каналам ранней ткани транспортируются питательные элементы к вершине и обратно. Зона позднего слоя защищает растение от механических повреждений. В комле находятся самые узкие кольца. Из-за плохих условий произрастания они могут иметь волнистость, что повышает декоративность древесной массы. Древесный материал с самыми узкими кольцами считается лучшим.
От коры по радиусу к центру растения протягиваются светлые линии, используемые для перемещения питательных элементов. Эти линии называются сердцевинными лучами. Лучи характерны для всех пород. Они отчетливо видны на срезах. Ширина лучей меняется в пределах 0,05 — 1 мм. Их размер непосредственно зависит от условий жизни растения. Сердцевинные лучи ответственны за текстуру древесной массы. Некоторые из них прерываются далеко от сердцевины. Такие лучи называются вторичными в отличие от первичных, которые доходят до нее.
На поперечном разрезе лиственных пород замечаются небольшие отверстия, которые являются сосудами растения. Они поставляют дереву воду и питание. Если в раннем слое лежат крупные сосуды, а в позднем — мелкие, то такой сосудистый рисунок соответствует кольцесосудистой материи (дуб, вяз, ясень). Она отличается прочной древесной массой. Равномерное расположение сосудов по годичному кольцу соответствует мягкой рассеяннососудистой ткани (береза, осина). Весной с некоторых деревьев (береза, сахарный клен) собирают сок, перерезая их сосуды.
Для строения хвойных пород характерны протоки, наполненных смолой. Это смоляные ходы, которые свойственны лишь некоторым хвойным деревьям. Например, пихта и можжевельник их не имеют. Смоляные ходы разных направлений создают одну смолоносную систему.
Самый центр ствола занимает сердцевина, рыхлая масса, пронизывающая растение снизу доверху. Быстро поддается разложению. Она создается в начале жизни дерева. На срезе сердцевина представляется в виде отметины, как правило, круглой формы диаметром 2 — 5 мм. Лиственные породы имеют сердцевину большей площади, чем хвойные. Наибольшую сердцевину имеет бузина.
Тонкий слизистый слой клеток, лежащих в области между корой и древесиной, именуется камбием. Он вырабатывает микроэлементы для роста древесной ткани, принимая от луба питательные элементы. Начинаясь весной, процесс синтезирования новых клеток заканчивается осенью. Этим объясняется слоистое строение древесной массы.
Микроскопическое строение древесины
Только микроскопическое строение древесины отвечает в полной мере на вопрос: что же такое древесина? Множество разнообразных клеток, скрепленных между собой — это есть древесная масса. Каждая клетка наполнена протопластом, а межклеточное пространство — сложными полимерными соединениями. Однозначные по строению и функциям клетки создают соответствующие ткани: механические (опорные), проводящие и запасающие.
Оболочка клетки создана из природных высокомолекулярных полимеров: углеводов (70 — 80%) и лигнина (20 — 30%). Углеводная часть представлена холоцеллюлозой, гемицеллюлозой и целлюлозой. Лигнин — аморфное вещество, связывающее целлюлозные волокна между собой, благодаря чему целлюлоза приобретает прочность и эластичность. Лигнин и целлюлоза пропитывают стенки клеток, вызывая их одревеснение. В результате оболочка становится жесткой, твердой, по своей прочности не уступающая железобетону.
Химический состав древесины и коры
Ткань древесной массы создана из клеток. Поэтому все химические компоненты располагаются в клеточных оболочках. Древесина состоит из минеральных и органических компонентов. К минеральным (неорганическим) веществам относятся элементы, которые остаются после сгорания древесной ткани (зола). Их величина составляет 1% от общей массы. По химическому составу эти элементы представляют собой смесь разных солей, растворимых (натрия, калия) и нерастворимых (магния, кальция, железа) в воде.
Остальную часть занимают органические составляющие, занимающие 99% общей массы. Их элементный состав содержит 49 — 50% углерода, 43 — 44 % кислорода, 6 % водорода и 0,1 — 0,3 % азота.
Органические вещества представлены в виде двух групп:
Химический состав лиственных пород отличается от хвойных большим содержанием структурных компонентов (гемицеллюлозы), но меньшим содержанием лигнина. В зависимости от географического места произрастания, возраста растения химический состав может меняться в пределах одной породы.
Химический состав коры отличается повышенным содержанием экстрактивных веществ, лигнина и пониженным содержанием целлюлозы. Доля неорганических веществ в общем количестве составляет 10-15 %, это в 10 раз больше, чем в древесине. Преобладающими элементами золы являются кальций (82-95 %), калий, магний.
Кора — ценное растительное сырье:
Разные химические составы коры и древесины приводят к необходимости перерабатывать их раздельно.
Пороки древесины
Повреждения всей структуры древесины или отдельных участков, которые снижают качество и ограничивают применение, называются пороками древесины. Некоторые пороки возникают в растущем дереве, другие — при хранении или эксплуатации сырья. Качество древесной массы определяется в соответствии с видами и размерами пороков, их расположения, назначения продукции.
ГОСТ 2140-81 устанавливает классификацию пороков по следующим группам:
ДРЕВЕСИНА И ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Древесина – традиционный строительный материал с многовековым опытом применения – используется в современном строительстве в виде цельнодеревянных, клеедеревянных, фанерных и комбинированных конструкций заводского изготовления, а также отходов деревообработки (арболит (лёгкий бетон на основе цементного вяжущего, органических заполнителей (до 80-90% объёма) и химических добавок; также известен как древобетон), фибролит (аналог арболита, изготавливается из специальных древесных стружек – древесной шерсти – и неорганического вяжущего вещества – чаще портландцемента), стружечные плиты и др.)
Вторая половина 20 века. Химия полимеров создала новые виды материалов – конструкционные пластмассы и синтетические клеи, была освоена технология склеивания древесины, что вместе с антисептированием и повышением огнестойкости расширило возможности использования деревянных конструкций, в том числе в индустриальном строительстве.
Клееная древесина – новый, в определенной степени искусственный материал, превышающий по прочности обычную древесину и свободный от ряда ее недостатков. Можно создавать элементы любого сечения, формы и длины, распределять материал по сечениям и длине в соответствии с его характеристиками.
Освоение склеивания древесины по значимости в строительстве приравнивается к освоению сварки металла.
Основные области применения деревянных (клееных) конструкций:
— жилые малоэтажные дома (каркасные и щитовые);
— общественные одноэтажные здания зального типа (спортивные, зрелищные, выставочные, торговые, многоцелевые) – пролетами малыми – до 6м, средними – до 24м и большими – до 100м;
— промышленные здания (цехи, склады, хранилища и др. вспомогательные здания); специфическая область – цехи и хранилища химической промышленности (в атмосфере – агрессивные газы и пары, разрушающие металл и бетон);
— сельскохозяйственные производственные здания;
— вспомогательные конструкции – подмости, леса, кружала, опалубка – здесь дерево бывает единственно приемлемым материалом.
Положительные качества деревянных конструкций:
— легкость, обусловленная высокой удельной прочностью (отношением сопротивления к плотности), близкой к удельной прочности алюминиевых сплавов;
— химическая стойкость (во многих агрессивных средах долговечность деревянных конструкций выше, чем металлических и железобетонных);
— малая теплопроводность, что позволяет использовать материал одновременно как несущий и ограждающий;
— конструкционная универсальность (приблизительно одинаковая способность работы древесины на растяжение и сжатие) обеспечивает свободу расположения элементов в пространстве – комбинаторность формообразования;
— легкая обрабатываемость, способность к склеиванию и гнутью пиломатериалов, что позволяет получать крупногабаритные и криволинейные конструктивные элементы для покрытий большепролетных зданий;
— разнообразие способов соединений элементов способствует расширению диапазона конструктивных решений;
— сырьевые ресурсы и низкая энергоемкость производства пиломатериалов обеспечивают экономическую эффективность деревянных конструкций в сравнении с металлическими и железобетонными;
— природные декоративные свойства древесины (цвет, блеск, текстура), эстетическая сочетаемость с другими природными и искусственными материалами во многом предопределяют решение художественных задач в организации внутреннего пространства зданий с применением деревянных конструкций.
Наряду с положительными качествами, имеющими решающее значение для архитектурно-строительной практики, деревянным конструкциям свойственны и некоторые недостатки:
— гигроскопичность древесины и, как следствие, – усушка, разбухание, растрескивание и коробление элементов;
— естественные пороки древесины (сучки, косослой, червоточина и др.), существенно снижающие прочность и ограничивающие применение;
— возгораемость древесины и низкая биостойкость, требующие дополнительных трудовых и материальных затрат по защите конструкций и ограничивающие сферу их применения.
Применение деревянных конструкций допускается, если температура окружающего воздуха не превышает 50°С (для конструкций из неклееной древесины) и 35°С (для конструкций из клееной древесины).
Для изготовления деревянных конструкций следует применять древесину преимущественно хвойных пород (сосны, ели, лиственницы). Древесину твердых лиственных пород рекомендуется использовать для соединительных элементов, опорных подушек и других ответственных деталей.
Влажность древесины, применяемой в конструкциях, ограничивается в зависимости от условий эксплуатации (внутри зданий или на открытом воздухе, относительной влажности воздуха в помещениях) и вида конструкций (из клееной или неклееной древесины). Так, из древесины влажностью менее 40% можно изготавливать конструкции, эксплуатируемые на открытом воздухе при условии защиты их от гниения; влажностью до 25% – конструкции, эксплуатируемые в помещениях с повышенной влажностью; из древесины влажностью до 20% – неклееные конструкции, а влажностью 9-15% – любые конструкции, в том числе клееные.
Дата добавления: 2014-01-05 ; Просмотров: 1565 ; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Как модифицируют древесину и что это даёт
Модифицированная древесина применяется в строительстве всё чаще: мы можем встретить это громкое название в рекламе деревянных окон, дверей, мебели, деревянных конструкциях, но нам не понятно, что значит это красивое словосочетание. Предлагаю разобраться со способами получения и свойствами модифицированной древесины.
1. Термомеханическая модификация
При таком способе древесину предварительно пропаривают или нагревают и под сильным давлением прессуют. В результате процесса микроструктура пор уплотняется, а сама древесина становится очень прочной.
Чаще всего применяются лиственные породы, а показатель плотности прессованой древесины доходят до 1350 кг/м3 (это на 35% плотнее воды, а значит такая древесина тонет!).
2. Химико-механическая модификация
Из названия метода становится понятно, что в модификации участвуют химические и механические процессы. Действительно, сначала древесину пропитывают аммиаком, мочевиной и другой «химией», а потом уплотняют (прессуют).
При химическом воздействии, стенки клеток меняют свойства и структуру, древесина пластифицируется и теперь ей можно придать любую форму. Это полезно при изготовлении мебели, например.
3. Термохимическая модификация
А в этом процессе участвуют уже температура и химия: дерево пропитывают мономерами, олигомерами или смолами, после чего термически обрабатывают. Во время термообработки проходят процессы полимеризации и поликонденсации пропитки, которые придают древесине новые свойства
Например, если добавить синтетические смолы, то древесина перестает впитывать влагу и не разбухает. Существуют рецепты смол, которые придают огнезащиту, прочность, биозащиту, дополнительную прочность и стабильность материалу.
4. Радиационно-химический
В этом способе дерево пропитывают составами, которые начинают «работать» только при воздействии ионизирующем излучении. К таким веществам можно отнести метилметакрилат, стирол, винилацетат, акрилонитрил и другие мономерами, а также их смеси. Этим методом часто готовят древесину для изготовления паркета.
5. Химическая модификация
Этот метод модификации предполагает обработку древесины химическими составами: аммиаком, уксусным ангидридом и другими. В ходе обработки меняется тонкая структура и химический состав материала.
Например, обработанная аммиаком древесина самоуплотняется при сушке, а если мы пропитаем дерево уксусным ангидритом, то заметно снизим водопоглощение, разбухание и усушку.
В заключение хочется сказать, что не надо боятся модифицированной древесины, потому что в современном производстве применяются только экологические материалы. Самое важное то, древесина приобретает новые, пожалуй, лучшие свойства из всех доступных материалов, сохраняя красивый внешний вид.