Породы древесины, их свойства и пороки
В строительстве используют как хвойные, так и лиственные породы древесины. К первым относятся сосна, ель, пихта, лиственница, кедр; ко вторым — береза, осина, тополь, дуб, бук, ольха, липа и др.
Хвойные породы древесины применяются как в круглом виде, так и в виде пиломатериалов для изготовления свай, ряжей, опор линий связи и электропередач, мостов, ферм, арок элементов жилых домов и объектов промышленного назначения, столярных и погонажных изделий и других строительных деталей и конструкций.
Лиственные породы составляют 10—15% общего объема потребляемой в строительстве древесины и применяются в менее ответственных, ненесущих конструктивных элементах зданий и сооружений, а также для устройства временных построечных сооружений, складов, навесов, ограждений территорий и котлованов и как подсобный материал при производстве строительных и монтажных работ: леса, подмости, опалубка для крепления котлованов и др.
Применение лиственных пород в строительстве, исходя из их физико-механических свойств, регламентируется «Техническими правилами по экономному расходованию металла, леса и цемента в строительстве» (ТП 101—65), утвержденными Госстроем СССР в 1965 г.
Широкое применение в строительстве древесины хвойных и лиственных пород объясняется ее физико-механическими свойствами. Они значительно изменяются в зависимости от влажности древесины и наличия в ней различных пороков.
Наибольшая допускаемая влажность древесины, применяемой для изготовления несущих строительных конструкций, не должна превышать 25%; влажность древесины, используемой для устройства временных зданий и сооружений, не ограничивается.
Рис. 1. Форма сучков а — округло-овальный(здоровый); сшивной в еловой доске; в — лапчатый в сосновой доске
Основными пороками древесины являются: сучки, косослой, трещины и гнили.
Сучки. Количество, величина и расположение сучков оказывают значительное влияние на прочностные показатели древесины. Сучки бывают здоровые, сросшиеся с древесиной (без признаков гнили), выпадающие, роговые, окрашенные, рыхлые и табачные.
Внешняя поверхность выпадающих сучков не имеет связи с окружающей древесиной и при распиловке круглого леса такие сучки легко выпадают. Роговые сучки имеют темную и более плотную по сравнению с окружающей древесиной структуру. Окрашенные сучки (потемневшие) свидетельствуют о начальной стадии загнивания.
Рыхлые сучки отличаются темно-бурой окраской и пониженной твердостью, а табачные представляют собой сухую темно-коричневую массу (результат гниения), распадающуюся при нажатии в порошок.
По своему характеру и расположению различают: сучки заросшие, лапчатые, сшивные, пасынки, выходящие на пластъ или кромку (рис. 1).
Рис. 2. Неправильности строения древесины а — косослой; б — свилеватость; в — крепь
Косослой. В круглых сортиментах природный косослой характеризуется наличием спирально направленных слоев древесины и трещин, а в пиленых — направлением слоев древесины под углом к продольным ребрам досок. Наличие косослоя в пиломатериалах значительно снижает прочность древесины на изгиб (рис. 2).
Рис. 3. Трещины а — метик; б — морозобой; в — отлуп
Трещины. В зависимости от формы и расположения трещины называются метиками, или сердцевинными, морозобойными, усушечными, отлупами, серницей и др. (рис. 3).
Трещины появляются как на растущих, так и на срубленных деревьях в результате морозов, расшатывания деревьев ветром и неравномерного усыхания древесины. В зависимости от причин появления трещины имеют разную форму и расположены в разных частях сечений ствола дерева. Наличие трещин снижает качество и способствует более быстрому загниванию древесины.
Рис. 4. Разновидности гнили а — поперечный разрез древесины ели с наружной трухлявой гнилью; б — наружная трухлявая гниль сосны от настоящего домового гриба; в — то же, от белого домового гриба; г — мраморная гниль древесины березы
Гнили. Гниение древесины происходит вследствие заражения и развития в ней дереворазрушающих грибков, отдельные виды которых размножаются только на растущих или только на срубленных деревьях и деревянных конструкциях. Грибы, живущие на растущих деревьях, называются паразитами. Они порождают в древесине мелкие пустоты (ситовины), типичным результатом влияния которых является расслаивание древесины по годовым кольцам.
Грибы, произрастающие на конструкциях и изделиях из древесины, вызывают поражения, характеризуемые образованием продольных и поперечных трещин. К этой группе грибов относятся домовые и складские (или биржевые) грибы (рис. 4).
Известны также виды грибов, которые размножаются и поражают как растущую, так и мертвую древесину. Грибы этого вида особенно распространены на лесных складах, где хранят древесину после распиловки.
Заражение древесины грибами происходит в результате соприкосновения здоровой древесины с гнилой, на поверхности которой имеются грибные поражения. Наиболее благоприятные условия для развития грибов создаются во влажной древесине (50—70% влажности). В воздушно-сухой древесине (влажность 12—20% и меньше) грибы не развиваются. Поэтому наилучшим и наиболее надежным средством противогнилостной защиты являются своевременная естественная или искусственная сушка древесины и эксплуатация древесины в конструкциях и изделиях в воздушно-сухом состоянии.
Всю древесину, поступающую на производственные предприятия и строительные площадки, с влажностью более 25% необходимо хранить в штабелях, обеспечивающих естественную сушку.
Пиломатериалы, деревянные конструкции и изделия наиболее часто поражаются домовыми грибами, синевой и плесенью (рис. 5).
Рис. 5. Синева а — синева боковая на торце соснового бревна;
б — синева налетная на сосновой доске
Домовые грибы — настоящий (Merulius lacrymans), белый (Poria vapararia), пленчатый (Coniophora cerebella), шпальный и шахтный — являются самыми сильными разрушителями эксплуатируемых деревянных конструкций и изделий. По мере поражения домовыми грибами древесина приобретает коричневый или темно-буро-коричневый цвет, после чего в ней появляются продольные и поперечные трещины, затем древесина распадается и легко растирается руками в порошок. Синева и плесень не опасны и отражаются только на внешнем виде древесины и изделий из нее. Поэтому применение древесины с синевой без признаков гнили в строительстве разрешается.
Кроме дереворазрушающих грибов древесину поражают жуки-вредители и их личинки, основными из которых являются жуки-точильщики: мебельный, домовый, пестрый, хлебный и домовые усачи: черный и рыжий, а также долгоносик-трухляк и древогрыз.
Эти вредители закладывают в древесину личиночные ходы — круглые и овальные отверстия диаметром от 1 до 8 мм, в которых личинки превращаются в куколки и в последующем в жуков-вредителей.
Рис.6 Мебельный точильщик
Рис. 7. Домовый точильщик
Для деревянных конструкций наибольшую опасность представляют жуки-точильщики (рис. 6 и 7). Это маленькие очень подвижные темно-бурые жучки длиной от 2,5 до 7 мм, которые живут 8—10 дней, погибая после откладывания яичек. Признаком наличия в древесине жуков-точильщиков являются мелкие отверстия и пылевидная бурая гниль, периодически высыпаемая из них.
Основными разрушителями древесины являются белые с черной головкой личинки, которые в процессе развития прогрызают многочисленные ходы, в результате чего происходит обрушение отдельных участков конструкций или целых перекрытий. Зачастую в сырых и непроветриваемых условиях работы конструкций жуки-точильщики действуют заодно с грибами-разрушителями.
Рис. 8. Древогрыз бороздчатый а —личинка; б — куколка (7/1 н. в.); в — жук
В жилых домах часто встречается очень маленький жучок древогрыз («ликтус линеарис»), который поражает дубовый паркет и изделия из древесины лиственных пород (рис. 8).
Профилактические мероприятия по борьбе с поражением древесины и деревянных конструкций и изделий должны проводиться при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений. При проектировании следует создавать такие конструкции, которые предохраняли бы деревянные элементы от любого вида увлажнения во время строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
В процессе строительства необходимо правильно отбирать древесину, хранить ее и изготавливать конструкции в точном соответствии с проектом, соблюдая правила профилактики при применении недостаточно сухой древесины.
Все необходимые мероприятия должны производиться в соответствии со СНиП III-B.8-62 «Защита строительных конструкций от гниения и возгорания».
Древесные породы, применяемые в строительстве
Выделяют две группы древесных пород, встречающиеся в лесах нашей страны: хвойные и лиственные. Породу растущего дерева сравнительно легко определить, оценивая внешний вид кроны, коры, листьев или хвои. Гораздо труднее распознать породу срубленной древесины, особенно после распиловки и других видов обработки, поэтому ее оценивают по макро и микроструктуре.
Хвойные породы относятся к голосеменным растениям с узкими игловидными или чешуевидными листьями (хвоей), большей частью вечнозеленые и смолистые; макроструктура древесины большинства пород характеризуется наличием смоляных ходов, хорошо заметных границ годичных слоев.Из хвойных пород чаще всего применяют сосну, лиственницу, ель, пихту и кедр.
Сосна – наиболее распространенная хвойная порода. Древесина сосны ядровая с розовым или буро-красным ядром и желтовато-белой заболонью. Ядро древесины обильно пропитано смолистыми веществами, содержание смолы – 18-20 кг/м 3 древесины. Отличается прямизной ствола, малой плотностью (ρ = 470..540 кг/м 3 ), высокой прочностью при растяжении (Rр = 110 МПа), при сжатии (Rсж = 48 МПа), при изгибе (Rизг = 85 МПа), хорошо поддается обработке. Из сосны изготавливают деревянные несущие конструкции, различные столярные изделия, фанеру и т.д.
Лиственница – ядровая порода. Цвет ядровой древесины темный, серо-красный. Лиственница значительно богаче смолистыми веществами (20-25 кг/м 3 ), чем сосна. Плотность ρ = 630…790 кг/м 3 , древесина твердая и прочная (Rр = 125 МПа, Rсж = 62 МПа, Rизг = 105 МПа), но труднее поддается обработке, менее подвержена гниению чем сосна. При сушке древесина лиственницы подвержена сильному растрескиванию. Применяется в конструкциях для гидротехнических сооружений.
Ель – спелодревесная порода, древесина которой отличается от сосны меньшей плотностью (ρ = 350..500 кг/м 3 ), белым цветом, мягкостью, меньшим содержанием смолы (5-10 кг/м 3 ), относительно высокими прочностными показателями (Rр = 120 МПа, Rсж = 44 МПа, Rизг = 80 МПа;), однако при использовании в сырых местах быстро загнивает. Из ели изготавливают столярные изделий и строительные конструкции, эксплуатируемые в сухих местах.
Пихта – древесина по внешнему виду напоминает древесину ели, но не содержит смолы, более хрупкая, хуже обрабатывается, легче колется. Физико-механические свойства: ρ = 370…600 кг/м 3 , Rр = 70 МПа, Rсж = 40 МПа, Rизг = 70 МПа близки к свойствам древесины ели. В строительстве древесину пихты используют для тех же целей, что и древесину ели.
Кедр – по сравнению с другими хвойными древесными породами древесина самая мягкая и легкая, плотность ρ = 400..450 кг/м 3 . Кедр — ядровая порода, ядро отличается по цвету от заболони более темным цветом, легкий в обработке с красивой текстурой. Применяется для изготовления всякого рода резных изделий.
Лиственные породы — относятся к покрытосеменным растениям с хорошо развитыми листовыми пластинками; макроструктура их древесины характеризуется наличием сосудов, сердцевинных лучей, размытых границ годичных слоев. Лиственные породы. применяемые вы строительстве: дуб, бук, ясень, береза, граб, осина, ольха и др.
Дуб – ядровая порода, древесина плотная (ρ = 600..900 кг/м 3 ), твердая и очень прочная: Rр = 130 МПа, Rсж = 58 МПа, Rизг = 106 МПа. Многочисленные крупные сердцевинные лучи видны на всех разрезах и придают древесине дуба красивую своеобразную текстуру. Дуб хорошо обрабатывается, полируется, окрашивается. Древесина дуба в условиях переменной влажности более хорошо сохраняется, поэтому его применяют в ответственных конструкциях (шпонки, нагели и т.п.), в гидротехнических сооружениях, мостостроении, а также для изготовления паркета, столярных изделий. Древесина дуба при быстрой сушке подвержена сильному растрескиванию и короблению при сушке.
Бук – древесина белая с красноватым оттенком спелодревесная (ядро и заболонь не отличаются по цвету), плотность ρ = 810. 930 кг/м 3 . Древесина бука крепкая, но чрезвычайно нестойкая в условиях переменной влажности. При высыхании коробится и растрескивается, легко загнивает во влажных условиях. Прочностные показатели древесины бука не ниже древесины дуба. Применяется для изготовления паркета, фанеры.
Береза – заболонная самая распространенная в лесах России лиственная порода, древесина белого цвета, плотность ρ = 500..770 кг/м 3 , легко загнивает в сырых и плохо вентилируемых местах. Березу используют для изготовления фанеры, столярных изделий и отделочных материалов, особую ценность представляет карельская береза с извилистой своеобразной и узловатой текстурой. Прочность: Rр = 125 МПа, Rсж = 55 МПа, Rизг = 110 МПа
Ольха – заболонная порода с мягкой древесиной, склонной к загниванию, используют в основном так, как и березу.
Осина – заболонная широко распространенная порода. Ее древесина с зеленоватым оттенком, легкая ρ = 350..530 кг/м 3 , мягкая, легко обрабатывается (Rр = 120 МПа, Rсж = 42 МПа, Rизг = 78 МПа), мало усыхает. Используется в зданиях временного назначения.
Ясень – ядровая порода плотностью ρ = 570..930 кг/м 3 , древесина тяжелая, гибкая, вязкая, но менее прочная, чем у дуба. Ясень относят к дефицитным породам. Древесина имеет красивую текстуру, хорошо полируется, мало трескается и мало коробится.
Пороками древесины называют: отклонения строения древесины от нормального, нарушение внешней формы ствола дерева, различные повреждения, оказывающие влияние на ее технические свойства. Пороки снижают сортность древесины и ограничивают области ее применения в строительстве. В зависимости от причин появления пороки можно разделить на следующие основные группы: сучки, трещины, неправильности формы ствола и строения древесины, ненормальная окраска, гниль, повреждения насекомыми.
Виды лесоматериалов и изделий из древесины
К основным технологическим операциям при производстве древесных материалов относятся добыча и обработка. Добыча древесины предполагает валку, раскряжевку и окорку деревьев. Раскряжевка — процесс поперечного деление хлыстов (стволов поваленного дерева), опиленных от корневой части и очищенных от сучьев. При этом выделяют деловую и дровяную части ствола дерева. Древесные материалы производят на деревообрабатывающих предприятиях при помощи таких технологических операций как распиловка, строгание, лущение, фрезерование, сборка полуфабрикатов, обработка отходов, сушка, защитная обработка древесины и др.
Распиловка – раскрой бревен. Строгание – снятие специальными ножами тонких срезов древесины, лущение – снятие специальными ножами тонких срезов древесины по спирали. Фрезерование – резание специальными ножами и получение требуемого профиля древесных материалов. Сборка полуфабрикатов – соединение заготовок, полученных после механической обработки, предполагает их склеивание. Применение современных полимерных клеевых составов позволяет склеивать доски и получать крупноразмерные элементы деревянных клееных конструкций. Обработка отходов — сортировка, перемешивание со связующим и формование (часто горячее прессование). Сушка – повышает прочность древесины и значительно удлиняет сроки ее эксплуатации. Защитная обработка древесины – антисептирование и антипирировнаие.
Лесоматериалы – материалы из древесины, сохранившие ее природную физическую структуру и химический состав. Лесоматериалы подразделяют на необработанные (круглые) и обработанные (пиломатериалы, колотые, шпон и др.)
Круглые лесоматериалы. В зависимости от толщины (диаметра) в верхнем отрубе отрезка ствола дерева очищенного от сучьев круглый лес имеет различные названия: кряжи – (диаметр в верхнем отрубе 40-60 см, длина 1-3 м), бревна (толщина в верхнем отрубе 16-39 см и длина 4…6,5 м), подтоварник или накатник (диаметр – 8-13 см, длина 3-9 м) и жерди (диаметр 2-7 см, длина 3-9 м).
Кряжи применяют в основном для получения шпона, шпал Отрезки кряжей, соответствующие по длине рабочим размерам деревообрабатывающего оборудования, называется чураками. Бревна применяют для несущих строительных конструкций и для получения различных пиломатериалов. Подтоварник и жерди используют для различных целей в строительстве, в том числе и для получения древесной щепы.
Пиломатериалы — изготовляют продольным пилением круглого леса с последующей поперечной распиловкой полученного полуфабриката. По внешнему виду пиломатериалы подразделяются на необрезные и обрезные. У необрезных пиломатериалов пропилены только пласти, а кромки не пропилены. У обрезных – пропилены пласти и кромки со всех четырех сторон либо с кромками, имеющими тупой или острый обзол — сохранившуюся часть поверхности бревна. По форме и размерам поперечного сечения различают следующие виды пиломатериалов: пластины, четвертины, лежни, брусья, бруски, горбыль, доски, обапол (горбыльный и дощатый) и шпалы. Пластины получают продольной распиловкой бревен на две половины, четвертины – продольной распиловкой по двум взаимно перпендикулярным диаметрам. Лежни – бревна, опиленные на 2 канта, брусья – бревна, опиленные на 4 канта, при этом ширина и толщина превышает 100 мм. Горбыль – срезанная наружная часть бревна, у которой с одной стороны во всю длину сделан пропил, а другая поверхность не обработана (неполная пластина). Доски – получают продольной распиловкой бревен по нескольким параллельным между собой плоскостям, толщина досок 13-100 мм, при этом ширина вдвое превышает их толщину. Доски бывают тонкие (толщиной менее 35 мм) и толстые (толщиной 35 мм и более). В строительстве доски подразделяются в зависимости от толщины: шалевка (7-19 мм) тес (22-35 мм), доска (40-80 мм) и лафет (90-130 мм). Бруски – пиломатериалы толщиной до 100 мм, имеющие отношение ширины к толщине менее двух.
Оценка качества пиломатериалов должна производиться по пласти или кромке, худшей для данной доски, а брусков и брусьев квадратного сечения — по худшей стороне.
К фрезерованным, в том числе погонажным, материала относятся различные профильные изделия: поручни для перил лестниц; плинтусы для оформления углов между полом и стенами; наличники для оформления дверных и оконных коробок; доски для облицовки; паркет штучный и др.
Лущеные, строганые и колотые лесоматериалы. Лущеные лесоматериалы, получают резанием древесины по спирали (лущением). Путем лущения — срезания слоя древесины в виде непрерывной ленты с вращающегося предварительно окоренного и нагретого (распаренного) отрезка ствола (чурака) — получают шпон толщиной от 0,55 до 1,5 мм. Лущеный шпон используется в качестве полуфабриката для изготовления клееной фанеры, слоистых пластиков и облицовки (фанерования) изделий из древесины. Строганые изготавливают резанием древесины ножами, формирующими плоскую поверхность раздела. Колотые — производят продольным разделением древесины клиновидными инструментами.
Измельченные лесоматериалы получают переработкой древесины на специальном оборудовании (рубильном, строгальном, размольном). К этой категории материалов относятся технологическая щепа, технологические опилки, стружка и древесная мука. Технологическая щепа, получаемая в виде товарной продукции из низкокачественной древесины и круглых отходов лесопиления, широко используется в производстве древесностружечных и древесноволокнистых плит, а также в качестве исходного сырья для изготовления древесных заполнителей в таких композиционных материалах и изделиях на их основе, как арболит, фибролит, цементно-стружечные плиты.
Композиционные древесные материалы. К этой категории древесных материалов относятся: клееная древесина и композиционные материалы на основе измельченной древесины. Клееная древесина подразделяется на слоистую клееную — фанера, фанерные плиты, древесно-слоистые пластики; массивную клееную — клееные доски, бруски, брусья, плиты и комбинированную клееную — столярные плиты, сочетающие в себе массивную древесину и шпон, паркетные доски, паркет щитовой, оконные и дверные блоки, щиты. Клееные материалы и элементы клееных конструкций в ряде случаев эффективнее железобетонных или металлических.
Фанера общего назначения представляет собой листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущеного шпона, обычно с взаимно перпендикулярным расположением волокон в смежных слоях; расположение слоев шпона возможно под углом 45° или звездообразно — под углом 30 и 60°. Наименование фанеры определяется породой древесины, из которой изготовлен лицевой слой (рубашка) изделия — березовая, ольховая, буковая, липовая, осиновая, тополевая, кленовая, еловая, сосновая, пихтовая, кедровая, лиственная. Склеивание фанеры производится разными, отличающимися различной стойкостью к действию воды и атмосферной влаги, клеями, например фенолформальдегидными, карбамидными и др. Фанера общего назначения используется для изготовления дверей, панелей, рам, опалубки, внутренней облицовки стен, потолков, перегородок, а водостойкая, высокой прочности и жесткости фанера применяется для создания пространственных несущих строительных конструкций.
Древесные слоистые пластики (ДСП) представляют собой композиционные материалы, изготавливаемые из листов березового лущеного шпона, пропитанных резольными смолами, и склеенные в процессе термической обработки под большим давлением. Пластики отличаются высокой плотностью (от 1230 до 1300 кг/м 3 ).
Древесностружечные плиты (ДСтП) получают путем горячего прессования формовочной массы, состоящей из смеси древесных стружек и полимерного связующего мочевиноформальдегидной или фенолоформальдегидной смол. По способу изготовления различают плиты плоского прессования, у которых древесные частицы расположены параллельно лицевым поверхностям плиты, и экструзионного (путем выдавливания из мундштука пресса) формования — с древесными частицами, расположенными преимущественно перпендикулярно этим поверхностям.
Для придания древесностружечным плитам био- и огнестойкости, гидрофобности в связующее или в стружку вводятся антисептики, антипирены или гидрофобные вещества. Плотность древесностружечных плит в зависимости от их структуры, способов формования может колебаться в пределах от 550 до 820 кг/м, а их водостойкость непосредственно связана с видом используемого связующего и породой древесины частиц стружки..
Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготавливаются методом горячего прессования волокнистых масс, состоящих из целлюлозосодержащих волокон, наполнителей, синтетических полимеров и специальных добавок. Древесноволокнистые плиты в зависимости от плотности подразделяются на мягкие (М), полутвердые (ПТ), твердые (Т) и сверхтвердые (СТ). Основным сырьем в технологии производства ДВП являются отходы лесозаготовок и деревоперерабатывающих производств (древесная щепа и дробленка), а также стебли камыша, льняная костра и другие растительные материалы.
Фибролит – плитный материал, получаемый в результате твердения неорганического вяжущего с наполнителем из спрессованной массы древесной «шерсти» — тонких длинных стружек. Древесную шерсть производят в виде лент шириной 4-7 мм и толщиной 0,25-0,5 мм из отходов хвойных и лиственных пород. Фибролит выпускают в виде крупноразмерных плит длиной до 3 м, шириной до 1,2 м, толщиной 30, 50, 70, 100 мм.
Арболит – изготавливают из цемента и древесных опилок, дробленой стружки или щепы.