Древесина в строительстве

В древесине ряда хвойных пород (сосна, лиственница, ель) присутст-пует также эпителиальная паренхима. Ее выделительные клетки окружают смоляные каналы (смоляные ходы), представляющие собой межклеточные каналы, заполненные смолой (живицей). В качестве примера на рис. 2.6 приведен поперечный разрез смоляного канала сосны. Различают вертикальные и горизонтальные смоляные каналы, образующие единую смолоносную систему.

Клетки древесины сообщаются между собой через поры. Поры – это неутолщенные участки клеточной стенки (перерывы) во вторичной стенке . Пора не является свободным отверстием, т.к. в ней имеется тонкая мембрана, состоящая из межклеточного вещества и первичной стенки двух смежных клеток. Пора пронизана мельчайшими отверстиями. В живых клетках эти отверстия заполнены тонкими нитями протоплазмы, соединяющими содержимое клеток в единое целое. Поре в оболочке одной клетки соответствует пора соседней клетки, т.е. образуется пара пор.

Анатомическое строение древесины лиственных пород. Лиственные породы имеют более сложное строение. Клетки их древесины более разнообразны и дифференцированы по функциям.

Основными анатомическими элементами древесины лиственных пород являются клетки либриформа, составляющие 25…75% ее объема. Клетки либриформа короче и примерно в два раза тоньше грахеид, их длина от 0,3 до 1,8 мм; отношение длины к ширине – около 40…50. Клетки либриформа имеют веретенообразную форму; они имеют узкие полости и толстые стенки со щелевидными порами.

Проводящими элементами в древесине лиственных пород служат тонкостенные широкополостные сосуды, составляющие 20…30% объема древесины. Сосуды содержатся только в древесине лиственных пород; хвойные породы сосудов не имеют. Сосуды – также мертвые элементы. Они представляют собой капилляры неопределенной длины, образующиеся в результате срастания коротких широких клеток – члеников (элементов) сосудов. Стенки сосудов имеют утолщения кольчатой, спиральной или сетчатой формы, придающие им прочность. В стенках сосудов располагаются многочисленные мелкие окаймленные поры, а на концах каждого членика в местах контакта друг с другом образуются перфорации различной формы в зависимости от породы. Диаметр сосудов составляет 0,02…0,5 мм.

Живая ткань – паренхима, обеспечивающая запасающую и проводящую функции, занимает в древесине лиственных пород больший объем (10% и выше), чем в древесине хвойных. Паренхимные клетки образуют сердцевинные лучи, а также ряды вертикальной паренхимы. Сердцевинные лучи в древесине лиственных пород развиты сильнее (5—34% объема ствола) и крупнее по размеру, чем у хвойных пород. Вертикальная (тяжевая, осевая) паренхима у лиственных пород также развита сильнее, чем у хвойных.

В древесине лиственных пород в небольшом количестве содержатся переходные клеточные элементы – трахеиды, сосудистые и волокнистые. Сосудистые трахеиды похожи на ранние трахеиды древесины хвойных пород и выполняют проводящую функцию, а волокнистые трахеиды -на поздние трахеиды хвойных и выполняют механическую функцию.

               Химический состав древесины.

Выбор древесного и другого растительного сырья зависит от вида и назначения конечного продукта и во многом определяется химическим составом и строением древесины. В целлюлозно-бумажном производстве необходимо древесина с волокнистым строением, в лесохимических производствах древесина рассматривается как источник низкомолекулярных продуктов и углерода, в гидролизных производствах — древесина с большим содержанием полисахаридов, а в производстве древесных плит и пластиков древесина используется как составная часть полимерных композиционных материалов.

Для применения в производстве бумаги и целлюлозы древесное сырье должно содержать достаточно много целлюлозы, а ее волокна должны обладать хорошими бумагообразующимн свойствами. Древесина для гидролизных производств должно выдавать высокий объем сахаров при кислотном гидролизе, причем, в зависимости от принадлежности к растениям покрытосеменным (лиственные древесные породы и сельскохозяйственные культуры, отходы которых утилизируются) или голосеменным (хвойные древесные породы), оно может использоваться в разных производствах. Так, древесину лиственных пород, а также сельскохозяйственные отходы, как пентозансодержащее сырье применяют в производстве фурфурола и ксилита, тогда как древесина хвойных пород, дающая при гидролизе высокий выход сбраживаемых сахаров — гексоз, может быть использована для производства этанола и углекислоты. Хвойные и лиственные древесные породы используют в производстве кормовых дрожжей. Химическое производство требует вполне определенного сырья. В канифольно-скипидарном производстве используются высокосмолистые хвойные породы. При пиролизе древесины ценным сырьем для производства активного угля служит древесина твердолиственных пород. Кроме того, больший выход уксусной кислоты достигается также из древесины лиственных пород, включающих в свой состав по сравнению с древесиной хвойных пород больше ацетил-содержащих гемицеллюлоз (ацетилированных ксиланов)

В любом процессе химической и химико-механической переработки древесины важную роль играет анатомическое строение древесины, в том числе капиллярно-пористая структура и строение ее тканей, которые влияют на проникновение растворов химических реагентов, пропитывающих растворов, связующих и т.д. Строение древесной ткани определяет метод ее разделения на волокна в целлюлозно бумажном производстве и в производстве ДВП.

При использовании древесины в качестве волокнистого сырья в первую очередь оценивают тип и содержание волокон и их ультраструктуру, от которых зависят бумагообразующие свойства. Для получения целлюлозы и бумаги наибольшую ценность представляют прозенхимные клетки, среди которых лучшими бумагообразующими свойствами отличаются трахеиды и волокна либриформа. Как уже отмечалось, из древесины хвойных пород получаются длинноволокнистые полуфабрикаты, а из древесины лиственных — коротковолокнистые. Содержащиеся в древесине лиственных пород сосуды ухудшают прочностные свойства волокнистых полуфабрикатов, но придают хорошую впитывающую способность бумаге. Паренхимные клетки при варке частично теряются, но содержимое сохранившихся в целлюлозной массе паренхимных клеток может создавать в производстве бумаги «смоляные затруднения» (ухудшать показатели качества бумаги, вызывать отложение «смол» на оборудовании и т.д.). В древесине лиственных пород по сравнению с хвойными содержится меньше волокон и больше коротких клеток, теряющихся при варке целлюлозы, но сильнее развита проводящая система, вследствие чего древесина некоторых лиственных пород имеет лучшую проницаемость и требует меньшего времени на варку. Лигнин древесины лиственных пород вследствие большей доли фенилпропановых единиц с двумя метоксильными группами имеет более редкую сетчатую структуру и менее способен к реакциям сшивания, чем лигнин древесины хвойных.

               Характеристика древесины.

Древесина в течение тысяч лет использовался как строительный материал и топливо.

Любая плотничная работа, с которой Вы столкнетесь, будь то постройка дачного домика либо просто отделка балкона, требует знания положительных и отрицательных сторон использования древесины. Это не только поможет Вам при строительстве, но и упростит саму процедуру постройки.

Главные положительные черты этого древнего материала – работа на растяжение-сжатие, возможность изгибания бруса, легкость создания любого среза.

Но есть и недостатки: дерево – легковоспламеняющийся материал, который подвержен грибковым заболеваниям, легко впитывают влагу и лакомый кусочек для насекомых. Годовые кольца, которые образуются на древесине, можно рассматривать как плюс – неповторимость окружностей можно использовать в дизайне. С другой стороны вросшая кора и сучки, которые частенько выпадают из досок – явный недостаток. При покупке древесины стоит учитывать, что сучки различаются по величине и формы, а стандарты разрешает возможное количество их в брусе.

И без того недостаточная прочность ухудшается возможностью появления трещин. Они могут появиться как во время обработки дерева, так и во время самого роста дерева. Трещины бывают образованными от мороза, а также внутренними и кольцевыми.

                Влажность древесины.

Древесина представляет собой пористый материал, состоящий в основном из гидрофильных компонентов, и поэтому она всегда содержит большее или меньшее количество воды, характеризуемое влажностью древесины. Различают два понятия – относительную влажность и абсолютную влажность.

Относительная влажность (влажность) – массовая доля воды, выраженная в процентах по отношению к массе влажной древесины.

Абсолютная влажность (влагосодержание) – массовая доля воды, выраженная в процентах по отношению к массе абсолютно сухой древесины.

Абсолютно сухой древесиной условно называют древесину, высушенную до постоянной массы при температуре 103±2°С. Значениями опюсительной влажности пользуются в анаоизе древесины при расчете массовых долей ее компонентов. Абсолютную влажность используют для характеристики образцов древесины при их сравнении по содержанию воды. По этому показателю различают следующие виды древесины.

Воздушно-сухая древесина – древесина, высушенная на воздухе •to равновесного состояния ее влажности с относительной влажностью воздуха. Абсолютная влажность такой древесины составляет 15…20%.

Комнатно-сухая древесина — древесина, выдержанная в отапливаемом помещении и имеющая абсолютную влажность 8… 12%.

Свежесрубленная древесина – древесина с абсолютной влажностью в среднем 50… 100% в зависимости от времени рубки (содержание моды значительно выше весной и меньше всего зимой), а также древесной породы и условий произрастания.

Мокрая древесина — древесина, получающаяся при длительном нахождении в воде; ее абсолютная влажность выше 100% (до 200% и более).

Распределение воды в дереве неравномерно. Оно выше в проводящих тканях и тканях, образованных живыми клетками (меристематических и наренхимных). Поэтому корни и ветви содержат больше воды, чем ствол; комель и вершина больше средней части ствола; древесина заболони кнойпых пород – больше, чем древесина ядра. В древесине лиственных порол содержатся проводящие анатомические элементы — сосуды, в связи с чем вода распределяется по поперечному сечению ствола более равномерно. В коре влажность флоэмы (луба) значительно (в 7… 10 раз) выше, чем у корки. В ассимиляционных тканях, находящихся в листьях и хвое и участвующих в процессах фотосинтеза и транспирации (см. раздел 1.1), содержание воды также выше, чем в стволе.

В связи с неравномерным распределением воды в дереве и особенностями строения различают следующие виды древесины. Древесные породы. имеющие четко выраженное темноокрашенное ядро, называют ядровыми (например, сосна, лиственница, дуб, эвкалипт). У некоторых древесных пород центральная часть ствола не отличается от наружной по цвету, но подобно ядру в свежесрубленном состоянии содержит меньше воды, чем периферическая часть. Такая древесина называется спелой, а древесные породы – спелодревесными (ель, пихта, бук). Если же между древесиной центральной и наружной частей ствола нет различий ни в цвете, ни в содержании воды, то древесные породы называют заболонными (береза, клен, липа)

Древесная ткань представляет собой гетерокапиллярную систему, в которой существуют капиллярные пространства первого порядка – макрокапилляры и более мелкие второго порядка — микрокапилляры.

К капиллярным пространствам первого порядка относят более крупные капилляры: межклетники, полости клеток и поры в стенках клеток. К капиллярным пространствам второго порядка относят более тонкие капилляры в клеточной стенке между ламеллами, фибриллами, микрофибриллами и внутри микрофибрилл.

Высокая гидрофильность углеводной части древесины обусловливает гигроскопичность древесины (влагопоглощение) – способность поглотать (сорбировать) пары воды из воздуха. При этом вода заполняет капилляры второго порядка в клеточной стенке и адсорбируется поверхностями капилляров первого порядка; она называется гигроскопической влагой.

Сорбционная способность древесины складывается из сорбционных способностей ее высокомолекулярных компонентов – целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина. При этом адсорбция – это поглощение на поверхности раздела фаз. а абсорбция – растворение поглощаемого низкомолекулярного вещества (воды) в полимере (высокомолекулярных компонентах) с образованием твердого раствора, причем при абсорбции полимер обычно набухает. Набухание сопровождается контракцией. При поглощении первых порций воды (~ до 6%) объем набухшей древесины оказывается меньше суммы объемов сухой древесины и поглощенной воды.

По сорбционной способности по отношению к парам воды при 25°С древесину (ее сорбционная способность условно принята за единицу) и входящие в ее состав компоненты можно расположить в следующий ряд: гемицеллюлозы (1,56) > холоцеллюлоза (1,09) > древесина (1,0) > целлюлоза (0,94) > лигнин (0,6).

При поглощении древесиной гигроскопической влаги наблюдается характерный гистерезис — отставание обратного процесса десорбции от прямого процесса сорбции, т.е. кривая сушки отстает от кривой увлажнения. Всю изотерму сорбции паров воды из воздуха древесиной можно условно подразделить на четыре зоны. На начальном крутом подъеме изотермы сорбции (/) при относительной влажности окружающего ноздуха 10…20% при поглощении первых порций гигроскопической влаги (примерно 3…4%) вода адсорбируется на внутренней поверхности древесины, причем в процессе набухания доступная поверхность увеличивается.

                Структура древесины.

Под структурой древесины здесь понимаются ее анатомическое строение, морфология волокон, включая ультраструктуру клеточных стенок, и химический состав. Отличительной особенностью древесины как источника сырья в химической технологии является ее неоднородность. Плотность, пористость и проницаемость древесины, ее механические и сорбционные свойства, а также химический состав, анатомическое строение и морфология волокон зависят не только от породы и возраста дерева, но также и от условий его произрастания и от того, из какой части ствола отобран анализируемый образен. Причиной такой неоднородности являются особенности формирования древесины как составной части живого организма — дерева.