Древесина в строительстве

Неоднородность структуры древесины

Наличие в дереве тканей, выполняющих различные функции и потому имеющих различное строение, обусловливает неоднородность структуры древесины. Не случайно поэтому она является анизотропным материалом, у которого в отличие от изотропного материала свойства неодинаковы в трех направлениях: аксиальном (вдоль оси ствола), радиальном (перпендикулярно оси ствола) и тангенциальном (перпендикулярно радиусу ствола). Древесина неоднородна по химическому составу, анатомическому строению и морфологии волокон, включая ультраструктуру клеточных стенок. Здесь будет рассмотрена неоднородность, связанная с возрастом и условиями произрастания дерева, а также с особенностями заготовки древесины в качестве сырья для химической переработки.

Ювенильная древесина формируется вокруг сердцевины ствола в течение ранних (юных) лет жизни дерева. Продолжительность ггого периода зависит от породы и главным образом от скорости роста. В возрасте 20 лет приблизительно 60% от общего объема ствола сосны {Loblolly pine) состоит из ювенильной древесины, а в возрасте 40 лет – приблизительно 20%.

Отличия ювенильной древесины хвойных пород от нормальной (спелой) древесины заключаются в следующем. Она состоит из более коротких волокон (трахеид), имеющих более тонкие клеточные стенки и меньшее м ношение ширины к длине, но более высокий угол наклона микрофибрилл в клеточной стенке.

Ювенильная древесина отличается также более низким содержанием но (дней древесины, однако содержит больше реактивной и сучковатой ирспссины (см. ниже). Содержит больше лигнина, но меньше целлюлозы и имсс! более низкую плотность. Указанные различия оказывают существенное влияние на процессы механической и химической переработки та-Knli древесины и свойства конечной продукции. Поэтому при коммерческом использовании ювенильная и нормальная древесина из одного и того же стола могут рассматриваться как два различных материала.

Реактивная древесина. В древесине могут возникать изменения, обусловленные отклонениями деревьев по разным причинам от вертикального положения. В результате условия роста на разных сторонах ствола оказываются разными, и как реакция на дополнительную нагрузку появляется древесная ткань, отличающаяся строением от нормальной («реактивная» древесина). В зоне аномальной древесины можно наблюдать более широкие кольца прироста, особенно в древесине хвойных пород. У хвойных деревьев такая древесина развивается на нижней стороне наклоненного ствола в зоне сжатия и называется сжатой (креневой) древесиной, а у лиственных деревьев — на верхней стороне ствола в зоне растяжения и называется тяговой древесиной.

Сжатая древесина темнее нормальной из-за большего содержания лигнина и меньшего целлюлозы и более плотная. Присутствие крени в балансовой древесине (сырье для варки целлюлозы) снижает выход чистой целлюлозы при варке, получаемая техническая целлюлоза труднее белится; качество древесной массы при наличии крени ухудшается. Тяговая древесина по сравнению с нормальной содержит меньше лигнина и больше целлюлозы, но по цвету ее отличить трудно. Таким образом, реактивная древесина отличается от нормальной как по анатомическому строению, так и по химическому составу.

Сучья представляют собой врезавшиеся в ствол части ветвей или, точнее, основания ветвей. Сучья тверже, плотнее, обычно более смолисты и труднее провариваются, чем нормальная древесина. По этой причине они остаются непроваренными в течение делигнификации и снижают выход отсортированной целлюлозы. Кроме того, ствол ниже и выше сучьев обогащен реактивной древесиной.

В перестойных лесах формируется древесина, также отличающаяся от нормапьной. Перестойный лес — насаждение, достигшее возраста, при котором почти прекращаются рост деревьев и прирост древесины. Наиболее заметно прекращение роста деревьев в высоту, менее – по диаметру. Возраст перехода леса в перестойное состояние зависит от состава древесных пород и условий произрастания. Дубовый лес становится перестойным (в среднем) со 180-летнего возраста, сосновый – со 140 лет, еловый -со 120 лет, березовый – с 60.. .70, осиновый – с 50. ..60 лет.

Вообще же возраст деревьев может достигать нескольких сотен и даже тысяч лет: например, у африканских баобабов 4000…5000 лет. дуба-до 2000, ели – до 1200, лиственницы – 600…950, сосны 570, березы – 120 лет.

Для перестойного леса характерно распространение различных заболеваний деревьев. Эти заболевания вызывают загнивание и разрушение древесины, вследствие чего деревья под влиянием сильного ветра ломаются и выворачиваются с корнями. В лесном хозяйстве перестойным лесом называют лес, возраст которого превышает принятый возраст рубки. Для пригодности к лесозаготовке скандинавской ели или сосны проходит около 75 лет по сравнению с сосной на юге США, где вследствие мягкого климата на протяжении всего года этот период занимает только 25 лет. В условиях плантационного выращивания эвкалипта в Бразилии аналогичный период составляет только 7 лет.

С точки зрения химической переработки важно и то, что древесина в перестойных лесах отличается более низкой гидрофильностью, т.е. способностью удерживать воду. Вследствие этого снижается ее способность к пропитке водой и водными растворами соединений, используемых в различных технологических процессах, например варочными растворами при получении целлюлозы.

Заготовка в качестве сырья для химической переработки сопровождается увеличением неоднородности древесины. Имеется в виду смешение различных частей деревьев, а иногда и различных пород древесины, поступающей на конкретное предприятие из разных источников.

Например, целлюлозно-бумажные комбинаты не только сами готовят щепу для варки целлюлозы, но и получают ее с лесопильных заводов. От них поступают части ствола, которые не используются для изготовления досок. Они представляют собой главным образом наружные слои ствола (заболонную древесину). Щепа из заболонной древесины пропитывается значительно быстрее и состоит из более длинных волокон, чем щепа из центральной части ствола. Перед использованием проводят окорку древесины, т.е. удаление коры. Тем не менее, небольшая часть коры остается в щепе, что приводит к ухудшению такого показателя качества целлюлозы, как сорность.

            Способы обработки древесины.

Различают два способа обработки древесины: без снятия стружки и со снятием стружки.

К способам обработки древесины без снятия стружки относятся: раскалывание, разрезание и высечка штампами, которые выполняются при помощи клиновидных и криволинейных контурных резцов. К способам обработки древесины со снятием стружки относятся: пиление, строгание, лущение, фрезерование, сверление, долбление, точение и шлифование.

Пиление производят ленточными пилами с прямолинейным поступательным перемещением, плоскими пильными полотнами с возвратно-поступательным перемещением, дисковыми цилиндрическими вращающимися пилами.

Строгание и лущение осуществляют прямолинейным движением клиновидного резца по обрабатываемой древесине или движением обрабатываемого материала, подвигающегося на резец.

Фрезерование ведут при прямолинейном или криволинейном перемещении обрабатываемой древесины либо инструмента.

Сверление — процесс отборки в древесине гнезд и отверстий круглого или продолговатого сечения при помощи вращающихся сверл.

Долбление производят полым или цельным долотом (клиновидным резцом), имеющим возвратно-поступательное движение, или звеньями режущей цепи. Точение производят резцами с закругленным или косым лезвием.

Шлифование осуществляют шлифовальными (абразивными) инструментами в виде цилиндров, дисков или в виде бесконечной ленты, движущейся на вращающихся шкивах с шлифующими полотнами.

Ручную обработку древесины — рубку, теску, поперечную или продольную распиловку, строжку, сверление и долбление — допускают в исключительных случаях при малых объемах работ.

Механизированная обработка древесины приобретает особое значение при заводском изготовлении конструкций и деталей.

Характер обработки и величина приложенных усилий зависят от направления движения резца по отношению к направлению волокон дерева.

Различают следующие главные разновидности резания: торцовое резание, при котором плоскость резания и направление резания перпендикулярны к направлению волокон древесины; продольное резание, при котором плоскость резания и направление резания параллельны направлению волокон древесины; поперечное резание, при котором плоскость резания параллельна, а направление резания перпендикулярно направлению волокон древесины.

Различают также и переходные случаи элементарного резания: продольно-торцовое, поперечно-продольное и поперечно-торцовое.

Если процесс обработки древесины по своим признакам выходит за пределы элементарного резания, то такой вид называется сложным резанием.

Механизированная обработка древесины в настоящее время может производиться с помощью различных станков на деревообделочных заводах и в мастерских и с помощью механизированного инструмента непосредственно на строительных площадка.

                 Хранение древесины.

Свежеспиленное дерево имеет влажность 60 — 70 %, при хранении на воздухе влажность снижается до 15 — 22 %.
При быстрой сушке древесина коробится, поэтому ее нельзя хранить на солнце.

Нестроганые доски хранят уложенными в штабель размером 3 см, прокладывая между ними рейки 2х2 см. Для защиты от дождя устраивают навес из фанеры, досок или полиэтиленовой пленки. Строганные доски укладывают без реек так, чтобы длинные и широкие доски находелись внизу, а короткие — наверху, причем их обязательно хранят в горизонтальном положении во избежание коробления. Пиломатериалы особенно быстро высыхают с торца, а поэтому на торцы рекомендуется нанести клеевую краску или набить планку .
Черновую обработку древесины обычно выполняют топором. Топор используют также для забивания и вытаскивания гвоздей. Для формирования ручек, топорищ, для окорки и зачистки бревен используют скобель.

                              Заключение.

Древесина – материал будущего

Владимир ФРАДКИН

Разрабатывая новые строительные и конструкционные материалы, химики и технологи главное внимание уделяют их эксплуатационным свойствам. Такие критерии как экологичность или расход сырьевых и энергоресурсов отходят поначалу на второй план. Но, в конечном счете, они играют весьма заметную роль потому, что в значительной мере диктуют рыночную цену нового материала. Именно поэтому интерес к традиционным материалам на основе возобновляемых видов сырья стремительно растёт. Типичным примером может служить древесина. Благодаря новым технологиям она может сегодня во многих областях успешно конкурировать с металлами, полимерами и даже керамикой.

         Список использованной литературы.

■ Ковалев Ю. Архитектура деревьев. НиТ, 2003.

■ Григорьев М. А. Справочник молодого столяра и плотника: Учебн. пособие для профтехучилищ. — 2-е изд. — М.: Лесная промышленность, 1984. — 239 с. — 70 000 экз.

■Григорьев М. А. Материаловедение для столяров, плотников и паркетчиков: Учебн. пособие для ПТУ. — М.: Высшая школа, 1989. — 223 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-06-000345-0

■Яценко-Хмелевский А. А., Никонорова Е. В. Строение древесины основных лесообразующих пород второго яруса : Учебн. пособие для студентов специальности 1512 / Ленингр. ордена Ленина Лесотехническая академия им. С. М. Кирова; Отв. ред. к. б. н., доцент К. И. Кобак. — Л.: ЛТА, 1982. — 67 с.

■Яценко-Хмелевский А. А. Принципы систематики древесин // Труды Ботанического института Академии наук Армянской ССР. — Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1948. — Т. 5. — С. 5—156.

                                *************************

1