Лекции по "Коррозии строительных материалов"

y">    готовые изделия и конструкции, изготовляемые специально в заводских условиях (столярные плиты, оконные и дверные блоки, элементы и детали сборных домов, клееные конструкции), свойства древесины при этом используются более рационально;

    синтетические материалы, получаемые при глубокой переработке древесного сырья (древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты, клееная фанера, арболит и др.), при этом появляется  возможность наиболее полно использовать древесину и вовлекать в переработку почти все древесные отходы, образующиеся при обработке древесины. 

    11.1  Строение древесины

    Древесина имеет анизотропное строение и, поэтому, для более полного представления  о качестве макроструктуры древесины  ее изучают по трем разрезам ствола дерева: поперечному (торцевому), радиальному продольному (по диаметру или радиусу) и тангенциальному продольному (по хорде). В поперечном и радиальном разрезах ствола различают следующие основные части:  кору, камбий, собственно древесину (заболонь и ядро) и сердцевину.

    На  этих же разрезах различимы концентрически расположенные слои, каждый из которых соответствует одному году жизни дерева.

    Ранняя  древесина, образованная весной и в начале лета, имеет светлые крупные тонкостенные клетки, большую пористость и невысокую прочность.

      Поздняя древесина, образовавшаяся летом и в начале осени, имеет темный цвет, более высокие плотность и прочность. Годичный слой состоит из кольца ранней и кольца поздней древесины, хорошо различимых на торцевом сечении большинства древесных пород. Чем толще слой поздней древесины, тем выше прочность древесной породы в целом.

    Строительной  древесиной называют освобожденную от коры ткань древесных волокон, которая содержится в стволе дерева.

      Тканью называется  группа клеток  с одинаковым строением  и функциями.

    Основную  массу древесины составляют растительные клетки, вытянутые вдоль ствола (микроструктура). Некоторые клетки вытянуты в поперечном направлении (клетки сердцевинных лучей). Каждая клетка имеет оболочку (стенку), древесина растущего дерева содержит живые и отмершие клетки. В живых клетках содержится протоплазма, ядро и клеточный сок. Срубленная древесина состоит из  омертвевших клеток, т.е. из клеточных оболочек.

    Оболочки  клеток сложены из нескольких слоев  очень тонких волоконец, называемых микрофибриллами, которые, в свою очередь, состоят из длинных нитевидных цепных молекул целлюлозы - высокомолекулярного природного полимера (С₆Н₅О₅) со сложным строением макромолекул, которые очень эластичны и сильно вытянуты.

    По  назначению клетки делятся  на три группы: проводящие, механические и запасающие.

    Проводящие, – служащие для передачи питательных веществ от корней к ветвям и листьям, в основном находятся в камбии и заболони. В лиственных породах ими являются сосуды, расположенные вдоль оси ствола. В лиственных породах (дуб, вяз, ясень) имеются крупные сосуды, располагающиеся в ранней части годичного слоя, и мелкие, собранные в группы или распределенные по всей площади поздней древесины. Деревья хвойных пород сосудов не имеют, они состоят из замкнутых удлиненных клеток - трахеид.    У большинства хвойных пород между трахеидами в поздней части годичного слоя находятся смоляные ходы - межклеточные пространства, заполненные смолой.

    Механические клетки имеют вытянутую форму, толстые стенки и узкие внутренние полости, которые плотно соединены между собой. Эти клетки в основном придают древесине высокую прочность, занимая основной объем ствола.

 

    

    Запасающие клетки находятся большей частью в сердцевинных лучах и служат для хранения и передачи питательных веществ живым клеткам в горизонтальном направлении. Эти клетки очень слабые и легко загнивают. 

    11.2 Свойства древесины

    Истинная  плотность древесины изменяется незначительно, так как древесина  всех деревьев состоит из одного и  того же вещества – целлюлозы. В связи с этим истинную плотность древесины принимают равной 1,54 г/см³.

    С увеличением влажности плотность  древесины возрастает.

    Изменение влажности сказывается на прочности, плотности, теплопроводности, приводит к изменению формы и размеров изделия.

    По  содержанию влаги различают:

    – мокрую древесину с влажностью до 100% и более;

    –  свежесрубленную с влажностью 35% и более;

    – воздушно-сухую с влажностью 15...20%;

    –  комнатно-сухую с влажностью 8...15%;

    – абсолютно-сухую, получаемую путем высушивания древесины до постоянной массы при температуре 105...110 °C.

    В древесине постоянно имеется  влага гигроскопическая и капиллярная (свободная).

      Гигроскопическая влага, связанная молекулярными силами адсорбции и капиллярной конденсации, закрепляется в стенках клеток и покрывает поверхность мельчайших пор водными оболочками. Клетки при этом набухают, увеличиваются в объеме, что приводит к снижению прочности.

      Капиллярная (свободная) влага заполняет полости клеток и межклеточное пространство в условиях водопоглощения при контакте древесины с водой.

      Влажность древесины, соответствующая предельному количеству гигроскопической влаги, называется точкой насыщения волокон и изменяется в пределах 23…35% для различных пород древесины.

      Влажность, которую древесина набирает при длительном нахождении в условиях с постоянными значениями относительной влажности и температуры, называется равновесной..

      В связи с тем, что основные  свойства древесины находятся  в непосредственной зависимости от влажности древесины, то все показатели свойств приводятся к стандартной влажности,  равной 12%.  

    Усушка, разбухание и коробление связаны с колебаниями влажности волокон древесины. При увлажнении сухой древесины до достижения ею предела гигроскопичности стенки древесных клеток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий. Усушка древесины происходит за счет удаления связанной влаги из стенок клеток, т.е. если влажность древесины становится меньше предела гигроскопичности, то усушка достигает максимального значения при полном удалении влаги, содержащейся в клеточных стенках.

    Вследствие  неоднородности строения, древесина  усыхает в различных направлениях неодинаково. Вдоль волокон максимальная линейная усушка около 0,1%, в радиальном направлении – 3…6%, а в тангенцальном – 6…12%.

    Усушка  и разбухание древесины вызывает коробление и растрескивание лесных материалов.

    Различают продольную покоробленность, поперечную и крыловатость.

 

    

    Поскольку коробление изменяет форму пиломатериалов, то она затрудняет их обработку и использование по назначению.

    Для предотвращения коробления и растрескивания деревянных изделий используют древесину  с той равновесной влажностью, которая будет в условиях эксплуатации.

    Так, для столярных изделий влажность  древесины не должна быть более 8…10%, а для наружных конструкций – 15…18%. Чтобы защитить древесину от последующего увлажнения, ее покрывают красками, лаками и эмалями.

    Механические  свойства древесины неодинаковы  в различных направлениях и также  зависят от многих факторов. То же относится и к плотности древесины.

    Прочность древесины определяют путем испытания  малых, чистых (без видимых пороков) образцов древесины.

    В табл. 11.1 показаны средние значения прочности разных пород древесины.

Таблица 11.1

Средние показатели строения и физико-механических свойств древесины 

 

     11.3 Пороки древесины

 Пороками  древесины называют изъяны, возникающие  на стадии роста или хранения дерева, что непосредственно снижает качество и ограничивает использование лесоматериалов в строительных конструкциях. Их принято подразделять на ряд специфических групп: сучки, трещины, пороки формы ствола, пороки строения древесины, химические окраски, грибные поражения, повреждения насекомыми, инородные включения, деформации. Пороки растущего дерева обычно переходят в срубленную древесину. В ней возникают собственные пороки — грибные поражения, химические окраски и др. Полная характеристика пороков и их влияния на качество древесины приведены в ГОСТ 2140—81, где все пороки древесины разделены на девять групп.

      Сучки — живые и отмершие, закрытые и заросшие, здоровые и загнившие представляют собой части (основания) ветвей, заключенные в древесине (рис. 7.13). Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон и годичных слоев, уменьшают рабочее сечение  пиломатериалов, что понижает прочность  древесины, затрудняет ее механическую обработку и ухудшает внешний вид готовых изделий.

    Для изготовления несущих деревянных конструкций  допускается древесина, имеющая лишь здоровые сучки, число и размеры которых ограничены для каждого сорта материала. Особенно вредны выпадающие, рыхлые и табачные несросшиеся сучки. 

       

 

    Рис.11.1. Сучки различных видов:

    а) здоровый, б) роговой, в) выпадающий 

 Ненормальные окраски и гнили возникают под влиянием различных причин в период роста или хранения ствола и имеют различную степень вредности. Среди этой разновидности пороков наиболее выделяются: ложное ядро — встречается чаще всего у бука, березы и других заболонных и спелодревесных пород, иногда располагается эксцентрично. Оно отличается от настоящего ядра древесины по времени образования, форме и размерам. Ложное ядро не оказывает значительного негативного влияния, если отсутствуют признаки загнивания, но может нарушить общую фактуру изделия. Пятнистость (радиальная и тангенциальная) наблюдается на торце в виде пятен шириной не больше годичного слоя, вытянутых на радиальном срезе незначительно в виде узких полос, а на тангенциальном — в виде широких полос, вытянутых вдоль ствола, иногда на несколько метров. Этот порок ухудшает внешний вид пиломатериалов, не влияя на их механические свойства.