ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Раздел: Строительство

Физические и механические свойства древесины определяются ее анатомическим строением и тонкой структурой ее клеточных оболочек.

Основным элементом древесных хвойных пород ( 36) являются трахеиды, которые занимают до 95% общего объема древесины ствола. Трахеиды представляют собой вытянутые вдоль ствола пустотелые отмершие клетки, проводящие воду от

корней к кроне; они придают древесине механическую прочность. Длина трахеид от 2 до 5 мм, ширина 30—70 jx, толщина стенок трахеид в ранней части годичного слоя 2—3 ja, в поздней 5—7 ц, что определяет значительно большую прочность поздней древесины по сравнению с ранней. Другим структурным элементом являются сердцевинные лучи, которые в хвойных породах занимают около 7%, в лиственных—18% полного объема древесины. Клетки их имеют радиальное направление.

Для строения лиственных пород характерно наличие водо- проводящих клеток-сосудов и клеток либриформа (древесные волокна); последние занимают до 75% всего объема древесины, имеют толстые стенки и придают прочность стволу.

Оболочка (стенка) клетки состоит из трех основных слоев ( 37): наружного тонкого первичного слоя, окруженного межклеточным веществом, вторичного слоя, имеющего большую толщину и массивность, и внутреннего третичного тоже тонкого слоя.

Первичный и вторичный слои построены главным образом из целлюлозы, но в них содержится и лигнин; целлюлоза и лигнин представляют в них как бы две взаимно проникающие системы. В третичном слое лигнина нет.

Механическая прочность древесины определяется наличием массивного вторичного слоя. Вторичный слой в свою очередь состоит из ряда концентрических слоев: более плотных (светлых) и менее плотных (темных). Предполагают, что в более светлых слоях преобладает целлюлоза, а в более темных — лигнин. Каждый из вторичных слоев состоит из тончайших нитей — фибрилл, расположенных спиралеобразно (под углом 0—30°) вдоль оси волокна ( 37). В наружных слоях направление фибрилл почти перпендикулярно оси волокна. Фибриллы состоят из определенных прупп макромолекул.

Спиральное строение вторичных слоев, подобное строению стального троса или витого пенькового каната, определяет, по- видимому, значительную прочность их на растяжение.

Древесина состоит из органических веществ, в состав которых входят углерод (С), водород (Н), кислород (О) и немного азота (N). Независимо от породы в абсолютно сухой древесине в среднем содержится 49,5% углерода, 6,3% водорода и 44,2% кислорода (вместе с ~ 0,12% азота). Кроме органических веществ, в состав древесины в незначительном количестве входит ряд минеральных веществ. Входящие в состав древесины химические элементы образуют сложные органические вещества, часть которых составляет клеточную оболочку: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы, а другая часть содержится в полостях клеток: дубильные, красящие вещества, смолы, эфирные масла. В среднем можно принять, что в древесине хвойных пород содержится 48—56% целлюлозы, 26—30% лигнина и 23—26% геми- целлюлоз. Древесина лиственных пород содержит несколько меньше целлюлозы и лигнина и больше гемицеллюлоз. Таким образом, основными химическими элементами древесины являются целлюлоза, ее производные и лигнин.

Целлюлоза состоит из длинных цепных молекул. Существуют две теории строения целлюлозы: мицеллярная теория и теория аморфного строения. Мицеллы представляют собой пучок правильно расположенных, параллельных друг другу цепных молекул и имеют форму и свойства кристаллов. Мицеллы группируются в мицеллярные ряды, которые состоят из кристаллических участков (мицелл), чередующихся с участками аморфного вещества между ними. Современная мицеллярная теория предполагает существование в целлюлозе не только кристаллических областей, но и аморфных. Теория аморфного строения целлюлозы отвергает наличие мицелл и предполагает дезориентированное расположение цепей. Проведенные в последнее время с помощью электронного микроскопа исследования природного волокна рами показали, что в природной целлю: лозе этой породы имеются геометрически упорядоченные области с микрокристаллическим строением.