Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Строительные материалы

Книги по строительству и ремонту

Растущее дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны. Промышленное значение имеет ствол, так как из него получается от 60 до 90 % древесины.

 Макроструктурой называют строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом или через лупу микроструктурой— видимое под микроскопом. Обычно изучают три основных разреза ствола: поперечный (торцовый), радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный, проходящий по хорде вдоль ствола (10.1, а).

Макростроение древесины.

При рассмотрении разрезов ствола дерева невооруженным глазом или через лупу можно различить следующие основные его части: сердцевину, кору, камбий и древесину (10.1, б).

 Сердцевина состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Сердцевина совместно с древесной тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. Эта часть ствола дерева легко загнивает и имеет малую прочность.

 Кора состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка или кожица и пробковая ткань защищают дерево от вредных влияний среды и механических повреждений. Луб проводит питательные вещества, от кроны в ствол и корни.

 Под лубяным слоем у растущего дерева располагается тонкий кольцевой слой живых клеток — камбий. Ежегодно в вегетативный период камбий откладывает в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большем объеме — клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осенью.

Поэтому древесина ствола (часть ствола от луба до сердцевины) в поперечном разрезе состоит из ряда концентрических так называемых годичных колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каждое годичное кольцо состоит из двух слоев: ранней (весенней) древесины, образовавшейся весной или в начале лета, и поздней (летней) древесины, которая образуется к концу лета. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но тонкостенных клеток; поздняя древесина более темного цвета, менее пориста и обладает большей прочностью, так как состоит из мелкополостных клеток с толстыми стенками.

В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных — дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается и она становится более прочной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола, состоящую из мертвых клеток, называют у некоторых пород ядром, у других — спелой древесиной. Часть более молодой древесины ствола ближе к коре, в которой еще имеются живые клетки, обеспечивающие перемещение питательных веществ от корней к кроне, называют заболонью. Эта часть древесины имеет большую влажность, относительно легко загнивает, малопрочна, обладает большей усушкой и склонностью к короблению.

Породы, у которых ядро отличается от заболони более темной окраской и меньшей влажностью, называют ядровыми (сосна, лиственница, дуб, кедр и др.). Породы, у которых центральная часть ствола отличается от заболони только меньшей влажностью, называют спелодре-весными (ель, пихта, бук, липа и др.). Древесные породы, у которых нельзя заметить значительного различия между центральной и наружной частями древесины ствола, носят название заболонные породы (береза, клен, ольха, осина и др.).

В древесине всех пород располагаются сердцевинные лучи, которые служат для перемещения влаги и питательных веществ в поперечном направлении и создания запаса этих веществ на зимнее время. У хвойных пород они обычно очень узки и видны только под микроскопом.

Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.

 Микростроение древесины.

Изучая строение древесины под микроскопом, можно увидеть, что основную ее массу составляют клетки веретенообразной формы, вытянутые вдоль ствола (10.2, 10.3). Некоторое количество клеток вытянуто в горизонтальном направлении, т. е. поперек основных клеток (клетки сердцевинных лучей).

В древесине лиственных пород имеются мелкие и крупные сосуды, имеющие форму трубочек, идущих вдоль ствола. В растущем дереве по сосудам передвигается влага от корней к кроне. По распределению сосудов в поперечном сечении лиственные породы разделяют на кольцесосудистые (дуб, вяз, ясень и др.) и рассеяннососудистые (бук, граб, ольха, береза,  осина  и др.)   (см. 10.2).

У хвойных пород сосудов нет, их функции выполняют удлиненные замкнутые клетки, называемые трахеидами (см. 10.3). У большинства хвойных пород, преимущественно в слоях поздней древесины, расположены смоляные ходы — межклеточные пространства, заполненные смолой.

Крупные полые клетки, стенки которых пронизаны мелкими отверстиями, образуют древесные сосуды в виде овальных трубочек, идущих вдоль ствола (см. 10.4, 1)

Трахеиды весеннего слоя (10.4,4), веретенообразные клетки, вытянутые вдоль ствола, имеют широкую полость и тонкую стенку. Оболочки клеток имеют поры, через которые клетки сообщаются друг с другом

Клетки механической (опорной) ткани

Узкие клетки, вытянутые в длину с заостренными концами и сравнительно толстыми оболочками, образуют древесные волокна, называемые лнбриформ (10.4,2). Эти элементы равномерно распределены по годичному слою, плотно соединены между собой, что и придает лиственным породам необходимую прочность

Различают запасающие клетки — древесную и сающей ткани лучевую паренхиму. Древесная паренхима состоит из тонкостенных клеток шаровидной или кубической формы, располагающихся в древесине вертикальными рядами: в них создается запас питательных веществ.

В клеточной оболочке содержатся и другие природные полимеры — лигнин и гемицеллюлоза, которые размещаются преимущественно между микрофибриллами, а также небольшое количество неорганических веществ в виде солей щелочноземельных металлов.

 Истинная плотность древесины всех деревьев изменяется незначительно, так как древесина состоит в основном из одного вещества — целлюлозы. Среднее значение истинной плотности древесины можно принять равным 1,54 г/см3.

 Средняя плотность древесины разных пород и даже древесины одной и той же породы колеблется в весьма широких пределах, поскольку строение и пористость растущего дерева зависят от почвы, климата и других природных условий. У большинства древесных пород в абсолютно сухом состоянии она меньше 1. г/см3.

 Пористость древесины изменяется в широких пределах (от 30 до 80 %)

 Гигроскопичность и влажность.   Древесина,   имея волокнистое строение и большую пористость, обладает огромной внутренней поверхностью, которая легко сорбирует водяные пары из воздуха (гигроскопичность). Влажность, которую приобретает древесина в результате длительного нахождения на воздухе с постоянной температурой и влажностью, называется равновесной. Она достигается в тот момент, когда упругость паров над поверхностью древесины оказывается равной упругости паров окружающего ее воздуха. Между равновесной влажностью древесины и параметрами окружающего воздуха (относительная влажность и температура) существует зависимость, которая выражается диаграммой (10.6).

По содержанию влаги различают мокрую древесину— с влажностью до 100% и более; свежесрублен-ную — 35 % и выше; воздушно-сухую—15...20 %; ком-натно-сухую — 8...12 % и абсолютно сухую древесину, высушенную до постоянной массы при температуре 103+2 °С. Стандартной принято считать влажность древесины 12 %..

Вода в древесине может находиться в трех состояниях — свободном, физически связанном и химически связанном. Свободная или капиллярная вода заполняет полости клеток и сосудов и межклеточные пространства. Физически связанная или гигроскопическая вода находится в стенках клеток и сосудов древесины в виде тончайших гидратных оболочек на поверхности мельчайших элементов, слагающих стенки клеток.

Влажность древесины, при которой стенки клеток насыщены водой (предельное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточные пространства свободны от воды (отсутствие капиллярной воды), называют Е,В% пределом гигроскопической влажности. Для древесины различных пород она колеблется от 23 до 35 % (в среднем 30 %) от массы сухой древесины. Гигроскопическая вода, покрывая поверхность мельчайших элементов в стенках клеток водными оболочками, увеличивает и раздвигает их. При этом объем и масса древесины увеличивается, а прочность снижается. Свободная вода, накапливаясь в полостях клеток, существенно не изменяет расстояния между элементами древесины и поэтому не влияет на ее прочность и объем, увеличивая лишь массу, теплопроводность и теплоемкость.

 Усушка, разбухание и коробление. Как уже отмечалось, изменение влажности древесины от нуля до предела гигроскопической влажности вызывает изменение ее линейных размеров и объема — усушку или разбухание, величина которых зависит от количества испарившейся или поглощенной ею влаги и направления волокон (10.7). Вдоль волокон линейная усушка для большинства древесных пород не превышает 0,1 %, в радиальном направлении — 3...6 %, а в тангенциальном — 7...12 %. Разница в усушке древесины в тангенциальном и радиальном направлениях и неравномерность высыхания сопровождается возникновением внутренних напряжений в древесине, что может  вызвать  ее коробление и растрескивание. Боковые края досок стремятся выгнуться в сторону выпуклости годовых слоев, а наибольшему короблению подвержены доски, выполненные из древесины, расположенной ближе к поверхности бревна, и широкие доски (10.8).

 Стойкость к действию агрессивных сред. При длительном воздействии кислот и щелочей древесина медленно разрушается. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рН<2. Слабощелочные растворы почти не разрушают древесину. В морской воде древесина сохраняется значительно хуже, чем в пресной (речной, озерной). В воде большой биологической агрессивности стойкость древесины низкая.