Древесина. Породы, применяемые в строительстве. Строение и состав древесины

Макроструктура древесины

Древесиной называют освобожденную от коры ткань волокон, которая содержится в стволе дерева. Ствол дерева состоит из клеток, имеющих разное назначение в растущем дереве, а следовательно, разную форму и ве­личину. Макроструктуру ствола (видимую невооружен­ным глазом или через лупу) можно рассмотреть на трех основных разрезах.

На торцевом срезе видна кора, камбий и древесина.

Кора состоит из наружной кожицы, пробкового слоя под ней и внутреннего слоя - луба. Под слоем луба у расту­щего дерева находится тонкий камбиальный слой, состо­ящий из живых клеток, размножающихся делением. Дре­весина состоит из вытянутых веретенообразных клеток - ячеек, стенки которых состоят в основном из целлюлозы. Эти пустотелые ячейки образуют волокна, воспринимаю­щие механические нагрузки. Вначале в листьях дерева из атмосферного углекислого газа и воды под действием солнечного света образуется глюкоза, хорошо растворяю­щаяся в воде. В растворенном виде глюкоза по внутрен­ним каналам дерева поступает к растущим клеткам кам­бия. В стенке клетки молекулы глюкозы соединяются своими концами между собой:

- ОН + НО-* - О - + Н₂О.

В результате происходящей реакции поликонденсацин образуются кислородная связь (-О-) и молекула воды, уходящая в сок дерева. Кислородная связь объединяет кольца глюкозы в макромолекуле целлюлозы, состоящей из нескольких сотен глюкозных ячеек.

Следовательно, целлюлоза является природным ли­нейным полимером, нитевидные цепи которого жестко связаны (сшиты) гидроксильными связями. Это объясня­ет отсутствие у древесины области высокоэластичного состояния, возникающего при нагревании многих линей­ных полимеров. 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 состоит из ряда концентрических годовых колец. В свою очередь каждое годовое кольцо включает внутренний слой ранней (или весенней) древесины и внешний слой поздней (или летней) древесины

Строение древесины

а - срез торцевой: 1 - кора; 2 - луб; 3- камбий; 4-заболонь: 5-ядро; 6 - сердцевина; 7 - годовые слои; 8 - сердцевинные лучи; 6-— срез танген­циальный; в - то же, радиальный

Сердцевина-рыхлая первичная ткань, которая состоит из тонкостен­ных клеток, имеет малую прочность и легко загнивает. Поэтому сердцевина не допускается в тонких досках и брусках, предназначенных для растянутых и изгибаемых элементов конструкций. Нежелательна сердцевина и в столярных изделиях, так как она постепенно выкрашива­ется.

Ядро, или спелая древесина - внутренняя часть ство­ла дерева, состоящая из омертвевших клеток. Ядро вы­деляется темным цветом, так как стенки клеток древесины ядра постепенно изменяют свой состав: у хвойных пород они пропитываются смолой, а у лиственных - ду­бильными веществами. Движение влаги по этим клеткам прекращается, поэтому древесина ядровой части ствола обладает большей прочностью и стойкостью к загнива­нию по сравнению с древесиной заболони.

Заболонь состоит из колец более молодой древесины, окружающих ядро (или спелую древесину). По живым клеткам заболони растущего дерева перемещается влага с растворенными в ней питательными веществами. Дре­весина заболони имеет большую влажность, легко загнивает, вследствие значительной усушки усиливает короб­ление пиломатериалов.

Древесные породы делят на:

1) ядровые, имеющие яд­ро и заболонь (дуб, ясень, платан, сосна, лиственница, кедр и др.);

2) спелодревесные, имеющие спелую древе­сину (она не отличается по цвету от заболони) и забо­лонь (ель, пихта, осина, бук и др.);

3) заболонные, у ко­торых отсутствует ядро и нельзя заметить существенного различия между центральной и наружной частями дре­весины ствола (береза, клен, ольха, липа).

Хвойные породы

Сосна - ядровая порода, ядро у нее обычно буро-красного цвета, а заболонь желтого. Древесина сосны мягкая (плотность 470-540 кг/м³) и прочная, легко об­рабатывается. Так называемая «рудовая» сосна, расту­щая на возвышенных местах, песчаных и супесчаных почвах имеет мелкослойную плотную смолистую древе­сину. У «мяндовой» сосны, растущей на низменных гли­нистых почвах, древесина крупнослойная, рыхлая, с ши­рокой заболонью и поэтому хуже, чем у «рудовой» сосны.

Ель применяют в строительстве наравне с сосной, хотя по качеству она уступает сосне. Ель имеет спелую древесину белого цвета с желтым оттенком, менее смо­листую и более легкую, чем у сосны (плотность 440- 500 кг/м³). Вследствие большого количества твердых сучков ель трудно обрабатывать.

Лиственница имеет ядро красновато-бурого цвета, ее заболонь узкая и по окраске резко отличается от ядра. Древесина лиственницы плотная (плотность 630- 790 кг/м³), твердая и прочная, менее подвержена гние­нию, чем древесина сосны. Поэтому лиственница особен­но ценится в гидротехническом строительстве и мосто­строении; из нее изготовляют шпалы, рудничные стойки.

Кедр имеет мягкую и легкую древесину, ее механиче­ские свойства ниже, чем сосны. Применяют в виде круг­лого леса и пиломатериалов, для столярных изделий и отделки мебели - в виде декоративной фанеры.

Пихта по древесине схожа с елью, но не имеет смо­ляных ходов. Легко загнивает, поэтому ее не применяют во влажных условиях эксплуатации.

Лиственные породы

Дуб имеет плотную (около 720 кг/м³), очень прочную и твердую древесину. Ядро темно-бурого цвета, резко от­личается от желтоватой заболони. Многочисленные круп­ные сердцевинные лучи видны на всех разрезах и прида­ют древесине дуба своеобразную текстуру. Дуб применя­ют в ответственных конструкциях (шпонки, нагели и т. п.) в гидротехнических сооружениях, мостостроении. Дубовый паркет, мебель, столярные изделия, ножевая фанера для столярно- отделочных работ - характерные области применения дуба. Особенно ценится мореный дуб черного или темно-серого цвета.

Ясень имеет тяжелую (660-740 кг/м³), гибкую и вяз­кую, но менее прочную древесину, чем древесина дуба. Благодаря красивой текстуре ценится в мебельном про­изводстве и столярно-отделочных работах.

Ильмовые породы (ильм, вяз, карагач) имеют проч­ную, твердую и гибкую древесину. Большей частью их используют в столярном производстве для изготовления мебели и строганной фанеры.

Береза - заболонная порода, распространенная в на­ших лесах, имеет тяжелую (около 650 кг/м⁸) древесину, которая относительно легко загнивает в сырых и плохо вентилируемых местах. В больших количествах березу используют для изготовления фанеры, в качестве столяр­ных изделий и отделочных материалов (ее легко имитировать под ценные породы). Для отделочных работ осо­бую ценность представляет карельская береза со своеоб­разной извилистой и узловатой текстурой.

Бук - спелодревесная порода, ее древесина (белая красноватым оттенком) тяжелая (около 650 кг/м³) твердая, легко раскалывается. Древесина бука, как древесина березы, относительно легко загнивает. При меняют для производства паркета, мебели, фанеры.

Граб имеет древесину, похожую на буковую, но более тяжелую. Используют для тех же целей, что и бук.

Осина - заболонная порода, широко распространен­ная в наших лесах. Ее древесина - с зеленым оттенком, легкая (420-500 кг/м³), мягкая, склонная к загниванию, служит исходным сырьем для изготовления фанеры, дре­весных плит.

Ольха - заболонная порода с мягкой древесиной склонной к загниванию. Используют в основном так, как и березу.

Липа - спелодревесная мягкая порода, предназнача­емая для изготовления фанеры, мебели, тары.