Строение и состав древесины

Реферат

На тему: Древесина в строительстве

Проверил: Хоменко Л.В.

Выполнил студент

группы НХ-5931:

Савчук К.А.

Находка 2006г.

Содержание

Строение и состав древесины

Пороки древесины

Защита деревянных конструкций от гниения

Противопожарная защита деревянных конструкций

Строение и состав древесины

В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав, одеревеневают 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 у разных пород называют ядром или спелой древесиной.

Древесина как материал органического происхождения состоит из ткани, образованной клетками. Клеточная ткань составляет скелет дерева, обеспечивающий его прочность, а также для проведения питательных соков и для накопления питательных веществ

Этим функциям клеточной ткани соответствуют: структурные клетки (прочностные), клетки проводящие и клетки накопляющие (паренхимные). В лиственных породах прочностными клетками являются либриформа, удлиненные,с толстыми одревесневшими оболочками проводящими клетками служат сосуды, длинные клетки с тонкими оболочками и широкими полостями: накопляющие клетки образуют клетки сердцевинные лучи. В хвойных породах прочностными и одновременно проводящими клетками служат трахеиды, занимающие более 90% объема древесины. Трахеиды имеют вытянутую в длину веретенообразную форму и утолщенные одревесневшие стенки. Паренхимные клетки образуют сердцевинные лучи и смоляные ходы.

Нарастание древесины деревьев умеренного климатического пояса происходит концентрическими слоями относительно сердцевины. На поперечном разрезе ствола этот процесс отражается в виде кольца, называемого годовым слоем. Годовые слои четко видны у многих пород - лиственницы, сосны, дуба и др. (Рис. 28. ). Они состоят из двух полос - светлой и темной. Светлая внутренняя полоса состоит из широкополостных весенних клеток, образующих слабую по прочности раннюю древесину.

Наружная темная полоса состоит из клеток с узкими полостями и толстыми стенками, образующими прочную, плотную позднюю древесину. У ели, пихты и некоторых лиственных пород различие между ранней и поздней древесиной менее заметно.

Оболочки клеток состоят преимущественно из целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина. С ростом дерева происходит одревеснение оболочек, заключающееся в увеличении содержания лигнина. Соединяющее клетки межклетное вещество в основном состоит из лигнина.

Химический состав веществ, входящих в древесину независимо от породы, с округлением до 1%: углерода - 50%, кислорода - 44%, водорода - 6%. Скопление макромолекул образует мельчайший волокнообразный элемент строения клеточной оболочки - мицеллу. Мицеллы соединяются в более крупные волоконца - фибриллы, видимые в микроскоп; из сплетения фибрилл и состоит оболочка клетки.

Живые клетки древесины наполнены влагой, в полостях клеток находится свободная влага, в толще клеточных оболочек, в мельчайших порах между их волоконцами - гигроскопическая влага. При высыхании влага удаляется, оставляя в древесине многочисленные пустоты.

Волокнистость и пористость являются характерными особенностями строения древесины. Строение дерева, видимое невооруженным глазом на основных сечениях ствола.

В центре поперечного сечения находится сердцевина, самая слабая часть древесины по прочности, нестойкая на загнивание. Окружающая сердцевину внутренняя часть ствола многих пород состоит из наиболее прочной, непроницаемой для жидкостей, древесины, прекратившей свои жизненные функции. Эта часть темнее наружной, то она называется ядром (сосна, лиственница, дуб); если же она одного цвета с наружной частью, но отличается от нее пониженной влажностью, то называется спелой древесиной (ель, пихта, бук).

Наружные слои древесины образуют заболонь. Древесина заболони обычно слабее (на 5 - 10%) ядра, более влажная и легче пропитывается жидкостями (например, антисептиками).

Породы, у которых наружная и внутренняя части ствола не отличаются по свойствам древесины, называются заболонными (береза, ольха). Заболонь снаружи окружена камбиальным кольцом, состоящим из способных к делению клеток. Камбий откладывает внутрь клетки древесины, а наружу - лубяные клетки и клетки коры.

В течение года при нормальных условиях жизни дерева образуется один годовой слой древесины; по их количеству можно подсчитать возраст дерева. На поперечном сечении ствола некоторых пород заметны радиальные полосы. Это сердцевинные лучи. Они имеются во всех породах дерева, но часто бывают незаметны для простого глаза. Назначение их - хранить питательные вещества и распределять их по толщине дерева. В хвойных породах леса имеются тонкие полости, заполненные смолой, смоляные ходы. Больше всего смоляных ходов имеется в сосне; в лиственных породах они отсутствуют.

Изучая строение древесины под микроскопом, можно увидеть, что основную массу древесины составляют клетки механической ткани, имеющие веретенообразную форму и вытянутые вдоль ствола. Срубленная древесина состоит из отмерших клеток, т. е. только из клеточных оболочек (рис. 3.2). Оболочки клеток сложены из нескольких слоев очень тонких волоконец, называемых микрофибриллами, которые компактно уложены и направлены по спирали в каждом слое под разным углом к оси клетки (подобно отдельным прядям в канате). Это обеспечивает высокую прочность древесине.

Микрофибрилла состоит из длинных, напоминающих цепь, молекул целлюлозы -- природного полимера состава (С₆Н₁₀О₅)n, где n =2500-3000. Ее в древесине 35-45 %. В клеточной оболочке содержатся и другие органические (лигниа -- 20-30 % и гемицеллюлозы -- около 20%) и неорганические (0,17-0,27 %) вещества. Последние образуют золу при сжигании древесины.

Пороки древесины

Пороками называют недостатки древесины, появляющиеся во время роста дерева и хранения пиломатериалов на складе. Степень влияния пороков на пригодность древесины в строительстве зависит от их вида, места расположения, размеров, а также от назначения древесной продукции. Один и тот же порок в некоторых видах продукции делает древесину непригодной, а в других понижает ее сортность или не имеет существенного значения. Поэтому в стандартах на конкретные виды лесопродукции имеются указания о допустимых пороках.

Пороки древесины можно разделить на несколько групп: пороки формы ствола, пороки строения древесины, сучки, трещины, химические окраски и грибковые поражения и покоробленности. Ниже рассмотрены основные виды пороков.

Пороки формы ствола легко определяются на растущем дереве, поэтому стволы таких деревьев могут быть отбракованы на лесосеке. К этой группе пороков относятся сбежистость, закомелистость и кривизна ствола.

Сбежистость -- значительное уменьшение диаметра по длине ствола. Нормальным сбегом считается уменьшение диаметра на 1 см на 1 м длины ствола. Этот порок уменьшает выход обрезных пиломатериалов. Кроме того, в материале оказывается много перерезанных волокон, что снижает его прочность.

Закомелистость -- резкое увеличение диаметра комлевой (нижней) части ствола. Закомелистость бывает круглой и ребристой. В любом случае она увеличивает количество отходов и искусственно вызывает косослой в готовой продукции.

Кривизна ствола -- искривление ствола дерева в одном или нескольких местах. Сильная кривизна переводит древесину в разряд непригодной для строительных целей.

Пороки строения древесины представляют собой отклонения от нормального расположения волокон в стволе дерева: наклон волокон, свилеватость, крень, двойная сердцевина и др.

Наклон волокон (косослой) -- непараллельность волокон древесины продольной оси пиломатериала. Это явление (особенно при больших углах наклона волокон) вызывает резкое снижение прочности древесины и затрудняет ее обработку. Пиломатериал, имеющий косослой, обладает повышенной склонностью к короблению при изменении влажности.

Свилеватость -- крайнее проявление косослоя, когда волокна древесины расположены в виде волн или завитков. Свилеватость в некоторых породах (орех, карельская береза) придает красивую текстуру древесине; такие породы используются в отделочных работах.

Крень -- изменение строения древесины, когда годовые кольца имеют разную толщину и плотность по разные стороны от сердцевины. Крень нарушает однородность древесины.

Сучки -- самый распространенный и неизбежный порок древесины, представляющий собой основание ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон (свилеватость). Сучки уменьшают рабочее сечение пиломатериалов, снижая их прочность в 1,5-2 раза (а в тонких досках и брусках и более).

По степени срастания сучков с древесиной ствола различают сучки сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся (выпадающие). Особенно опасны сучки разветвленные (лапчатые).

Здоровые сучки имеют древесину твердую и плотную без признаков гнили. Часто сучки загнивают вплоть до превращения в рыхлую порошкообразную массу -- это так называемые табачные сучки.

Для изготовления несущих деревянных конструкций используется древесина, имеющая только здоровые сросшиеся сучки. Количество и размещение сучков определяют сортность материала.

Трещины могут появляться как на растущем дереве, так и при высыхании срубленного дерева и пиломатериалов. Они нарушают целостность лесоматериалов, уменьшают выход высокосортной продукции, снижают прочность и даже делают их непригодными для строительных целей. Кроме того, трещины способствуют гниению древесины.

Различают следующие типы трещин: метик, морозобоина и отлуп, образующиеся на растущем дереве, и трещины усушки, образующиеся на срубленной древесине.

Метик -- внутренние трещины, идущие вдоль ствола от центра к периферии; трещин может быть несколько как расположенных в одной плоскости, так и крестообразно.

Морозобоина -- наружная открытая продольная трещина, сужающаяся к центру. Такие трещины возникают при замерзании влаги в стволе во время сильных морозов.

Отлуп -- полное или частичное отделение центральной части ствола от периферийной в результате усушки первой. Такие трещины располагаются по годовым кольцам.

Трещины усушки встречаются очень часто в древесине всех пород; они возникают в результате напряжений, вызванных неравномерной усадкой при быстрой сушке древесины на воздухе. Эти трещины направлены от периферии к центру вдоль волокон древесины.

Грибные поражения и химические окраски вызываются простейшими живыми организмами -- грибами, развивающимися из спор и использующими древесину в качестве питательной среды, или микроорганизмами. Для развития грибов необходим кислород воздуха, определенная влажность и положительная температура. Различают грибы, поражающие деревья, растущие в лесу, и свежесрубленную древесину, и грибы, развивающиеся на деревянных конструкциях.

На растущих деревьях могут развиваться деревоокрашивающие грибы. Они питаются содержимым клеток, не затрагивая их стенки. Поэтому прочность такой древесины изменяется незначительно, но на древесине появляются цветные пятна и полосы.

Изменение окраски древесины без изменения ее механических свойств может происходить из-за биохимического окисления дубильных веществ, провоцируемого микроорганизмами.

Значительно более опасны дереворазрушающие грибы. Они питаются материалом стенок клеток -- целлюлозой, разлагая ее с помощью ферментов до глюкозы: (С₆Н₁₀0₅)n + nН₂O С₆Н₁₂О_б

Это возможно только при достаточной влажности древесины. Глюкоза в теле гриба используется в процессе его жизнедеятельности и, в конце концов, превращается в углекислый газ и воду.

Известно большое число дереворазрушающих грибов. Среди них наиболее часто встречаются так называемые домовые грибы. При поражении такими грибами древесина делается трухлявой и легкой, а на ее поверхности появляется налет плесени в виде мягких подушечек. Домовый гриб может разрушить древесину очень быстро (в течение нескольких месяцев).

Процесс гниения прекращается при снижении влажности древесины до 18-20 % (сухая древесина не гниет), снижении температуры ниже 0° С или исключении поступления кислорода.

Повреждения насекомыми (червоточины) представляют собой ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми (жуками-короедами, точильщиками). Они живут в древесине и ею же и питаются. Жуки-точильщики могут развиваться в сухой древесине и даже в мебели.

Поверхностные червоточины не влияют на механические свойства древесины, так как при распиловке уходят в горбыль. Глубокие червоточины нарушают целостность древесины и снижают ее прочность.

Покоробленности -- нарушение формы пиломатериалов при изменении ее влажности при сушке и хранении или под действием внутренних напряжений при продольной распиловке крупных элементов на более мелкие. Покоробленность бывает поперечная, продольная (простая и сложная) и винтообразная (крыловатость).

Рис. 1. Пороки древесины:

а - морозобоина; б - метиковые; в - отлупные; г - усушки.