Раздел 2. Природные материалы

Г Л А В А 3. ДРЕВЕСИНА И МАТЕРИАЛЫ ИЗ НЕЕ

3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Древесину издавна широко применяют в строительстве благодаря сочетанию замечательных свойств: высокой прочности и небольшой плотности, малой теплопроводности, легкости обработки, простоте скрепления отдельных элементов, высокой морозостойкости и хими­ческой стойкости, декоративности. Наряду с этим у древесины много недостатков: наличие пороков, гигроскопичность и связанные с ней набухание и усушка изделий из древесины, приводящие к их коробле­нию и растрескиванию; особенно серьезным недостатком является ее горючесть и подверженность гниению. Специфическая особенность древесины — анизотропность, т. е. различие свойств в разных направ­лениях, обусловленное ее волокнистым строением.

На долю России приходится более 20 % мировой площади лесов. Но при этом доля деловой древесины составляет менее половины этих лесных богатств. Сроки роста деревьев деловых пород (сосна, ель, лиственница и др.) до достижения товарной ценности в нашей клима­тической зоне составляют 40...60 лет. Поэтому рубка леса должна вестись строго с учетом возраста древесины и сопровождаться новыми посадками. Только в этом случае можно говорить, что древесина относится к возобновляемому сырью, в отличие, например, от горючих

ископаемых.

Общеизвестно, что древесина — экологически чистый материал. При этом обычно подразумевается, что она как строительный материал безвредна для человека. Это верно, но понятие экологической чистоты древесины значительно шире. Человек получает древесину как мате­риал в готовом виде, не используя энергию для ее производства, т. е. в этом случае исключается загрязнение окружающей среды промыш­ленными выбросами. Отслужившая древесина самоуничтожается, ес­тественно входя в круговорот природы. Однако экологичность древе­сины реализуется лишь в том случае, когда вырубка и посадка новых деревьев идут как единый процесс, не нарушая биологического равно­весия в природе.

При заготовке и распиловке древесины образуется большое коли­чество (до 50...60 %) отходов: горбыль, стружки, опилки и т. п. Эти отходы и неделовую древесину подвергают более глубокой переработке с целью получения полноценных материалов.

В зависимости от степени переработки древесины различают:

• лесные материалы, получаемые только механической обработкой стволов дерева (бревна, пиломатериал); в этом случае сохраняются все присущие древесине положительные и отрицательные свойства;

• деревянные изделия и конструкции, изготовляемые в заводских условиях (дверные и оконные блоки, клееные конструкции, фанера и др.); свойства древесины в этом случае используются более рациональ­но;

• материалы, получаемые технологической переработкой древесины: а) материалы и изделия из отходов и неделовой древесины с исполь­зованием вяжущих веществ (древесно-стружечные плиты, арболит, фибролит); б) материалы, получаемые физико-химической обработкой древесного сырья (древесно-волокнистые плиты, картон, бумага); в) материалы, получаемые химической переработкой древесины.

3.2. СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ДРЕВЕСИНЫ

Макроструктура древесины — строение древесины, видимое нево­оруженным глазом. Рассматриваются три основных разреза ствола: поперечный — торцовый и два продольных — радиальный, проходящий через ось ствола, и тангентальный, проходящий по касательной к годовым кольцам (рис. 3.1).

На поперечном разрезе древесины ствола виден ряд концентриче­ских годовых колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каждое годовое кольцо имеет два слоя: ранней (весенней) и поздней (летней) древесины. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных тонкостен­ных клеток. Поздняя древесина более темного цвета, состоит из мелких .

клеток с толстыми стенками; поэтому она ме­нее пориста и обладает большей прочностью, чем весенняя.

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.

Микроструктура древесины. 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 (С₆Ню0₅)_л, где и = =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.