4.4 Древесина

1) Определения

Дерево – многолетнее растение с твёрдым стволом и отходящими от него ветвями, образующими крону.

Ствол (кряж) – основная часть дерева, используемая для получения древесины.

Древесина – освобождённая от коры ткань волокон, из которой состоит ствол дерева, используемая в качестве конструкционного материала в виде брёвен и пиломатериала.

Текстура – рисунок, образующийся в процессе изготовления пиломатериала на поверхности среза древесины при перерезании её волокон. Форма линий рисунка зависит от породы дерева и направления разреза, которое может быть торцовым (поперечным), радиальным (продольным по оси ствола) и тангенциальным (продольным параллельно оси ствола).

2) Классификация древесины

По виду породы дерева:

хвойная – ель, кедр, лиственница, сосна;

лиственная – дуб, ясень, бук.

По применению:

в строительстве – сосна, ель, кедр, ясень, бук;

в гидротехническом строительстве – дуб, лиственница;

при изготовлении мебели – большинство известных пород.

3) Свойства древесины

Физические:

влажность – содержание влаги в древесине, измеряется отношением масс удалённой из образца влаги и абсолютно сухого образца. При выдерживании древесины в воде влажность может достигать 200%. Нормальной для конструкций на открытом воздухе считается влажность 15...18%, для комнатно-сухих изделий – 8...12%;

усушка и разбухание – уменьшение или увеличение линейных размеров (0,1%) и объёма (5...10%) при высыхании древесины или поглощении ею влаги;

плотность – масса древесины в единице объёма. Различают истинную плотность древесины – 1540 кг/м³ для всех пород и среднюю плотность от 310 (пихта) до 760 кг/м³ (граб), которая в порядке увеличения по породам составит ряд: пихта, кедр, ель, сосна, берёза, лиственница, ясень, клён и дуб, граб;

пористость – объём пор в волокнах относительно общего объёма древесины. Для хвойных и лиственных пород его величина примерно одинакова и составляет 40...80%;

теплопроводность – низка относительно металлических и минеральных конструкционных материалов. Древесина имеет анизотропность теплопроводности вдоль волокон в два раза более высокую, чем поперёк волокон.

Механические:

прочность – сопротивление нагрузке без разрушения. При сжатии: вдоль волокон – 60, поперёк – 25 Мпа; при растяжении вдоль волокон – 100...120 Мпа; при изгибе – в 2...2,5 раза выше показателя при сжатии; при скалывании: вдоль волокон – 6...13, поперёк – 25...50 Мпа. При многократных и долговременных нагружениях показатели прочности древесины снижаются до величин 0,2...0,6 указанных значений;

твёрдость – по торцу волокон в 1,5...2 раза выше, чем в тангенциальном и в 5...6 раз выше, чем в радиальном направлениях и составляет для мягких пород 35...50 Мпа, для твёрдых – 50...100 Мпа. В порядке увеличения по породам твёрдость составит ряд: тополь, осина (очень мягкие), ель, пихта, сосна (мягкие), ясень, дуб (среднетвёрдые), клён, граб, акация (твёрдые).

4) Пороки древесины – снижают прочность пиломатериалов при эксплуатации изделий из них. К порокам относятся сучки, трещины, грибные поражения, гнили. Ввиду наличия пороков прочность бруса или доски не может быть оценена по результатам испытаний чистых (без пороков) образцов. Её величину устанавливают на основании оценки характера, размеров и количества пороков, для чего в значение прочности вводят коэффициенты запаса прочности.

Сучки бывают круглые, овальные, продолговатые, крупные (40 мм и более), средние (15...40 мм), мелкие (менее 15 мм). Вследствие того, что волокна сучков отдельны от волокон ствола, то создают концентрацию напряжений в сечениях бруса или доски, где они находятся, снижая тем самым значение прочности.

Трещины – разрывы древесины вдоль волокон, образующиеся в результате внутренних напряжений, вызванных неравномерной усушкой. Разрушают целостность элемента конструкции (бревна, бруса, доски) и снижают её жёсткость.

Грибные поражения – изменяют окраску древесины и нарушают целостность клеточных стенок волокон: внутренняя темнина, цветные пятна, побурение. Снижают все виды прочности древесины на уровне волокон.

Гнили – самый опасный вид грибных поражений, образуются в результате разрушения клеток дереворазрушающими грибами. Снижают все виды прочности древесины на уровне клеток.

5) Виды заготовок из древесины

К ним относятся:

брёвна строительные (хвойные породы) и пиловочные (хвойные и лиственные) – круглые в поперечном сечении с диаметром торца 140 мм и более и длиной 1000...6500 мм. Обработкой на токарном станке их оцилиндровывают (придают единый диаметр по длине);

пиломатериалы – продукт продольной распиловки брёвен. К ним относятся: доска различного профиля (горбыль, необрезная, чистообрезная, шпунтованная), брус (балка квадратного поперечного сечения размером более 100 мм), брусок и рейка (квадратного и прямоугольного сечения), профилированный погонаж (вагонка, плинтус, наличник).

шпалы – прямоугольные балки, которые укладывают в качестве основания под рельсы (сосна, ель, лиственница, кедр);

клеёные древесные конструкции – сборные изделия, изготовленные путём горячего склеивания досок, брусьев и брусков для придания им в собранном виде заданной формы и размеров. К ним относятся:

балки – опорные брусья, используемые в качестве перекрытий для окон, дверей и т. п.;

прогоны – опорные балки, поддерживающие кровлю;

фермы – сооружения из скреплённых в виде треугольников стержней, брусьев;

рамы – сооружения из скреплённых в виде прямоугольников стержней, брусьев;

сваи – опорные брусья, забиваемые вертикально в землю;

строительные материалы – плиты и листы, имеющие древесную основу. К ним относятся:

столярные плиты – трёхслойные щиты толщиной от10 до 30 мм, состоящие из реек, оклеенных с двух сторон тонкой фанерой или шпоном – широкой ровной стружкой, изготовляемой путём поперечного лущения древесных стволов;

фанера – трех- и многослойные листы толщиной от 3 до 30 мм, изготовленные путём горячего склеивания бакелитовым, карбамидным или фенолформальдегидным клеем слоёв хвойного или лиственного шпона;

древесностружечные плиты (ДСП) – продукт горячего прессования древесных стружек, пропитанных формальдегидными смолами в качестве связующего, толщиной 10, 16 и 22 мм;

древесноволокнистые плиты (ДВП) – продукт горячего прессования древесных волокон без связующего, толщиной от 2,5 до 6 мм;

среднеплотные древесноволокнистые плиты (МДФ) – продукт горячего прессования мелкодисперсных древесных волокон, пропитанных карбидными смолами в качестве связующего, толщиной от 3,2 до 30 мм.

6) Виды защиты деталей и конструкций из древесины от гниения и возгорания

К ним относятся:

антисептирование – пропитка поверхности веществами, ядовитыми для грибов (дёготь, крезол, фенол – придают потемнение и резкий запах; соли фтористых кислот, хлорид цинка – не изменяют цвета и запаха);

огнезащитные обмазки – глина, известь, гипс;

огнезащитные пропитки – антипирены (сульфат аммония, бура, поташ, борная кислота)

комбинированная обработка – антисептирование совместно с огнезащитными обмазками.