2. Выветривание природных каменных материалов. Защита природного камня от разрушения.

Выветривание — Совокупность процессов физ и хим разрушения ГП и слагающих их минералов на месте их залегания: под воздействием колебаний температуры, циклов замерзания и химического воздействия воды, атмосферных газов и организмов.

Процесс выветривания горной породы состоит из механического разрушения и хим. разложения. Механическое разрушение происходит в рез-те воздействия переменной температуры, воды, ветра, химическое – в результате воздействия различных реагентов, например воды и углекислоты.

Основные причины выветривания: замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутреннее напряжение; частое изменение температуры и влажности, вызывающее появление микротрещин; растворяющее действие воды и понижение прочности при водонасыщении; химическая коррозия под действием газов (О2, СО2 и др.), и веществ, растворенных в грунтовой или морской воде. Различные микроорганизмы и растения, поселяясь в порах и трещинах камня, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.

Конструктивно защиту от увлажнения осуществляют путем устройства надлежащих стоков воды, придания каменным материалам гладкой поверхности и такой формы, при которых вода, попадающая на них, не задерживается и не проникает внутрь материала. К химическим мероприятиям относят создание на лицевой поверхности камня плотного водонепроницаемого слоя или ее гидрофобизацию (т.е. пропитка пористого каменного материала гидрофобными (водоотталкивающими) составами, препятствующими проникновению влаги в материал, также повышает их стойкость против выветривания). Одним из способов повышения поверхностной плотности является флюатирование, при котором карбонатные породы пропитывают солями кремнефтористододородной кислоты, например флюатом магния. В результате происходящей реакции:2CaCO3 + MgSiF6 = 2CaF2 +MgF2 + SiO2 + 2CO2. в поверхностных порах камня выделяются практически нерастворимые в воде фториды кальция и магния и кремнезем, уменьшая пористость и водопоглощение поверхностного слоя и несколько препятствуя загрязнению облицовки пылью. Некарбонатные пористые породы предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, например хлористым кальцием, а после просушки — содой, затем флюатом. Хорошие результаты дает пропитка кремнийорганическими жидкостями и другими полимерными материалами, а также растворами парафина, стеарина или металлических мыл (алюминиевого, цинкового и др.) в легкоиспаряющихся органических растворителях (бензине, лаковом керосине и т. д.). Долговечность пористого камня значительно увеличивает пропитка его поверхностного слоя раствором мономера с последующей полимеризацией мономера в порах камня при термокаталитической или радиационной обработке.

3. Физико-механические свойства древесины – плотность, пористость, гигроскопичность, усушка (набухание).

Физические свойства. Истинная плотность древесины изменяется незначительно, так как древесина всех деревьев состоит в основном из одного и того же вещества — целлюлозы (1,54г/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. Пористостьдревесины хвойных пород колеблется от 46 до 81%, лиственных — от 32 до 80%. Влажность. В древесине различают гигроскопическую влагу, связанную в стенках клеток, и капиллярную влагу, которая свободно заполняет полости клеток и межклеточное пространство. Предел гигроскопичности (в среднем он составляет около 30%) соответствует полному насыщению стенок клеток древесины водой. При длительном нахождении влажной древесины на воздухе она постепенно высыхает и достигает равновесной влажности. Равновесная влажность комнатно сухой древесины составляет 8-12%, поэтому до такой влажности высушивают паркетную клепку, древесину, идущую на изготовление столярных изделий, и т. п. Воздушно-сухая древесина после продолжительной сушки на открытом воздухе имеет влажность 15-18%. Теплопроводность древесины зависит от ее пористости, влажности и направления потока тепла. Электропроводность древесины зависит от ее влажности. Древесина, используемая при электрической проводке должна быть сухой. Электросопротивление сырой древесины в десятки раз меньше. Механические свойства древесины определяют путем испытания малых чистых образцов древесины. Показатели свойств древесины должны быть пересчитаны на влажность 12%. Древесина по своей удельной прочности конкурирует с современными конструкционными материалами. Однако сучки, трещины и другие пороки сильно снижают механические свойства. Механические: Прочность при статическом изгибе древесины очень высокая: она примерно в 1,8 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон и составляет около70% прочности при растяжении.

Предел прочности при скалывании вдоль волокон для основных древесных пород составляет 6,0-13 МПа, а при скалывании поперек волокон — в 3-4 раза выше. Статическая твердость численно равна нагрузке, которая необходима для вдавливания в образец древесины половины металлического шарика радиусом5,64 мм. Твердость древесины по торцу на 15-50% выше чем в радиальном и тангенциальном направлениях. Особенностью древесины является высокая ползучесть, проявляющаяся особенно во влажных условиях.

Плотность древесины (плотность дерева)— это отношение массы древесины к ее объему. Выражается плотность в кг/м³ . Плотность древесины зависит от ее влажности. Все показатели физико-механических свойств древесины определяются при влажности 12%. Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. Плотность определяется массой древесного вещества в единице объема.

Пористость. Пористость древесины определяют по объему внутренних пустот (полостей клеток, межклеточных пространств) и выражают в процентах от объема древесины в абсолютно сухом состоянии. Она зависит от объемной массы древесины и с ее увеличением уменьшается.

Гигроскопичность. Гигроскопичностью, или влагопоглощением, называется способность древесины впитывать в себя влагу из окружающего воздуха. Влажная древесина легко отдает влагу окружающему ее воздуху; сухая, наоборот, легко поглощает ее. Поэтому гигроскопичность древесины вызывает постоянные изменения ее влажности, массы, размеров и формы.

Усушка. Теряя при высыхании влагу, древесина уменьшается в размерах (становится короче, уже и тоньше). Это свойство называется усушкой. Свободная влага испаряется из древесины сравнительно быстро и не вызывает уменьшения ее размеров; уменьшается только масса древесины. Гигроскопическая влага испаряется значительно медленнее, так как она находится в клеточных оболочках. Ее испарение начинается с момента перехода точки насыщения клеточных оболочек. При усушке стенки клеток, отдавая влагу, сжимаются, становятся в объеме меньше. Величина усушки древесины в разных направлениях не одинакова. Так, вдоль волокон, т. е. по длине ствола, она составляет 0,1 - 0,3%; по радиусу поперечного сечения, т. е. по направлению сердцевинных лучей, 3 - 5%; по направлению касательной к годовым слоям - 6 - 10 %.

Усушку вдоль волокон при наличии ее малой величины обычно во внимание не принимают. Величина усушки поперек волокон значительна, и ее приходится учитывать, особенно при распиливании бревен на доски. Обычно бревна распиливают во влажном состоянии, и, если не предусмотреть припуска на усушку, полученные пиломатериалы после высыхания не будут иметь требуемых размеров поперечного сечения.

Величина усушки древесины зависит также от ее плотности. Древесина плотная усыхает больше мягкой. Это объясняется наличием в плотной древесине большего количества древесинного вещества, и следовательно, гигроскопической влаги. На основании величины объемной усушки древесные породы можно разделить на три группы: малоусыхающие - можжевельник, пихта маньчжурская, тис, ольха, орех маньчжурский, ива белая, тополь, каштан; среднеусыхающие - сосна, ель, кедр, пихта сибирская, дуб, вяз, карагач, ильм, ясень европейский, орех грецкий, осина, рябина, клен, ива пирамидальная; сильноусыхающие - лиственница, акация, береза бородавчатая, пушистая и железная, бук, груша, граб, ясень маньчжурский.