СМ 2013

241

2.Смешивание асбеста с цементом и водой также производится в голлендере – бетонном или металлическом резервуаре, внутри которого вращается барабан с ножами. В голлендере завершается распушка, происходит смешивание материалов (цемента, асбеста, воды), частицы цементы адсорбируются на поверхности волокон асбеста.

3.Формование листов на листоформовочной машине (рис. 7.1). В металлической ванне машины вращаются барабаны, на поверхности которых натянута тонкая металлическая сетка. В ванну подается асбестоцементная суспензия, которая фильтруется через сетку. На сетке образуется тонкий слой асбестоцементной смеси. Вода отводится в сгустители для отделения и возвращения в производство неуловленных волокон и далее используется для промывки сеток. С поверхности сетчатого барабана асбестоцементная смесь снимается бесконечной лентой, изготовленной из сукна, частично обезвоживается и переносится на полированный металлический барабан. Смесь наносится на барабан концентрическими слоями и когда толщина слоя достигает необходимой величины, его разрезают по образующей цилиндра и снимают с барабана.

4.Разрезание листа на изделия (листы, плитки) и прессование для снижение В/Т и уплотнения.

5.Твердение изделий. До 3 сут изделия находятся в закрытых камерах

спериодическим увлажнением и далее (до 1 мес) на складе при температуре не ниже 15 °С. В некоторых случаях применяется также обработка насыщенным водяным паром при температуре до 80 °С (пропаривание).

Асбестоцементные материалы изготавливают также прессованием жестких смесей и способом экструзии (стеновые панели).

Производство асбестоцементных изделий способом экструзии осуществляют в ленточном прессе (шприц-машина). Шнек ленточного пресса уплотняет формовочную смесь и продавливает ее через мундштук, конфигурация отверстия которого соответствует профилю формуемого изделия. Сформованная непрерывная лента разрезается на панели, длиной до 6,2 м; панель помещается на металлический поддон и направляется для последующего предварительного и окончательного твердения. Предварительное твердение осуществляют в тоннельных камерах при температуре 50-60 °С и относительной влажности воздуха 85-90 % в течение 6-10 ч. Предварительное твердение обеспечивает прочность, необходимую для транспортировки. Окончательное твердение происходит либо в теплых складах при температуре не ниже 15 °С и относительной влажности воздуха не ниже 70 %, либо в автоклавах в среде насыщенного водяного пара.

Асбестоцементные трубы и короба изготавливают способом инжекции – асбестоцементную суспензию нагнетают в разъемную фильтрующую форму. Внутренняя поверхность формы перфорирована, обтянута

242 Глава 7.  Строительные растворы, сухие смеси…

сеткой из нержавеющей стали и соответствует конфигурации формуемого изделия. Уплотнение массы в форме осуществляется с помощью резинового чехла, через который передается давление.

Листовые асбестоцементные изделия

Плоские листы имеют размер 700×900×3600 мм толщиной 4-10 мм, средняя плотность – не менее 1750 кг/м³, предел прочности при изгибе – не менее 25 МПа, морозостойкость – 50-100 циклов. Плоские листы применяют для изготовления многослойных панелей, плит перекрытий, санитарно-технических кабин, подвесных потолков, вентиляционных шахт и др.

Волнистые листы выпускают обыкновенного, усиленного и унифицированного профиля. Размеры листов: ширина – 678, 944, 1125, 1150, 1095 мм; длина – 1200, 1750, 2000, 2500 мм; толщина – 6-7,5 мм. Предел прочности при изгибе – не менее 16-19 МПа. Кровля из асбестоцементных листов не требует устройства сплошного основания.

Асбестоцементные трубы

Напорные трубы классов ВТ-6, ВТ-9, ВТ-12 и ВТ-15 диаметром 100500 мм применяют для устройства напорных оросительных трубопроводов. Цифры 6, 9… 15 – максимальное рабочее давление. Соединение труб осуществляется муфтами и резиновыми кольцами.

Безнапорные трубы используются при строительстве дренажных коллекторов на осушительных системах. Выпускаются трубы диаметром 100-400 мм, длиной 2,5-4,0 м, при испытании они должны выдерживать давление воды не менее 0,4 МПа.

Асбестоцементные панели имеют несущий каркас и слой теплоизоляционного материала. Каркас изготавливается из деревянных, асбестоцементных и алюминиевых профилей. Теплоизоляционный мате­ риал – минераловатные плиты, газонаполненные пластмассы. Плоские асбестоцементные листы толщиной 10 мм крепятся к каркасу шурупами или клеем.

Асбестовое волокно используется также в производстве асбестосодержащих теплоизоляционных материалов (см. гл. 11, «Теплоизоляционные и акустические материалы»).

243

Глава 8.  ДРЕВЕСИНА, МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕЕ

8.1.  Запасы древесины, ее достоинства и недостатки

На территории Российской Федерации находится до 40 % мировых запасов древесины, в том числе до 30 % хвойных пород, которые в основном применяются в строительстве. Россия входит в группу странэкспортеров лесоматериалов. Лес – важнейший фактор в экологическом равновесии биосферы, накопитель солнечной энергии и биологической массы, источник кислорода и разнообразного ценного сырья для химической, пищевой промышленности, производства строительных материалов, бумаги. Древесина применялась для строительства жилищ первобытным человеком, что объяснялось распространенностью сырья и простотой его заготовки и обработки. В настоящее время древесина является лучшим, экологически чистым строительным материалом. Потребление лесных ресурсов превышает производительные силы природы, поэтому объем производства и применения древесины в строительстве сокращаются, а стоимость материалов из древесины растет. Древесина относится к самовозобновляющимся материальным ресурсам, поэтому совершенствование лесного хозяйства, рациональное использование и воспроизводство лесов могут обеспечить применение древесины в строительстве в течение длительного времени в будущем.

По прочности при сжатии, растяжении и изгибе древесина относится к конструкционным материалам, а по средней плотности древесина многих пород, произрастающих на территории РФ, является материалом теплоизоляционным или конструкционно-теплоизоляционным. Коэффициент конструктивного качества древесины Ккк превышает 0,70, что в 6-8 раз выше аналогичного показателя стали.

Древесина обладает высокой декоративностью и широко используется как отделочный материал. Ее достоинством является также то, что она легко обрабатывается – режется, строгается, фрезеруется. Элементы из древесины легко соединяются между собой, применяются врезки, врубки, соединение с помощью нагелей, скоб, гвоздей, клеевые соединения.

Древесина как природный строительный материал имеет недостатки, она относится к числу анизотропных материалов. Форма и размеры изделий зависят от ее влажности, которая, в свою очередь зависит от влажности среды. Сушка древесины может привести к образованию трещин и короблению. К недостаткам относятся также пороки древесины, ее загниваемость и возгораемость. Пожары в лесах и населенных пунктах наносят большой ущерб экономике страны.

244 Глава 8.  Древесина, материалы и изделия из нее

Рис.  8.1.  Разрез ствола дерева		Рис.  8.2.  Строение ствола дерева
1	– радиальный;		на поперечном разрезе
2	– тангенциальный;	1	– кора;  2 – луб;  3 – камбий;
3	– торцовый	4	– заболонь;  5 – ядро;  6 – сердцевина

8.2.  Строение древесины

В растущем дереве различают три основных части: корни, ствол с ветками и крону. Масса ствола составляет 60-90 % массы дерева. Для изготовления строительных материалов используется преимущественно ствол, который состоит из древесины. Древесина – это комплекс образованных камбием клеток, выполняющих проводящие, запасающие и механические функции. В стволе дерева древесина находится между сердцевиной и корой. Достоинства и недостатки древесины как строительного материала обусловлены ее строением.

Макроструктура древесины. Поскольку древесина анизотропна, ее строение изучают на поперечном, радиальном и тангенциальном срезах (рис. 8.1 и 8.2).

Ствол дерева состоит из коры, камбия, древесины и сердцевины. Кора предохраняет древесину от резких колебаний температуры и состоит из корки, пробковой ткани и луба. Луб проводит питательные вещества (продукты фотосинтеза) от кроны к стволу и корням. Камбий расположен за лубом и состоит из живых клеток, способных к делению (митозу) и росту. Делением клеток камбия обеспечивается рост дерева.

Древесина является основной частью ствола и содержит проводящие клетки и ткани, по которым вода поднимается от корней к кроне. В некоторых древесных породах периферическая часть (заболонь) отличается по цвету от центральной (ядро). Такие породы называются ядровыми (сосна, лиственница, дуб). У других пород ядро не отличается по цвету от заболони, но центральная зона имеет более низкую влажность. Такие

245

Рис.  8.3. Микроструктура		Рис.  8.4. Лиственная порода
1	хвойной породы	1	кольцесосудистая
	– годичный слой;		– годичный слой;
2	– сердцевинный луч;	2	– сосуды ранней древесины;
3	– смоляной ход;  4 – поздние	3	– сосуды поздней древесины;
трахеиды;  5 – ранние трахеиды;		4	– сердцевинные лучи;
6	– окаймленная пора	5	– либриформ

породы называют спелодревесными (ель, пихта). Если влажность древесины приблизительно одинакова, порода называется заболонной (береза, клен). Древесные клетки, образовавшиеся в течение года, формируют годовой слой, на поперечном срезе годовые слои имеют вид концентрических окружностей. Годовой слой состоит из двух зон – светлой, менее плотной (ранняя) и темной, более плотной (поздняя). Лиственные породы делятся на кольцесосудистые (дуб, ясень), у которых крупные сосуды расположены в ранней зоне годового слоя и их можно увидеть невооруженным глазом. В рассеяннососудистых породах (береза, осина) сосуды равномерно распределены по годовому слою. На поперечном срезе хвойных пород можно увидеть смоляные ходы (сосна, кедр, лиственница, ель). Смола повышает биостойкость древесины. Сердцевина ствола состоит из

рыхлой, первичной ткани с невысокой прочностью.

Микроструктура древесины – особенности строения, которые можно изучить, рассматривая тонкие срезы древесных пород под микроскопом. Схемы микроскопического строения древесины сосны, дуба и березы

246 Глава 8.  Древесина, материалы и изделия из нее
	представлены соответственно на
	рис. 8.3-8.5.
	Древесина состоит из древес-
	ных клеток и тканей. По форме
	различают клетки, вытянутые в
	длину (прозенхимные) и клетки
	приблизительно изометрические
	(паренхимные).
	В процессе роста дерева про-
	исходит дифференциация клеток
	в зависимости от их назначения.
	Группы одинаковых по назначению
	клеток образуют древесные ткани.
	Различают клетки и ткани прово-
	дящие, опорные или механические,
	запасающие, образовательные (кам-
	бий), ассимиляционные (фотосинтез
Рис.  8.5. Лиственная порода	в листьях и хвое) и покровные – кора
рассеяннососудистая	дерева.
1 – годичный слой;	В хвойных породах проводящи-
2 – сосуды;  3 – сердцевинные	ми клетками являются трахеиды ве-
лучи;  4 – либриформ	сенней (ранней) зоны годового слоя;
	опорные клетки образуют позднюю
(летнюю) зону. В лиственных породах проводящую функцию выполняют
в основном сосуды, а механическую – либриформ.
Запасающая ткань состоит из паренхимных клеток, образующих сис-
тему сердцевинных лучей.
Древесина растущего дерева содержит живые и омертвевшие клетки.
Живая клетка состоит из оболочки, протоплазмы и ядра. В строительс-
тве применяется срубленная древесина, состоящая из оболочек древес-
ных клеток.
Физико-механические свойства древесины зависят от ее химического
состава и строения оболочек древесных клеток и древесины в целом.
Оболочка древесной клетки состоит из органических веществ, при-
родных полимеров, главным из которых является целлюлоза (C H O )n,
где n – число элементарных звеньев в молекуле. Кроме целлюлозы обо-
лочку образуют также гемицеллюлоза и лигнин.
Целлюлоза – природный полимер, относящийся к группе поли-
сахаридов. Макромолекула целлюлозы состоит из элементарных
звеньев Д-глюкозы, соединенных в линейные неразветвленные це-
почки. Целлюлоза образует первичную оболочку древесной клетки
и относится к кристаллическим полимерам. Основным структурным

247

Рис.  8.6.  Схема строения клеточной оболочки а – расположение фибрилл в оболочке;  б – поперечный разрез клетки;

в – разрез по стенке клетки:  1 – межклеточное вещество;  2 – первичный слой;  3 – вторичный слой;  4 – третичный слой

элементом оболочки является мицелла – пучок нитевидных молекул целлюлозы. Мицеллы группируются в ряды, связанные между собой. Мицеллярные ряды соединяются в древесные волокна называемые фибриллами, которые также соединяются между собой. Мицеллярные ряды и фибриллы направлены вдоль оси ствола по спирали (рис. 8.6).

Фибриллы обладают признаками, характерными для молекулярных кристаллов. Целлюлоза – вещество белого цвета, имеющее форму продольных спиральных волокон, которые выполняют в древесине функции армирующего компонента, повышая прочность на растяжение.

В части оболочки клетки кристаллы­ целлюлозы отличаются более высокой концентрацией дефектов структуры и эту часть называют гемицеллюлозой. Последняя прочно связана с целлюлозой.

Другой важной структурной составляющей оболочки древесной клетки является лигнин, также относящийся к природным полимерам. Лигнин – аморфное вещество, содержится во вторичной оболочке древесной клетки. Древесина хвойных пород содержит 48-56 % целлюлозы, 26-30 % лигнина и 23-26 % гемицеллюлозы.

Оболочка древесной клетки состоит из первичного, вторичного и третичного слоев (рис. 8.6, б и в). Вторичный слой, в свою очередь, состоит из внешнего, центрального и внутреннего слоев. Между клетками находится межклеточное вещество. Первичный слой состоит из целлюлозы (микрофибрилл), вторичный – из целлюлозы и лигнина.

248 Глава 8.  Древесина, материалы и изделия из нее

Древесину рассматривают как твердое тело, состоящее из матрицы, образованной лигнином, и армирующего компонента – микрофибрилл целлюлозы. Эта модель хорошо согласуется с физическими свойствами древесины – анизотропностью, высокой прочностью при растяжении и сжатии.

Кроме целлюлозы и лигнина древесина содержит экстрактивные вещества – смолы, танниды, эфирные масла, красители и др. Эти вещества определяют цвет и запах древесины.

Древесина является пористым материалом. Поры разделяют на крупные и мелкие. Крупные капиллярные поры – это полости клеток, по которым в живом дереве обеспечивается массообмен – движение влаги. Сравнительно мелкие поры находятся в стенках клеток между и внутри фибрилл. Заполнение крупных капилляров водой мало влияет на качество древесины как строительного материала. Сравнительно мелкие поры и капилляры обусловливают сорбцию водяного пара и высокую гигроскопичность древесины.

8.3.  Физико–механические свойства древесины

Истинная плотность древесины зависит от породы и изменяется в пределах от 1,30 до 1,45 г/см³.

Средняя плотность зависит от влажности и пористости древесины. Стандартной характеристикой является средняя плотность при влажности, равной 12 %. Показатели средней плотности древесных пород, произрастающих на территории РФ, приведены в табл. 8.1.

Большинство древесных пород имеет среднюю плотность менее 800 кг/м³. Средняя плотность древесины бальзового дерева – 150 кг/м³, тяжелых древесных пород – достигает 1200 кг/м³.

Текстура (сложение) – это рисунок на радиальном и тангенциальном срезах. У древесных пород она весьма разнообразна, по текстуре можно различать породы. Ее создают такие анатомические элементы древесины, как годовые кольца, крупные сосуды, сердцевинные лучи. Встречаются породы с волнистой и узорчатой текстурой (карельская береза, ясень, клен). Текстура определяет декоративную ценность древесины и ее применение в качестве отделочного материала (приложение, рис. А.65).

Цвет древесины зависит главным образом от содержания в ней экстрактивных веществ. Яркую окраску имеет древесина тропических пород (красное дерево и др.). Древесина пород умеренного климата окрашена менее интенсивно. Интенсивность окраски увеличивается с возрастом дерева. Древесина, применяемая для наружной отделки, под действием влаги и солнечной радиации темнеет и нуждается в защите. Цвет учитывают при использовании древесины в качестве отделочного материала.

				249
	Средняя плотность древесины			Таблица 8.1
Порода		Средняя плотность, кг/м3
		влажность – 12 %		сухая древесина
Лиственница		730-640		640-570
Сосна		580-470		510-390
Ель		460-450		410-380
Пихта		440-350		390-310
Дуб		710-650		630-580
Береза		660-620		580-550
Осина		490-460		440-410
Бук		670-620		570-510

Цвет и текстура определяют декоративность древесины. Практически все древесные породы можно рассматривать как декоративные. Высокой декоративностью обладают такие породы как карельская береза, мореный дуб, бук, тис и др. Декоративная древесина используется для отделки мебели, интерьера.

Влажность (W) влияет на физико-механические свойства древесины. В зависимости от содержания влаги в древесине она имеет различные названия:

––сырая древесина . . . . . W выше 100 %,

––свежесрубленная. . . . . W = 50-100 %,

––воздушно-сухая . . . . . W = 15-20 %,

––комнатно-сухая. . . . . .W = 8-12 %,

––сухая. . . . . . . . . . .W = 0 % (сушка в сухом воздухе

при температуре от 100 до 105 °С). –– Стандартная влажность . .W = 12 %.

При длительном хранении в воздушной среде при стабильных температуре и влажности древесина достигает равновесной влажности (например, воздушно-сухая и комнатно-сухая).

Влагу в древесине подразделяют на связанную (гигроскопическую), находящуюся в стенках древесных клеток, и свободную, заполняющую полости клеток и межклеточное пространство.

Равновесная влажность, которая достигается при длительном хранении древесины на воздухе, насыщенном водяным паром, называется

250 Глава 8.  Древесина, материалы и изделия из нее

пределом гигроскопичности или точкой насыщения волокон. Пределу гигроскопичности соответствует максимальное содержание гигроскопической влаги в древесине. В зависимости от температуры предел гигроскопичности может изменяться от 30 % (при 20 °С) до 19 % (при 100 °С). Изменение содержания гигроскопической влаги вызывает деформации усушки или набухания древесины.

Гигроскопичность (сорбционная влажность) – это способность древесины поглощать водяной пар из окружающего воздуха. Обусловлена сорбцией водяного пара поверхностью оболочек клеток. Максимальная сорбционная влажность мало зависит от вида древесной породы, при температуре 20 °С она достигает 30 % и называется точкой насыщения волокон. Гигроскопичность вызывает изменение формы и размеров изделий, гигроскопическая влага отрицательно влияет на прочность древесины.

Деформации древесины (усушка и набухание). При высыхании древесины до предела гигроскопичности, испарении свободной воды. Понижается средняя плотность древесины, а ее объем практически не изменяется.

Усушка и разбухание древесины обусловлены изменением содержания гигроскопической влаги. Различают линейную и объемную усушку. Линейную усушку определяют в радиальном и тангенциальном направлении. Усушку вдоль волокон не определяют, так как она незначительна. Усушка в радиальном направлении составляет 3-6 %, в тангенциальном – 6-12 % и вдоль волокон – 0,1-0,3 %. Неравномерная усушка в радиальном и тангенциальном направлении вызывает коробление – изменение формы и размеров изделия, а также образование трещин в круглом лесе и пиломатериалах. Определяется также коэффициент усушки древесины, который характеризует усушку при изменении влажности на 1 %. Средние значения коэффициентов объемной, тангенциальной и радиальной усушки древесных пород приведены в табл. 8.2.

С увеличением средней плотности деформации усушки древесины растут. Усушка учитывается при распиловке бревен на доски (припуски на усушку), а также при сушке пиломатериалов.

В зависимости от величины коэффициента объемной усушки Ко дре-
весные породы подразделяют на четыре класса:
–– малоусыхающие. . . . .	Ко менее 0,45 (пихта),
–– умеренно усыхающие . .	Ко = 0,46-0,55 (сосна, береза и др.),
–– значительно усыхающие. .Ко = 0,56-0,65,
–– сильно усыхающие. . .	. Ко более 0,66.

Теплопроводность древесины всех пород невелика. Она зависит от породы, влажности и направления теплового потока. Например,