Лекция 1

Свойства древесины - как конструкционного материала

Содержание: Введение. Структура и состав древесины. Влага в древесине. Достоинства и недостатки древесины.

Введение

В строительстве применяется в основном древесина деревьев хвойных пород, т.к. ее структура более упорядоченная, а пропитка смолой препятствует гниению.

На лесопильные предприятия пиловочное сырье поступает в виде хлыстов (стволов срубленного дерева, у которого отделены корни и сучья). При поперечной разделке хлыстов получают круглые сортименты, имеющие различное назначение.

Бревнами называют сортименты, предназначенные для использования в круглом виде или в качестве сырья для получения пиломатериалов. Длина сортиментов от 3 до 6,5 с градацией через 0,5 . Увеличение толщины бревна по длине называется сбегом. В среднем сбег составляет 0,8 на 1 длины. Диаметр круглых лесоматериалов определяется диаметром меньшего конца. По диаметру бревна делятся на группы: мелкие - ; средние - с градацией через ; крупные - d свыше с градацией через .

Пиломатериалы получают при продольной распиловке бревен. По форме и размерам поперечного сечения пиломатериалы делят на доски - если ширина вдвое больше толщины; бруски - если ширина меньше двойной толщины; брусья - если ширина и толщина более .

В пиломатериалах широкую продольную сторону называют пластью, узкую - кромкой, грань, полученную после поперечной распиловки – торцом, а линию пересечения пласти и кромки - ребром.

Виды пилопродукции

1 - пластина; 2 - двухкантный брус; 3 - четырехкантный брус; 4 - горбыль; 5 - рейка; 6 - необрезная доска; 7 - обрезная доска с острым обзолом; 8 - обрезная доска с тупым обзолом; 9 - чистообрезная доска.

Пиломатериалы имеют стандартные размеры, приведенные в нормативных источниках и учебной литературе.

В зависимости от качества древесины и ее обработки на пиломатериалы в строительстве установлено 3 сорта: 1 - самый высокий, 2-ой, 3-ий.

1. Структура и состав древесины

Физические и механические свойства древесины определяются ее трубчато-волокнистым анатомическим строением, тонкой анизотропной структурой клеточных оболочек, малой плотностью древесинного вещества ( ) и относительно высокой прочностью его вдоль волокон.

Для изучения свойств необходимо рассмотреть как макро- , так и микроструктуру древесины.

Макроструктура древесины рассматривается на трех сечениях: поперечном, радиальном и тангенциальном.

На поперечном сечении ствола дерева различают следующие части:

• под корой расположен тонкий слой камбия, который обуславливает прирост древесины и коры;

• в центре сечения ствола расположена сердцевина, имеющая форму небольшого круглого пятнышка диаметром ;

• сердцевину окружает древесина темного цвета, которая называется ядром;

• между ядром и камбием располагается светлая древесина называемая заболонью.

Основным веществом, из которого состоит древесина, является целлюлоза, с возрастом размеры ядра увеличиваются за счет того, что клетки заболони пропитываются лигнином - веществом, которое по составу близко целлюлозе.

На поперечном сечении ствола можно увидеть концентрические слои, которые представляют собой ежегодный прирост древесины и называются годовыми слоями. Годовой слой состоит из двух частей: более светлая часть слоя представляет раннюю древесину, которая образуется весной; более темная древесина называется поздней, она образуется летом и является более прочной.

У хвойных деревьев на поперечном сечении можно видеть сердцевинные лучи, имеющие более слабую структуру. По этим лучам производится отток смолы.

На радиальном сечении годовые слои имеют вид вертикальных прямых, а сердцевинные лучи имеют вид поперечных блестящих участков, идущих от сердцевины к коре. При таком сечении структура древесины не нарушается и работает с максимальной прочностью.

На тангенциальном сечении годовые слои имеют веретенообразный вид за счет того, что ствол дерева имеет коническую форму, и при подобном разрезе происходит нарушение структуры древесины, т.к. разрезаются годовые слои.

Основным элементом микроструктуры древесины хвойных пород являются трахеиты, которые представляют собой вытянутые вдоль ствола пустотелые отмершие клетки. Они придают древесине механическую прочность. Длина трахеит составляет , ширина - . Толщина стенок трахеит в ранней части годового слоя , в поздней - , что определяет большую прочность поздней древесины по сравнению с ранней.

Другим структурным элементом являются паренхимные клетки, входящие в состав сердцевинных лучей.

Оболочка клетки имеет первичную и вторичную стенки, состоящие из целлюлозных волоконец - микрофибрилл. Вторичная стенка состоит из трех слоев: тонкого внешнего слоя, где микрофибриллы направлены под углом к продольной оси клетки; мощного центрального слоя, где микрофибриллы направлены по очень крутым спиралям - под углом и менее к продольной оси, и тонкого внутреннего слоя с расположением микрофибрилл по спиралям, но под большим углом к продольной оси клетки.

Механическая прочность древесины определяется главным образом наличием вторичной стенки - ее мощного центрального слоя. Спиральное расположение микрофибрилл во вторичной стенке придает значительную прочность древесине на растяжение.

Качество лесоматериалов определяется в основном степенью однородности строения древесины, от которой зависит ее прочность. Неоднородность строения древесины возникает в процессе роста дерева, хранения лесоматериалов на складах, сушки, обработки и в процессе эксплуатации конструкций. Степень однородности древесины определяется размерами и количеством участков, где однородность ее строения нарушена. Такие участки называются пороками.

Недопустимыми пороками древесины являются гниль, червоточина и трещины в зоне скалывания в соединениях. Допускаемыми пороками являются: сучки, остатки ветвей, вызывающие искривление направления волокон древесины; косослой, который образуется в результате винтообразного расположения волокон в стволе и при распиловке конусообразной формы стволов (сбега); трещины. Существуют и другие менее распространенные пороки: мягкая сердцевина, выпадающие сучки и т.д.

Основными факторами, определяющими сорт древесины, являются размеры сучков и наклон волокон в элементе. Например: 1-ый сорт - общий диаметр сучков на длине 20 см и наклон волокон не более 7 %; 2-ой сорт - и наклон волокон не более 10%; 3-ий сорт - и наклон волокон не более 12%.

В конструкционной древесине годовые слои должны быть не шире , и поздняя древесина должна составлять не менее 1/5 их ширины.

Древесину 1-го сорта рекомендуется применять для изготовления ответственных элементов конструкций, работающих на растяжение и растянутых зонах высоких клеедеревянных балок, древесину 2-го сорта - для прочих элементов несущих строительных конструкций, 3-го сорта - в малонапряженных настилах и обшивках.