Древесные материалы
Древесина и ее применение в народном хозяйстве. Строение дерева
В народном хозяйстве древесина применяется очень широко: в промышленном и гражданском строительстве ее используют для изготовления отдельных конструктивных элементов зданий и сооружений, а также окон, дверей, паркета и т. п. Древесина — сырье для изготовления целлюлозы, бумаги, картона, этилового спирта. При химической переработке древесины получают канифоль и скипидар; из коры дуба, ивы и лиственницы добывают дубильные вещества, употребляемые в кожевенной промышленности.
В судостроении древесину применяют при закладке судов на стапеле и спуске их на воду (кильблоки, спусковые дорожки стапеля, полозья, подбрюшины), для покрытия металлических палуб, для изоляции и оборудования провизионных кладовых, трюмов, кают и других помещений, для изготовления деревянной мебели, возведения строительных лесов, временных трапов.
Широкое применение древесины объясняется ее техническими свойствами. При относительно небольшой массе она обладает достаточной прочностью, легко обрабатывается, хорошо склеивается, а изделия из нее отличаются хорошими декоративными качествами.
Вместе с тем древесина имеет и ряд отрицательных свойств. При изменении влажности она разбухает, усыхает, растрескивается и коробится. Естественные древесные материалы подвержены загниванию и легко воспламеняются. В меньшей степени эти недостатки свойственны прессованной древесине, древесностружечным и древесноволокнистым плитам.
Растущее дерево состоит из корней, ствола и кроны. Корни всасывают из почвы влагу, питательные минеральные вещества и удерживают дерево в почве. Ветви и листья дерева образуют крону. В листьях происходит так называемый процесс фотосинтеза. Они поглощают из воздушной среды углекислый газ, который разлагается на углерод и кислород. Кислород из листьев выделяется в воздух, а углерод под влиянием солнечного света, взаимодействия с влагой и растворенными в ней минеральными веществами образует различные органические соединения, необходимые для питания дерева, которые распространяются по внутреннему слою его коры.
Ствол поддерживает крону дерева, хранит влагу, а также запасы питательных веществ, вырабатываемых листьями. Он состоит из сердцевины, древесины, камбия и коры (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Строение ствола
1 — кора; 2 — камбий; 3 — древесина; 4 — сердцевина
Сердцевина, расположенная в центре ствола, представляет собой рыхлую мягкую ткань и занимает незначительную часть ствола. Далее располагается древесина, занимающая большую часть ствола.
Камбий охватывает древесину сплошным кольцом. Он состоит из клеток, способных к делению и росту.
Кора защищает дерево от механических повреждений и от неблагоприятных влияний окружающей среды. Внутренний слой коры (лубяной) служит для отложения запасов питательных
веществ, выработанных в листьях. По строению коры можно определить породу дерева.
Древесина — основной технический материал, свойства которого неразрывно связаны с ее строением. Макроструктура (элементы строения) древесины хорошо видна на разрезах ствола невооруженным глазом. Так, на разрезах четко выделяются годичные слои, сердцевинные лучи, ядро и заболонь.
Годичные слои — концентрические круги вокруг сердцевины — хорошо видны на торцовом срезе. На радиальном срезе они просматриваются в виде продольных линий, на тангенциальном — в виде дугообразных кривых. У живого дерева каждый год вырастает один годичный слой. Рост происходит от камбиального слоя, поэтому чем ближе расположен слой к сердцевине, тем он старее. По числу годичных слоев на торцовом срезе комлевой части ствола можно определить возраст дерева. Годичный слой состоит из ранней древесины, образованной в весенний период роста, и поздней, развивавшейся в летний период. Окраска ранней древесины светлая. Поздняя древесина имеет более темную окраску и отличается большой плотностью и высокими механическими качествами.
Сердцевинные лучи сохраняют, а также проводят влагу и питательные вещества в горизонтальном направлении между годичными слоями. На торцовом срезе ствола (особенно у дуба, бука и клена) сердцевинные лучи имеют вид радиально расположенных узких полосок, на радиальном срезе — светлых или темных блестящих полосок, а на тангенциальном — темных штрихов с заостренными концами, расположенных по длине ствола.
У деревьев некоторых пород окраска периферийной и центральной частей ствола на торцовом и радиальном срезах различна. Такие породы деревьев называют ядровыми. Породы деревьев, стволы которых на срезе не имеют этого различия окраски, называют заболонными.
Центральная, темноокрашенная часть древесины, прилегающая к сердцевине, является ядром. Оно состоит из омертвевшей древесины, которая отличается повышенной стойкостью к загниванию, так как содержит значительное количество смол и дубильных веществ.
Заболонь — часть древесины раннего образования, состоящая из молодых клеток. В растущем дереве по заболони движется влага с растворенными в ней минеральными веществами. Ширина заболони зависит от возраста и места произрастания дерева. Широкую заболонь имеют сосна и дуб. По механическим свойствам заболонная древесина не отличается от древесины ядра, но менее устойчива к загниванию, так как легко впитывает влагу.
Микроструктура древесины различима только под микроскопом. Основными элементами древесины являются клетки, древесные волокна, сосуды и трахеиды.
Клетки представляют собой тонкие замкнутые оболочки, внутри которых находятся протоплазма и ядро. Клетки размножаются путем деления: ядро делится на две части и из одной клетки образуются две малые. По мере роста каждая из них делится также на две и т. д. Живые клетки служат для передачи питательных веществ друг другу и хранения запасов этих веществ на зимний период.
Древесные волокна — длинные одеревеневшие толстостенные клетки, составляющие основную часть древесины лиственных пород.
Сосуды — вытянутые тонкостенные клетки, через которые влага от корней проходит к листьям. Сосуды встречаются только в древесине лиственных пород.
Трахеиды — длинные замкнутые клетки, расположенные радиальными рядами. Они составляют основную часть древесины хвойных пород. Тонкостенные трахеиды заменяют собой сосуды, а толстостенные — волокна клетки. В древесине многих хвойных пород расположены смоляные ходы, в которых вырабатывается смола. Они соединены в горизонтальном и вертикальном направлениях и представляют собой единую систему.
Источник
9. Части дерева, их функциональное назначение и практическое использование.
Дерево, как известно, состоит из ствола, корней и кроны.
Ствол. При рассмотрении схемы формирования растущего дерева было принято, что ствол имеет форму конуса. На самом же деле ствол следует рассматривать как тело, образованное вращением вокруг вертикальной оси некоторой кривой. Ствол изучают на трех главных разрезах: поперечном и двух продольных – радиальном и тангенциальном. Плоскость поперечного, или торцового, разреза перпендикулярна оси ствола. Плоскость одного из продольных разрезов проходит через сердцевину ствола по радиусу торца — радиальный разрез, плоскость другого разреза — тангенциального – направлена по касательной к окружностям, образованным слоями годичного прироста. На поперечном разрезе можно указать радиальные и тангенциальные направления, а на продольных разрезах направления вдоль волокон и радиальное или тангенциальное.
Сердцевина сравнительно редко находится в геометрическом центре сечения ствола, обычно она более или менее смещена в сторону. Диаметр сердцевины большей частью колеблется в пределах 2—5 мм (у бузины достигает 1 см).
Кора покрывает снаружи камбий и древесину. На поперечном разрезе ствола она имеет форму кольца, окрашенного обычно значительно темнее древесины. В толстой коре взрослых деревьев можно различить два слоя с постепенным или резким переходом от одного к другому: наружный — корку (его назначение — предохранять живые ткани ствола от резких колебаний температуры, испарения влаги, проникновения грибов, бактерий и механических повреждений) и внутренний слой — луб, непосредственно прилегающий к камбию. Назначение луба в растущем дереве — проводить вниз по стволу образующиеся в листьях органические питательные вещества.
Доля общей массы абсолютно сухого вещества в древостоях различных бонитетов %
10. Прямые и косвенные методы определения влажности древесины, достоинства и недостатки, области применения.
Для количественной характеристики содержания воды в древесине используют показатель — влажность. Под влажностью (абсолютной) 1 понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины:
где m— масса образца влажной древесины, г; — масса образца абс. сух. древесины, г.
Влажность древесины измеряют прямыми и косвенными методами. Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом воды из древесины. Воду можно отделить путем высушивания и определить влажность с заданной степенью точности. Согласно ГОСТ 16483.7—71 с погрешностью до 0,1 % можно определить влажность проб из образцов, подвергавшихся физико-механическим испытаниям, выполняя следующую процедуру.
Очищенные от заусенцев и опилок пробы помещают в стеклянные бюксы с притертыми крышками и взвешивают на аналитических весах с погрешностью до 0,001 г. Бюксы используют для того, чтобы масса пробы не изменилась во время взвешивания. Массу бюксы определяют заранее на тех же весах. Пробы находятся в бюксах (но со снятыми крышками) и во время высушивания.
Пробы высушивают в сушильных шкафах — небольших обогреваемых камерах с автоматическими регуляторами температуры. Наилучшими экс свойствами обладают электрические сушильные шкафы, которые и находят повсеместное применение.
Высушивание выполняют при температуре воздуха 103°С, бюксы с пробами находятся в шкафу до тех пор, пока не будет достигнуто постоянное значение массы, устанавливаемое контрольными взвешиваниями. Первое взвешивание проводят через 6—10 ч, а далее через каждые 2 ч. Если разница в массе при двух взвешиваниях с указанным интервалом окажется менее 0,002 г, считают, что достигнуто абсолютно сухое состояние древесины. Пробы из смолистой древесины хвойных пород не должны находиться в сушильном шкафу более 20 ч. Перед каждым взвешиванием бюксы закрывают крышками и охлаждают в сухом воздухе в эксикаторах — сосудах с безводным хлористым кальцием или серной кислотой концентрацией 94 %. Влажность, %, вычисляют по формуле .
Влажность древесины с большей погрешностью (до 1 %) определяют по образцам размерами 20х20х30 мм, взвешивая их без бюкс на технических весах с погрешностью до 0,01 г. После первого взвешивания образцы помещают в сушильный шкаф, в котором они находятся до тех пор, пока по результатам двух последних контрольных взвешиваний (разница должна быть не более 0,02 г) не будет установлено достижение постоянной массы т Влажность образца вычисляют по формуле. Описанный простой и надежный метод определения влажности путем высушивания нашел широкое применение.
Основной недостаток прямых методов заключается в том, что продолжительность процедуры очень велика. При методе высушивания она занимает 8—10 ч, а иногда и более. Этого недостатка лишены косвенные методы. Косвенные методы определения влажности основаны на измерении показателей других физических свойств древесины, которые зависят от содержания влаги в древесине. Поскольку вода оказывает влияние по существу на все физические свойства древесины, косвенных методов измерения ее влажности сущёствует очень много. Однако не все из них могут быть с равным успехом использованы для создания быстродействующих, точных, простых по конструкции и удобных в эксплуатации приборов — влагомеров.
Для создания влагомеров широко используются достаточно строгие зависимости между влажностью и электрическими параметрами древесины. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, основанные на измерении электропроводности древесины.
К недостаткам этих приборов, помимо меньшей точности (по сравнению с методом высушивания), относится также и то, что они дают значения локальной влажности древесины в месте введения игольчатых контактов. При обычно неравномерном распределении влажности по объему доски или заготовки этот не достаток может быть причиной дополнительных погрешностей в определении интегральной влажности древесины.
Источник