Материаловедение (стр. 7 )

Пороки древесины делят на несколько групп:

- пороки формы ствола (сбежистость – значительное уменьшение диаметра по длине ствола; закомелистость – резкое увеличение диаметра нижней комлевой части ствола; кривизна);

- пороки строения древесины (наклон волокон – косослой вызывает резкое снижение прочности древесины; свилеватость – расположение волокон в виде волн или завитков; крень – смещение сердцевины; двойная сердцевина);

- сучки – части ветвей, заключенные в древесине (сросшиеся и выпадающие сучки, разветвленные или лапчатые – наиболее опасные; здоровые);

- трещины (метик, морозные трещины, трещины усушки идут по сердцевинным лучам, отлуп – по годовым кольцам);

- грибные поражения и химические окраски – вызываются грибами, использующими древесину в качестве питательной среды, или микроорганизмами;

- повреждения насекомыми – червоточины;

- покоробленности – нарушение формы пиломатериалов при изменении влажности древесины (поперечная, продольная и винтообразная покоробленность – крыловатость).

Зависимость свойств древесины от влажности

Влажность выражают в % от массы сухой древесины. В древесине различают:

- гигроскопическую влагу, связанную в стенках древесных клеток;

- капиллярную влагу, которая в свободном состоянии заполняет межклеточное пространство и полости клеток;

- химически связанную влагу.

Основную массу влаги составляют гигроскопическая и капиллярная.

Сухая древесина поглощает водяной пар из влажного воздуха, который поступает в стенки древесных клеток. Полное насыщение стенок клеток гигроскопической влагой соответствует влажности древесины около 30%. Эта влажность называется пределом гигроскопичности.

При увлажнении стенки древесных клеток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий. При достижении предела гигроскопичности разбухание прекращается, деформации стабилизируются. Содержание свободной влаги на размерах древесины не отражается.

Усушка древесины происходит за счет удаления связанной влаги из стенок клеток. Вследствие неоднородности строения, древесина усыхает и разбухает в различных направлениях неодинаково, что и вызывает коробление и растрескивание лесных материалов.

Для предотвращения коробления и растрескивания древесину используют с той равновесной влажностью, которая будет в условиях эксплуатации. Например, для столярных изделий влажность древесины не должна превышать 8-10%, для наружных конструкций 15-18%. Для защиты древесины от последующего увлажнения в процессе эксплуатации ее покрывают красками, лаками, специальными составами.

Равновесная влажность древесины зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Для определения равновесной влажности древесины пользуются специальной номограммой.

Свойства древесины (средняя плотность, деформации, прочность и др.) зависят от влажности, поэтому показатели свойств, полученные при испытании древесины различной влажности, для возможности сопоставления приводят к стандартной влажности, равной 12%. Например, если известна равновесная влажность древесины(Wр) в момент испытания и предел прочности при этой фактической влажности (Rw), то прочность при стандартной влажности рассчитывается по формуле:

R12 = Rw [1+ a(Wр - 12)], где a - коэффициент, показывающий на сколько изменяется прочность при изменении влажности древесины на 1%. Значение a при сжатии и изгибе составляет 0,04, при смятии (сжатие поперек волокон) – 0,035.

Прочность древесины зависит от породы дерева, наличия пороков, места расположения древесины в стволе, направления волокон древесины, влажности и др. Она определяется на стандартных лабораторных образцах без пороков: при определении предела прочности при сжатии вдоль волокон размер образцов 2х2х3 см, при смятии – 2х2х6 см, при изгибе – 2х2х30 см и т. д.

4.3. Защита древесины от гниения и возгорания

Гниение древесины вызывается совместным действием следующих факторов: повышенная влажность, кислород воздуха, положительная температура, наличие спор дереворазрушающих грибов. Дереворазрушающие грибы питаются материалом стенок клеток – целлюлозой, разлагая ее с помощью ферментов до глюкозы:

(С6Н10О5)n + n Н2О = n С6Н10О5

Глюкоза в теле гриба используется в процессе его жизнедеятельности, и, в конце концов окисляется и превращается в углекислый газ и воду:

С6Н10О5 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О.

Наиболее радикальный и реальный с конструктивной точки зрения путь защиты древесины от гниения – сухой режим эксплуатации (влажность древесины должна быть не более 15%). Если это невозможно, необходимо использовать антисептики - вещества, ядовитые для дереворазрушающих грибов.

Чаще других применяются водорастворимые антисептики, например, 3%-ный водный раствор NaF; растворы кремнефторида натрия или аммония. Маслянистые антисептики (например, антраценовое, каменноугольное, сланцевое масло), применяют для глубокой пропитки деревянных элементов, находящихся на открытом воздухе, в земле или воде (шпалы, части мостов, сваи, подводные сооружения и др.). Органорастворимые (Pinotex и проч.) - высокотоксичные для дереворазрушающих грибов антисептики, хорошо проникающие в древесину. Антисептические пасты, состоящие из водорастворимого антисептика, связующего вещества (битум, глина, жидкое стекло и др.) и наполнителя (торфяной порошок), применяют для защиты деревянных элементов зданий, увлажнение которых происходит в процессе эксплуатации (концы балок, столбов и др.).

Защита от возгорания осуществляется покрытием древесины огнезащитными составами и пропиткой антипиренами. Механизм действия огнезащитных красочных составов заключается в том, что при пожаре краска пузырится и образующийся пористый слой замедляет нагревание древесины. Антипирены (от греч. pyr – огонь) – растворы солей и некоторых других веществ (хлористый аммоний, фосфорнокислые натрий и аммоний, сернокислый аммоний, бура), которыми пропитывают древесину. Механизм их действия основан на том, что одни из них при нагревании древесины создают оплавленную пленку, закрывающую доступ кислорода к древесине, другие - при высокой температуре выделяют негорючие газы, препятствующие горению.

4.4. Виды материалов, изделий и конструкций из древесины

Лесоматериалы:

- круглые лесоматериалы (бревна строительные и пиловочные - диаметр верхнего торца не менее 14 см, подтоварник - диаметр 8-13 см, жерди - диаметр 3-8 см. Оцилиндрованные бревна получают из обычных бревен обработкой их на токарном станке, в результате чего они приобретают цилиндрическую форму (без «сбега»);

- пиломатериалы (пластины - получают при продольном распиливании бревен на две половины), четвертины - распиливание по двум взаимно перпендикулярным диаметрам, доски, брусья, бруски, горбыль). Длина пиломатериалов от 1 до 6,5 м с градацией через 0,25 м. Брусья имеют квадратное или прямоугольное сечение, толщину и ширину более 100 мм. Бруски имеют толщину менее 100 мм;

Полуфабрикаты и изделия из древесины:

- строганые и шпунтованные доски имеют на одной кромке шпунт, а на другой – гребень для плотного соединения элементов.

- фрезерованные изделия (плинтусы, поручни, наличники для обшивки дверных и оконных коробок, фальцованные доски - вагонка);

- паркет (штучный, щитовой, паркетная доска). Щитовой паркет имеет основание из досок или брусьев, на которое наклеен паркет из планок. Паркетные доски состоят из реечного основания с наклеенными паркетными планками;

- столярные изделия (оконные и дверные блоки, столярные перегородки, щитовые двери и др.);

Фанера - листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущеного шпона. Шпон - тонкая непрерывная стружка, снимаемая с поверхности бревна на лущильных станках. Листы шпона в фанере располагают так, чтобы волокна древесины в смежных слоях находились во взаимно перпендикулярных направлениях. Так достигается изотропность материала при высоких прочностных показателях, характерных для цельной древесины без пороков. Толщина листов фанеры от 3 до 19 мм.

В зависимости от вида использованного клея и его водостойкости различают фанеру повышенной водостойкости (марка ФСФ на фенолоформальдегидном клее), средней водостойкости (марки ФК и ФБА соответственно на карбамидном и альбумин-казеиновом клеях), ограниченной водостойкости (марка ФБ на казеиновом клее). Декоративная фанера марки ДФ, облицованная шпоном из ценных пород (дуба, груши и т. п.), применяется для внутренней отделки стен, перегородок, дверных полотен, встроенной мебели. Для использования во влажных условиях и нагруженных конструкциях производится бакелитизированная фанера (марки ФБС и ФБ). Выпускаются также фанерные плиты (толщиной до 78 мм), применяемые для дверей, перегородок, встроенной мебели.

Столярные плиты толщиной до 50 мм (реечные щиты, оклеенные с обеих сторон шпоном) также применяют для изготовления дверей, перегородок, мебели и т. п.

Кровельные материалы для временных зданий выпускают следующих видов: стружка (длиной 40-50 см вдоль волокон, толщиной 0,3 см), дрань (длиной 40-100 см, толщиной 0,3-0,5 см), плитки деревянные и гонт (длиной 50-70 см, толщиной 1,5 см).

Сборные деревянные дома могут быть двух типов: с деревянным каркасом (из бруса, толстых досок и т. п.), заполненным каким-либо теплоизоляционным материалом (минеральной ватой, фибролитом и др.) и обшитым с внутренней и наружной сторон, и дома из бревен (обычных и оцилиндрованных) или деревянного бруса. Более совершенный вариант – дома из клееного бруса. Такой брус делают на заводе склейкой из 3-5 толстых досок («ламелей») таким образом, чтобы годовые кольца древесины в соседних ламелях были направлены в разные стороны. За счет этого клееные брусья не трескаются и не коробятся. На верхней и нижней гранях бруса фрезеруются шипы и ответные им пазы для простейшего получения плотного стыка

Клееные деревянные конструкции - крупноразмерные элементы (шириной 120-200 мм, высотой – до 1500 мм), полученные путем склеивания полимерными клеями небольших деревянных заготовок. Они отличаются меньшей массой, большей прочностью, водостойкостью, большей стойкостью к загниванию, меньшей возгораемостью, чем обычные деревянные конструкции. Технология клееных деревянных конструкций позволяет получить конструкции любого размера и формы, удалить из древесины дефектные участки (сучки, косослой и проч.), максимально полно использовать древесину, в том числе и «неделовую». Клееные деревянные конструкции превосходят по эффективности железобетонные, и во многих странах мира они рекомендованы для многоэтажных жилых и общественных зданий.