Микроструктура и химический состав древесины

ГЛАВА 8

ДРЕВЕСИНА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Общие сведения о древесине. Краткие свойства древесины

Древесина относится к одному из весьма распространенных строительных материалов. Древесные материалы применялись в строительстве с глубокой древности. Еще в XII... XIII вв. русскими зодчими были созданы замечательные сооружения из древесины — мосты, стеновые укрепления, великолепные по архитектурной выразительности и долговечности здания. Некоторые из них сохранились и до сих пор как памятники архитектуры.

В XVIII...XIX вв. древесина оставалась одним из основных строительных материалов в России.

Основные лесные массивы произрастают в России главным образом в Сибири и на Дальнем Востоке. Это огромная общественная ценность, определяющая климатические условия в стране, сохраняющая здоровье человека.

Древесина обладает рядом положительных свойств. К достоинствам этого материала, объясняющим причины широкого использования ее в строительстве, относятся, во-первых, достаточно высокая прочность — при сжатии предел прочности составляет 35... 70 МПа, при растяжении и изгибе пределы прочности, равны 80... 120 МПа; во-вторых, легкость — средняя плотность древесины составляет примерно 400...600 кг/м³ (у самых распространенных пород— сосны, ели, лиственницы, дуба).

Сочетание высокой прочности и легкости обеспечивает высокий коэффициент конструктивного качества (ККК) древесины. Этот коэффициент равен отношению предела прочности при сжатии материала к его средней плотности. У древесины этот коэффициент равен 0,7 и выше, тогда как у кирпича 0,06...0,15, у стали марок 3 и 5 — от 0,5 до 1,0.

Низкая теплопроводность (особенно поперек волокон), высокая химическая стойкость в отношении кислот и щелочей, технологичность при использовании, гвоздимость, легкая обрабатываемость, надежная склеиваемость, красивый внешний вид дерева делают его эффективным отделочным материалом.

В благоприятных условиях эксплуатации деревянные постройки и строительные детали сохраняются очень долго, несколько сотен лет. Благодаря этим качествам и относительно невысокой стоимости древесина широко применяется в строительстве.

Но древесина обладает и некоторыми недостатками, ограничивающими области ее применения.

К недостаткам древесины, как строительного материала, можно отнести следующие свойства:

- анизотропность, т. е. неоднородность строения, обуславливающую

различие показателей прочности и теплопроводности вдоль и поперекволокон, что создает некоторые затруднения при применении древесины в строительстве; - гигроскопичность — способность поглощать и отдавать влагу в значительном количестве при изменении влажности и температуры окружающего воздуха, что ведет к набуханию (при возрастании влажности) или усушке (при уменьшении влажности) древесины с изменением ее объема. Так как вследствие анизотропности древесины эти изменения размеров в различных направлениях неодинаковы, то они вызывают внутренние напряжения, приводящие к образованию трещин и короблению материалов;

- загниваемость, выражающаяся в способности древесины разрушаться под действием микроорганизмов, особенно при нахождении в неблагоприятных условиях эксплуатации;

- сгораемость и легкая воспламеняемость, делающие деревянные постройки и конструкции огнеопасными, особенно если не приняты специальные меры для защиты их от возгорания;

Большинство этих недостатков можно преодолевать техническими мероприятиями и созданием благоприятных условий при эксплуатации конструкций из древесины.

Микроструктура и химический состав древесины

Дерево состоит из разного рода клеток, их скоплений и тканей. Большая часть клеток вытянута вдоль ствола, меньшая — в поперечном направлении (сердцевинные лучи).

Клетки классифицируют по форме и назначению. По форме различают вытянутые в длину (параллельно оси ствола) прозенхимные клетки и клетки округлой или многогранной формы, все грани которых примерно равны друг другу — паренхимные клетки.

Поперечные размеры большинства клеток примерно от 0,01 до 0,1 мм, длина — 0,5... 10 мм. У крупных сосудов диаметр составляет 0,3...0,4 мм, а длина

в отдельных случаях достигает 2...3 м. По назначению различают клетки:

- проводящие (они составляют проводящую ткань);

- опорные или механические (составляют механическую ткань);

- запасающие;

- образовательные, расположенные в слое камбия;

- ассимиляционные — в листве и хвое (усваивают углекислоту воздуха в процессе фотосинтеза);

- покровные — в корке дерева.

В хвойных породах роль проводящих клеток играют трахеиды весенней древесины, опорных — трахеиды летней древесины.

В лиственных породах проводящими являются сосуды — крупные клетки с тонкими стенками и большой внутренней полостью, округлой в сечении, и опорными — древесные волокна, клетки с утолщенными стенками и узкой внутренней полостью.

Запасающие клетки, паренхимные, находятся в лубе и сердцевинных лучах, как у хвойных, так и у лиственных пород.

Каждая клетка имеет оболочку (стенку). Древесина растущего дерева содержит живые и отмершие клетки. В живых клетках содержится протопласт (плазма и ядро). С ростом дерева протопласт в некоторых клетках высыхает, а клетки отмирают. Срубленная древесина состоит из омертвевших клеток, т. е. из клеточных оболочек.

Оболочки клеток примерно на 99% (по массе) состоят из органических соединений, главнейшим из которых является целлюлоза. Кроме целлюлозы в клеточных оболочках содержатся гемицеллюлоза (пентозаны и гексозаны), лигнин.

Оболочка клетки состоит из первичной (внешней) стенки и вторичной. Вторичная стенка слагается из трех слоев — внешнего, центрального и внутреннего. Между соседними клетками находится межклеточное вещество, состоящее из лигнина и пектополиуреноидов. Структурные элементы первичной и вторичной стенок — целлюлозные волокна (микрофибриллы). В основной, вторичной стенке оболочки микрофибриллы направлены по спирали под разными углами к оси ствола (построение сходно с канатом).