Строительные материалы. Древесина.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Древесина представляет собой сложный композиционный материал, созданный природой. При рассмотрении структуры древесины принято различать макроструктуру, различимую невооруженным глазом, и микроструктуру, различимую с помощью оптической и электронной микроскопии.

Макроструктура древесины -- строение древесины, видимое невооруженным глазом. Рассматриваются три основных разреза ствола: поперечный -- торцовый и два продольных -- радиальный, проходящий через ось ствола, и тангентальный, проходящий по касательной к годовым кольцам (рис. 3.1).

На поперечном разрезе древесины ствола видны концентрические годовые кольца, располагающиеся вокруг сердцевины. Каждое годовое кольцо имеет два слоя: ранней (весенней) и поздней (летней) древесины. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных тонкостенных клеток.

Рис. 3.1. Строение ствола дерева:

Поздняя древесина более темного цвета, состоит из мелких клеток с толстыми стенками; поэтому она менее пориста и обладает большей прочностью, чем весенняя.

В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав, одеревеневают и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных -- дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается, и она становится более прочной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола у разных пород называют ядром или спелой древесиной.

Изучая строение древесины под микроскопом, можно увидеть, что основную массу древесины составляют клетки механической ткани, имеющие веретенообразную форму и вытянутые вдоль ствола.

Срубленная древесина состоит из отмерших клеток, т. е. только из клеточных оболочек. Оболочки клеток сложены из нескольких слоев очень тонких волоконец, называемых микрофибриллами, которые компактно уложены и направлены по спирали в каждом слое под разным углом к оси клетки (подобно отдельным прядям в канате). Это обеспечивает высокую прочность древесине.

Физические свойства древесины характеризуются её внешним видом (цвет, блеск, текстура), плотностью, влажностью, гигроскопичностью, теплоёмкостью и др. Древесину как материал используют в натуральном виде (лесоматериалы, пиломатериалы), а также после специальной физико-химической обработки.

Важное декоративное свойство и диагностический признак - цвет древесины., характеристики которого изменяются в широких пределах (цветовой тон 578-585 нм, чистота цвета 30-60%, светлота 20-70%). Блеск наблюдается у древесины некоторых лиственных пород, особенно на радиальном разрезе. Текстура - рисунок древесины, образующийся при перерезании анатомических элементов ее структуры, - особенно эффектна у лиственных пород.

Механические свойства древесины характеризуют ее способность сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок). К ним относятся прочность, твердость, деформативность, ударная вязкость.

Прочностью называется способность древесины сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Она зависит от направления действующей нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков и характеризуется пределом прочности - напряжением, при котором разрушается образец.

Различают основные виды действия сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. древесина природа скалывание композиционный

Твердость - способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел.

Еще одной характеристикой качества древесины является отсутствие у нее пороков. Пороки древесины можно разделить на несколько групп: пороки формы ствола, пороки строения древесины, сучки, трещины, химические окраски и грибковые поражения и покоробленности. Ниже рассмотрены основные виды пороков.

Пороки формы ствола легко определяются на растущем дереве, поэтому стволы таких деревьев могут быть отбракованы на лесосеке. К этой группе пороков относятся сбежистость, закомелистость и кривизна ствола (рис. 3.3).

Сбежистость -- значительное уменьшение диаметра по длине ствола. Нормальным сбегом считается уменьшение диаметра на 1 см на 1 м длины ствола. Этот порок уменьшает выход обрезных пиломатериалов. Кроме того, в материале оказывается много перерезанных волокон, что снижает его прочность.

Закомелистость -- резкое увеличение диаметра комлевой (нижней) части ствола. Закомелистость бывает круглой и ребристой. В любом случае она увеличивает количество отходов и искусственно вызывает косослой в готовой продукции.

Кривизна ствола -- искривление ствола дерева в одном или нескольких местах. Сильная кривизна переводит древесину в разряд непригодной для строительных целей.

Пороки строения древесины представляют собой отклонения от нормального расположения волокон в стволе дерева: наклон волокон, свилеватость, крень, двойная сердцевина и др. (рис. 3.4).

Рис. 3.3. Пороки формы ствола:

Наклон волокон (косослой) -- непараллельность волокон древесины продольной оси пиломатериала. Это явление (особенно при больших углах наклона волокон) вызывает резкое снижение прочности древесины и затрудняет ее обработку.

Рис. 3.4. Пороки строения древесины:

а -- наклон волокон; б -- свилеватость; в -- крень; г -- двойная сердцевина

Пиломатериал, имеющий косослой, обладает повышенной склонностью к короблению при изменении влажности.

Свилеватость -- крайнее проявление косослоя, когда волокна древесины расположены в виде волн или завитков. Свилеватость в некоторых породах (орех, карельская береза) придает красивую текстуру древесине; такие породы используются в отделочных работах.

Крень -- изменение строения древесины, когда годовые кольца имеют разную толщину и плотность по разные стороны от сердцевины. Крень нарушает однородность древесины.

Сучки -- самый распространенный и неизбежный порок древесины, представляющий собой основание ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон (свилеватость). Сучки уменьшают рабочее сечение пиломатериалов, снижая их прочность в 1,5…2 раза (а в тонких Досках и брусках и более).

По степени срастания сучков с древесиной ствола различают сучки сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся (выпадающие). Особенно опасны сучки разветвленные (лапчатые) (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Различные виды сучков: а -- сросшийся здоровый; 6 -- выпадающий; в -- сшивной; г -- разветвленный (лапчатый)

В строительстве следует использовать только сухую, вполне здоровую древесину. Недопустимо применять лесоматериалы, зараженные грибами или плохо окоренные, а также сыпучие термоизоляционные материалы, загрязненные органическими веществами или сырые.

Вещества, применяемые для защиты древесины от гниения, подразделяются на: водорастворимые, используемые в виде растворов; водорастворимые, применяемые в виде антисептических паст; маслянистые антисептики.

Водорастворимые вещества предназначаются только для тех случаев, когда пропитанная древесина в эксплуатационных условиях не подвергается длительному воздействию воды. Способы их применения следующие: обмазка или опрыскивание древесных материалов, пропитка в ваннах (холодных, горячих или горяче-холодных) и пропитка древесных материалов под давлением.

Антисептические пасты подразделяются по характеру связующих веществ на глиняные, битумные, экстрактовые и силикатные. По относительному содержанию антисептика в пасте, наносимой на 1 м² обрабатываемой поверхности древесных материалов, их подразделяют на пасты марки 100 и пасты марки 200.

Наиболее распространенными антисептиками являются: фтористый натрий, кремнефтористый натрий, кремнефтористый аммоний, хлористый цинк в щелочном растворе, медный купорос, хромат меди, нафтенат меди, карболинеум, хлорированные смолы, хлорированный нафталин, каменноугольное или сланцевое креозотовое масло, антраценовое масло, феноляты кальция, подсмольная вода, в которой устранено влияние уксусной кислоты, корродирующей железо, и ряд других.

Консервировать необходимо не только древесные материалы, которые прикасаются к фундаментам, каменным стенам, но и оконные переплеты, древесные материалы стен, полов и потолков кухонь, ванных комнат и, конечно, деревянные столбы всех видов, деревянные части мостов, эстакад и вообще все деревянные материалы, которые легче всего загнивают.

Нижние обвязки и венцы стен не только тщательно предохраняют от гниения, но также изолируют от фундаментов гидроизоляционной прослойкой (промазкой битумом, руберойдом и т. п.). В местах примыкания деревянных перегородок к каменным стенам между деревом и каменной кладкой всегда делают прослойку из руберойда или другого материала.

Выбор средств для предохранения от гниения деревянных частей строений и способ консервирования древесины зависит от влажности древесных материалов, их размеров, свойств древесины, возможности выщелачивания антисептиков, характера строительных конструкций и других обстоятельств.

Если опасность поражения древесных материалов разрушающими древесину грибами невелика и исключается возможность выщелачивания примененного антисептика водой, обычно ограничиваются двух- или трехкратной обмазкой (с интервалами в 2--4 часа) или повторной обработкой поверхности древесных материалов 3 %-ным или насыщенным водным раствором (4 %) фтористого натрия при помощи краскопульта.

Антисептирование древесины водными растворами фтористых солей производится только после того, как древесина очищена от коры, луба, пристывшей во время транспортирования или хранения грязи, извести, цемента или после полной механической обработки древесных материалов. При этом после обработки антисептиками нельзя производить опиловку, подтеску, строгание древесины.

Для приготовления раствора на 10 л воды берется 0,3 кг фтористого натрия и 0,002 кг красителя. На 100 м² обрабатываемой поверхности расходуется (при двукратном опрыскивании) 2,4 кг фтористого натрия и 0,016 кг красителя. В случае отсутствия фтористого натрия древесные материалы, которые не скреплены гвоздями или болтами, можно обрабатывать кремнефтористым натрием. Его предварительно растворяют в горячей воде при температуре не ниже 90°. Насыщенный раствор этой соли (примерно 2,1 %) применяют при температуре не ниже 50°. В этом случае очень хорошие результаты дает применение восьмипроцентного раствора кремнефтористого аммония.

Древесный кровельный материал (гонт, дощечки, дранки) можно успешно антисептировать во время заготовки. Для этого его погружают на несколько минут в подсмольную воду, хлорированный нафталин или хлорированную древесную смолу.

Находящиеся на открытом воздухе, в земле или воде деревянные материалы можно также надежно обрабатывать маслянистыми антисептиками. Но нужно иметь в виду, что для консервирования внутренних конструкций жилых зданий и складов пищевых продуктов, а также деревянных конструкций около печных труб и горячих поверхностей не рекомендуется применять каменноугольное креозотовое масло, антраценовое масло и другие легковозгораемые или с резким запахом антисептики.

Если уложенную деревянную кровлю или древесные материалы, которые скреплены металлическими гвоздями или болтами, приходится консервировать подсмольной водой, для снижения ее корродирующего действия желательно нейтрализовать уксусную кислоту аммиачной водой или железной стружкой. Значительного снижения корродирующего действия уксусной кислоты можно также достичь добавлением к подсмольной воде небольшого количества (не менее 0,25 %) буры, борной кислоты, фосфата калия или других веществ, препятствующих коррозии. Если к подсмольной воде добавить (в пропорции 2 : 3) буры и около 3--4 % борной кислоты, пропитанная таким составом древесина становится менее горючей. Кроме того, такая древесина защищена также против поражения ее жуками-точилыциками. Антисептирующее действие подсмольной воды можно усилить добавкой медного купороса или бихромата калия.

Хорошими антисептиками являются также сланцевые пропиточные масла и кальциевые соли сланцевых фенолов. Если к сланцевой смоле добавить 3--5 % ДДТ, то такая смола уничтожает также жуков разрушителей древесины и их личцнки.

При необходимости более глубокой пропитки древесного материала консервирующим веществом применяют горяче-холодный способ обработки или наносят на древесину антисептическую пасту, приготовленную на глиняном или другом связующем материале.

Для наиболее эффективной пропитки древесины в горячехолодных ваннах ванны с загруженной в них древесиной заполняют горячим раствором, который через некоторое время вытесняется холодным раствором антисептика, но при условии, если исключена возможность соприкасания древесины с воздухом во время процесса пропитки.

От возгорания древесину можно предохранять конструктивными мерами, а также путем покрытия деревянных конструкций специальными красками, термоизоляционными штукатурками или обшивкой и, наконец, пропиткой огнезащитными водорастворимыми составами.

К конструктивным мерам защиты древесины от возгорания относятся такие мероприятия, как расположение элементов деревянных конструкций на значительном расстоянии от источников нагревания, устройство разделительных огнестойких перегородок и разделок (при кладке печей и т. п.). Деревянные конструкции по возможности не должны иметь внутренних пустот и полостей, которые способствуют распространению огня при пожаре. Если устройство таких полостей неизбежно, то они должны быть разделены на отсеки, не сообщающиеся между собой.

При выборе сечений элементов деревянных конструкций нужно иметь в виду, что круглые и массивные элементы горят хуже, чем прямоугольные элементы малых сечений с острыми ребрами. Гладкая строганая поверхность дерева труднее воспламеняется, чем нестроганая.

Назначение окраски (и обмазок) древесины состоит в том, что при нагревании краски образуется сплошная стекловидная пленка, которая предохраняет древесину от притока кислорода, а следовательно, и от возгорания. В качестве примера огнезащитной краски можно назвать силикатную краску, состоящую из жидкого стекла с мелом. Огнезащитные краски наносят кистью за один или два раза так, чтобы толщина слоя была 1--2 мм.

В качестве средств огнезащиты древесины может быть применена обычная штукатурка толщиной 20 мм, а также обшивка деревянных поверхностей асбестоцементными листами или асбестовым картоном.

Кроме того, применяют огнезащитные обмазки, в состав которых входят суперфосфат, сульфитный щелок, глина, жидкое стекло, асбест и другие материалы. Толщина слоя обмазки 2--3 мм.

Для пропитки древесины используют водные растворы буры, сернокислых и фосфорнокислых солей аммония и др. Наиболее эффективна пропитка пиломатериалов в автоклавах под давлением в 10--12 ат.

Древесина, пропитанная огнезащитными растворами, под действием огня медленно тлеет. При удалении огня тление прекращается.

В строительстве применяют круглый лес и пиломатериалы. К круглому лесу относятся бревна строительные (диаметром от 12 см, длиной 4...9 м), пиловочные (диаметром 14 см и более, длиной 4...7,5 м) и кругляк

Различают кругляк двух видов: подтоварник (тонкие бревна диаметром 8...11 см в верхнем отрубе) и жерди (бревна диаметром до 8 см). Обмер бревен производят в тонком конце по верхнему отрубу.

В строительстве применяют пиломатериалы. Пластины получают распиловкой бревен по оси ствола на две части

Четвертины -- бревна, распиленные вдоль оси ствола на четыре части.

Горбыль -- отход при распиловке бревна параллельно оси ствола.

Брусья -- толщина 13...25 см, ширина не более двойной толщины

Бруски -- толщина 4... 12 см, ширина менее двойной толщины.

Рейки -- толщина до 3,5 см, ширина менее 7 см.

Доски -- толщина до 8 см, ширина 8...25 см

Широкую сторону досок и брусьев называют пластью, узкую -- кромкой, а линию их пересечения -- ребром. По характеру обработки доски и брусья могут быть необрезные с обзолом (необработанной кромкой), полуобрезные и обрезные.

Стандартная длина досок и брусьев 1...6,5 м с градацией в 25 см. В зависимости от качества древесины пиломатериалы подразделяются на сорта: доски и бруски изготавливают шести сортов (отборные марки С и рядовые -- I, II, III, IV и V), а брусья пяти сортов.

Полуфабрикаты из лесоматериалов обычно изготавливают в виде шпунтованных досок, плинтусов, галтелей, порочней, наличников, карнизов, рустиков, вагонки, дверных и оконных коробок, паркета, фанеры и т.п. Шпунтованные доски применяют для устройства полов, перегородок и других конструкций, требующих продольной связи между досками.

Вагонкой обшивают потолки и стены, наличниками обрамляют оконные и дверные проемы, плинтусы и галтели используют для закрытия щелей между полом (потолком) и стенами.

Фанера бывает клееная и облицовочная. Клееную фанеру, или дикт, применяют при изготовлении внутренних дверей, оснований под паркет, легких перегородок, а облицовочную -- из ценных пород дерева для мебели. Фанеру клееную изготавливают обычно размерами 1525 х 1220 и 1525 мм толщиной 2...15 мм с количеством шпонов (слоев) 3...13. По качеству фанеру изготавливают четырех сортов.

Размещено на Allbest.ru