Древесина – природный конструкционный материал. Пиломатериалы и древесные материалы. Древесина как природный конструкционный материал III. Мотивация учебной деятельности

| Срок службы |

Древесина как природный материал

Древесина - традиционный материал для изготовления напольных покрытий, в число которых входят паркет, паркетная доска и доска из массива. Под древесиной понимают тело древесных и кустарниковых растений, окруженное камбием и корой.

От ширины и видимости годичных колец дерева зависит фактура и рисунок поверхности изделий из древесины для разных вариантов ее распила. Считается, что с эстетической точки зрения ценность древесины тем выше, чем равномернее строение годичных слоев и чем меньше различия в ширине отдельных слоев.

С точки зрения распила древесины рассматриваются три основных вида: поперечный (или торцевой) ; радиальный ; тангенциальный .

Использование для производства описываемых строительных материалов (паркета, доски из массива и паркетной доски) натурального дерева определяет перенос достоинств и недостатков этого природного материала на свойства напольных покрытий. Наибольшие сложности создает зависимость геометрических размеров изделий от температурно-влажностного режима хранения, транспортировки, укладки и эксплуатации. В связи с этим, кроме правильной упаковки и соблюдения условий хранения и транспортирования, существуют определенные ограничения температуры и влажности помещений (включая ограждающие конструкции - основание и стены) при укладке и эксплуатации паркета.

Этими же соображениями определяется в основном выбор размерных рядов изделий, включая соотношение между длиной и шириной и толщину, параметры шпунтового соединения и допуски на точность обработки в процессе изготовления. Качество напольных покрытий из натурального дерева зависит от породы древесины, условий ее роста, обработки и эксплуатации.

Цвет древесины (рис. 4) обусловлен содержащимися в ней дубильными, красящими, смолистыми веществами и их оксидами и зависит от породы дерева, его возраста, состава почвы и климатических условий местности, где оно росло. Со временем цвет древесины меняется, она как бы патинирует, что с одной стороны создает ауру старины, а с другой затрудняет ремонт пола, связанный с заменой отдельных планок.

Текстура древесины - это естественный рисунок, образованный волокнами и слоями древесины и обусловленный особенностями ее структуры. Зависит от расположения древесных волокон, различимости годовых слоев, цветовой гаммы древесины, количества и размеров сердцевинных лучей. По цвету и текстуре определяют породу древесины.

Твердость древесины в первую очередь зависит от породы древесины, а также в большой степени от условий роста дерева, влажности и пр. В пределах одного вида разброс значений может быть весьма значительным. Обычно указываются средние относительные показатели твердости по Бринелю в процентах по отношению к дубу, относительная твердость дуба принимается за 100%.
Твердость по Бринелю определяется вдавливанием в испытываемый образец стального закаленного шарика диаметром 10 мм с определенной силой. Затем измеряют образовавшуюся лунку и рассчитывают величину твердости по Бринелю (чем меньше лунка, тем тверже древесина). Чем тверже древесина, тем выше число по этой шкале.

Древесина является гигроскопичным материалом , который обладает свойством поглощать влагу из окружающей среды и отдавать ее. Ее влажность изменяется при изменении климатической характеристики окружающего воздуха. Например, при относительной влажности воздуха 50% и температуре +20 °С равновесная влажность древесины составит 9%, при влажности воздуха 30% и температуре +25 °С этот показатель равен 5%. Скорость изменения влажности древесины зависит от породы.

При изменении влажности древесины происходит и изменение линейных размеров планок, характеризуемое коэффициентом линейного расширения . Данный показатель выражается в % от ширины планки.

На диаграмме (рис. 3) представлены данные об изменении ширины планки в зависимости от породы древесины при изменении влажности древесины на 1%.

Используя данный коэффициент, можно расчетным путем определить теоретическую деформацию паркетной укладки (реальная деформация, как правило, оказывается меньше расчетной).

Деформация древесины, являющейся анизотропным материалом, происходит неодинаково в различных направлениях и зависит от типа распила и от наличия остаточных напряжений после сушки.

Следует также отметить, что при нормальной влажности в помещении (нормой считается влажность 40-65%) существенных линейных изменений у качественно высушенного паркета происходить не будет, т.е. от качества сушки зависит, как будет себя вести паркетный пол при его эксплуатации, насколько долговечным он будет. Хорошие, с точки зрения минимизации остаточных напряжений, результаты дают вакуумная или вакуумно-конвективная сушка.

Влажность древесины планок по ГОСТ 862.1-85 при отгрузке потребителю должна быть 9±3 %. Такая влажность является оптимальной с точки зрения сохранения паркетом своих геометрических размеров. В нормальных условиях эксплуатации 19% влажности древесины соответствует 55% относительной влажности воздуха при температуре 20°C.

Свежесрубленное дерево может иметь относительную влажность древесины 50-70%. Существуют различные способы сушки древесины, в т.ч. горячим воздухом, СВЧ и с помощью вакуумных камер. В ходе технологического процесса важно не только довести влажность древесины до требуемой величины (9±3 %), но и не создать при этом остаточных напряжений, которые могут в дальнейшем привести к короблению паркета или его растрескиванию.

Необходимо понимать, что даже хорошо высушенный паркет будет реагировать на перепады влажности в помещении. Но при этом изменения, происходящие в нем, не будут носить критический характер, если относительная влажность и температура в помещении соответствуют нормальным условиям.

Исходя из общих для разных пород древесины критериев оценки, можно определить характеристики, которые трансформируются в потребительские свойства изделий из древесины , и составить соответствующую таблицу ("Свойства древесины различных пород, используемых в паркетном производстве", см. на CD-ROM ссылка дана ниже). В качестве критериев оценки свойств древесины применяются следующие:

• твердость и стойкость к нагрузкам, влияющие на износостойкость - срок службы паркетного пола;
• стабильность и степень усадки, характеризующие реакцию древесины на изменение температуры и влажности и определяющие, в том числе совместимость разных пород в структурах художественного паркета;
• степень окисления, определяющая стабильность цвета древесины в процессе эксплуатации;
• выразительность текстуры, характеризующая эстетические свойства поверхности древесины.

Защита древесины подразумевает сравнительно широкий круг мер и средств, призванных воспрепятствовать влиянию на нее воздействий, разрушающих ее или изменяющих ее характеристики в нежелательном направлении. Это, прежде всего защита от влажности, предусматривающая нанесение на поверхность дерева (с пропиткой его на некоторую глубину) лаков, восковых мастик или масел. Защита от влажности в процессе хранения и транспортировки предусматривает использование соответствующей упаковки, защищающей как от влажности, так и от механических воздействий при перевозке.

Для определенных условий эксплуатации предусматривается пропитка древесины пирофобными и антисептическими средствами.

С целью повышения твердости древесины при изготовлении некоторых видов напольных покрытий она подвергается специальному прессованию, повышающему плотность поверхностных слоев. Для таких видов напольных покрытий, как паркетная доска и пронто-паркет, используется многослойная структура в подоснове материала с взаимно-перпендикулярным креплением слоев, что способствует повышению стабильности геометрических размеров элементов напольных покрытий.

И, наконец, задаче защиты натуральной древесины служит поддержание нормальных условий эксплуатации напольных покрытий из нее. Ибо несмотря на все защитные покрытия и меры по гидроизоляции полов, мы ценим натуральные деревянные полы, кроме всего прочего, за их способность "дышать", т.е. обеспечивать влагообмен с окружающим воздухом. Излишняя влажность или наоборот пересушенный воздух вредны для нас также, как и для используемых нами изделий из натурального дерева. При этом следует иметь в виду, что ни применяемая упаковка, ни любые виды защитных покрытий, используемых для полов, не обеспечивают полной влагонепроницаемости.

Древесина- природный конструкционный материал

• Древесина как природный конструкционный материал получается из стволов деревьев при распиливании их на части.

Текстура древесины

Текстурой древесины называют рисунок на ее поверхности, образованный в результате перерезания годичных колец и волокон. О красивой поверхности древесины говорят, что она имеет богатую текстуру. Красивые текстуры имеют дуб, ясень, а также растущие в Африке, Америке, Австралии породы красного дерева, дающие древесину красного цвета различных оттенков.

Пиломатериалы и древесные материалы

• При продольной распиловке стволов деревьев на лесопильных рамах получают различные пиломатериалы: брусья, бруски, доски, пластины, четвертины и горбыли. Пиломатериалы имеют следующие элементы: пласти, кромки, ребра и торцы.

• В качестве конструкционного материала широко применяют фанеру, древесностружечные плиты (ДСП), древесноволокнистые плиты (ДВП).

Разметка заготовок из древесины

• Разметкой называют нанесение контурных линий будущего изделия на заготовку.

• При разметке применяют чертежные и измерительные инструменты, такие, как карандаши, линейки, угольники, циркули, а также шаблоны.

Разметка по шаблону

Виды пил.

Пиление столярной ножовкой

Приемы пиления

Строгание древесины

• Строгание древесины с целью обработки заготовки до нужного размера и создания на ней ровных и гладких поверхностей осуществляют с помощью различных стругов (строгальных инструментов).

Ножи

Устройство рубанка

Строгание рубанком

Сверление отверстий

• Отверстия представляют собой углубления в деталях. Они могут быть сквозными и глухими.

Сверла

Приемы сверления

Инструменты для сверления

Графическая документация

• Прежде чем изготовить какую-либо деталь, выполняют ее технический рисунок, эскиз или чертеж. Такие изображения будущего изделия называют графической документацией.

• Технический рисунок-это наглядное объемное изображение предмета, выполненное от руки с указанием размеров и материала.

• Эскиз представляет собой изображение детали от руки с указанием размеров и сохранением соотношений между ее частями.

• Чертежом называют изображение изделия, вычерченное с помощью чертежных инструментов по определенным правилам.

Этапы создания изделий из древесины

• Для того чтобы изготовить какое-либо изделие, необходимо выполнить ряд действий, то есть пройти ряд этапов.

• Прежде всего надо заранее продумать, из каких материалов будет состоять изделие

• Вначале изображают изделие в виде технического рисунка, эскиза или чертежа.

• Подбирают качественную заготовку из древесины необходимой породы.

• Размечают заготовку, проверяя размеры несколько раз.

• Затем строгают, пилят, зачищают и отделывают ее, превращая в готовое изделие.

• Изготовленное изделие необходимо проверить на прочность, испытать. Если обнаружатся какие-то недостатки, то надо найти причины их возникновения и устранить.

Технологическая карта

Последовательность выполнения операций №1

• Выбрать заготовку из доски или фанеры толщиной 10…12 мм и разметить контур изделия по шаблону

Последовательность выполнения операций №2

Последовательность выполнения операций №3

• Наколоть шилом центр отверстия. Высверлить отверстие.

• Техника безопасности при работе

• Используй шило по назначению.

• Перед сверлением надежно закрепи заготовку и одень очки.

• Плавно подводи сверло к заготовке.

Урок № _____ Дата:_________________

Тема: Древесина – природный конструкционный материал.

Цели : создать условия для формирования у учащихся: понятий «древесина», «строение древесины» для выработки умений различать породы деревьев по их признакам; создать условия для развития у учащихся памяти, логического мышления, воображения; создать условия для формирования само- и взаимоконтроля.

Тип урока: комбинированный .

Формы работы: самостоятельная, индивидуальная, групповая .

ХОД УРОКА.

I. Организационный момент.

II. Актуализация опорных знаний.

Беседа

Вспомни, какой материал называют конструкционным.

Из какого сырья изготавливают бумагу, картон?

Назови конструкционные материалы, которые используют для производства автомобилей, самолетов, сооружения домов, изготовления домашней мебели. Где изготавливают указанные материалы и какое сырье для этого используют?

III. Изучение нового материала.

Развитие современной техники и технологий зависит от производства и использования разнообразных конструкционных материалов: древесины, металла, пластичных масс, стекла и т.п.

Большое распространение получило использование древесины. Изделия из нее применяют практически во всех сферах нашей жизни. Из этого материала изготавливают бумагу, картон, искусственный шелк, пластмассу, мебель, элементы зданий, музыкальные инструменты и сувениры и много других нужных вещей.

Все древесные породы делят на две группы: хвойные и лиственные (рис. 13).

Хвойные породы имеют листья в форме игл. К ним принадлежат: ель, сосна, кедр, лиственница, пихта и т.п. Лиственными породами являются ольха, липа, дуб, бук, граб и другие (рис. 14). Деревья используют для изготовления конструкционных древесных материалов.

Древесные материалы легко поддаются обработке различными режущими инструментами: пилками, ножами, долотами, сверлами, напильниками и другими. Элементы конструкций из древесных материалов надежно и крепко соединяются гвоздями, шурупами, а также склеиванием.

Деревья – самые высокие из всех растений, хотя есть среди них и карлики, до нескольких сантиметров высотой.

Древесина как природный конструкционный материал получается из стволов деревьев при распиливании их на части.

Ствол дерева имеет более толстую (комлевую) часть у основания и более тонкую - вершинную. Поверхность ствола покрыта корой. Кора является как бы одеждой для дерева и состоит из наружного пробкового слоя и внутреннего - лубяного. Пробковый слой коры является отмершим. Лубяной слой служит проводником соков, питающих дерево. Основная внутренняя часть ствола дерева состоит из древесины. В свою очередь, древесина ствола состоит из множества слоев, которые на разрезе видны как годичные кольца. По числу годичных колец определяют возраст дерева.

Рыхлый и мягкий центр дерева называют сердцевиной. От сердцевины к коре в виде светлых блестящих линий простираются сердцевинные лучи. Они имеют различную окраску и служат для проведения воды, воздуха и питательных веществ внутрь дерева. Сердцевинные лучи создают рисунок (текстуру) древесины.

Камбий - тонкий слой живых клеток, расположенный между корой и древесиной. Только с камбия происходит образование новых клеток и ежегодный прирост дерева по толщине. «Камбий» - от латинского «обмен» (питательными веществами).

Основные разрезы ствола.

1 - торцовый разрез;

2 - радиальный разрез;

3 - тангенциальный разрез

Для изучения строения древесины различают три основных разреза ствола. Разрез, проходящий перпендикулярно сердцевине ствола, называют торцовым. Он перпендикулярен волокнам. Разрез 2, проходящий через сердцевину ствола, называют радиальным. Он параллелен волокнам. Тангенциальный разрез 3 проходит параллельно сердцевине ствола и удален от нее на некоторое расстояние. По этим разрезам выявляются различные свойства и рисунки древесины.

Породы древесины определяют по их характерным признакам: текстуре, запаху, твердости, цвету.

Твердость

Цвет

Применение

Сосна /хвойная порода/

Древесина светло-красного цвета с ярко выраженной текстурой

Применяется для изготовления окон и дверей, полов и потолков, мебели, в строительстве судов, вагонов, мостов

Ель /хвойная порода/

Мягкая. Пропитана смолистыми веществами

Цвет белый с желтоватым оттенком

Применяется для изготовления музыкальных инструментов, мебели, окон и дверей

Береза /лиственная порода/

Твердая

Цвет белый с буроватым оттенком

Используется для изготовления фанеры, мебели, посуды, ружейных лож, ручек инструментов, лыж

Осина /лиственная порода/

Мягкая. Склонна к загниванию.

Цвет белый с зеленоватым оттенком.

Используется для изготовления спичек, посуды, игрушек, бумаги.

Липа /лиственная порода/

Мягкая.

Цвет белый с нежно-розовым оттенком.

Применяется для изготовления посуды, чертежных досок, карандашей, изделий с художественной резьбой.

Ольха /лиственная порода/

Мягкая.

Цвет белый, на воздухе краснеет.

Служит сырьем для изготовления фанеры, долбленой посуды, упаковочных ящиков.

Дуб /лиственная порода/

Твердая. На радиальном разрезе четко просматриваются сердцевинные лучи в виде блестящих полосок.

Цвет светло-желтый с коричнево-серым оттенком и ярко выраженной текстурой

Применяется для изготовления мебели, паркета, облицовывания ценных изделий, а также в конструкциях мостов и вагонов.

Рисунок на поверхности древесины, образованный в результате перерезания годичных колец и волокон называют текстурой древесины. О красивой поверхности древесины говорят, что она имеет богатую текстуру. Например, древесина грецкого ореха имеет коричневые и серые цвета самых разнообразных оттенков, она высоко ценится при изготовлении из нее мебели, лож охотничьих ружей. Красивые текстуры имеют дуб, ясень, а также растущие в Африке, Америке и Австралии породы красного дерева, которые дают древесину красного цвета различных оттенков. Такие ценные породы древесины строгают на тонкие листы (шпон), которые наклеивают на ценные изделия.

Для изготовления полезных вещей используют разнообразные конструкционные материалы: металл, пластмассу, оргстекло, шелк, текстильные и другие материалы. Широкое распространение получило использование древесины и материалов из нее. Все конструкционные материалы имеют определенные свойства, которые необходимо учитывать при изготовлении изделий. К ним относятся уже известные тебе цвет и текстура древесины. Кроме того, необходимо также знать, как легко обрабатывается определенный вид древесины и материалы из нее, какой инструмент нужно для этого использовать, будут ли удерживаться в ней гвозди, шурупы и другие детали крепления, как будут влиять на древесные материалы влажность, изменения температуры окружающей среды и т.п. Нужно также предусмотреть, какой вид древесины или материалов из нее необходимо использовать, чтобы конструкция, например мост или многоэтажное здание, не разрушилась, если она будет использоваться при больших нагрузках и т.п.

Поможет дать ответ на эти вопросы знание механических свойств конструкционных материалов. К основным из них в первую очередь относятся: прочность, твердость, упругость .

Прочность – свойство, характеризующее устойчивость древесины против внешних механических усилий, то есть ее способность выдерживать большие нагрузки и не разрушаться. Из древесины высокой прочности стоит изготавливать конструкционные элементы, то есть те, которые подлежат значительной нагрузке. Наиболее прочной является древесина дуба, затем идут ясень, граб, клен, береза, сосна, ель, ольха, осина, липа.

Твердость – способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого твердого тела, например орудий обработки (ножей, пилок, стамесок, сверл и других режущих инструментов). Знание твердости древесины имеет большое значение. Режущие инструменты для обработки древесины используют с учетом этого свойства. Чем тверже древесина, тем тяжелее ее обрабатывать и тем больший угол обострения должен иметь инструмент.

По твердости древесину можно расположить в такой последовательности: граб, дуб, ясень, клен, береза, сосна, ольха, ель, липа. То есть самую большую твердость имеет граб. Следовательно, его трудно обрабатывать режущим инструментом. Легче всех древесных материалов обрабатывать липу. Поэтому ее используют преимущественно для изготовления сувениров, вещей домашнего потребления и т.п.

Упругость – свойство материала изменять свою форму (и не разрушаться) под действием нагрузки и возобновлять ее после прекращения этого действия. Древесина сгибается (деформируется) под действием силы и опять выравнивается, или пружинит, после снятия нагрузки. Высокую упругость имеет древесина ясеня, дуба, лиственницы, сосны и других пород.

IV. Закрепление изученного материала.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Определение пород древесины по образцам.

Изучите таблицу пород деревьев.

Выпишите в тетрадь основные признаки, по которым определяются породы древесины.

Определите породы древесины по образцам, выданным учителем.

V. Подведение итогов.

Беседа:

1. Какие породы древесины относят к хвойным? К лиственным?

2. Какие древесные материалы изготавливают на деревообрабатывающих предприятиях?

3. Что называют текстурой древесины?

4. Каково строение дерева?

5. Какие виды пиломатериалов ты знаешь?

6. Охарактеризуй роль леса в жизни человека.

7. Как влияют зеленые насаждения на улучшение окружающей природной среды?

VI. Домашнее задание.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выучить конспект.

Все породы деревьев делятся на хвойные и лиственные. Хвойные породы отличаются от лиственных большей прямослойностью волокон и наличием в их составе большего количества смолистых веществ. Именно смолистые вещества увеличивают сопротив¬ляемость древесины загниванию. Поэтому деревянные строительные конструкции изготавливаются в основном из древесины хвойных пород. Исходя из этого подроб¬нее остановимся на строении и свойствах хвойной древесины.

СТРОЕНИЕ ХВОЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ

Древесина имеет трубчатое слоисто-волокнистое строение. В поперечном разрезе ствол дерева состоит из коры, тонкого слоя камбия, заболони, ядровой части и сердцевины. Камбий - это живая часть ствола, находящаяся под корой. Питаясь восходящими соками, камбий непосредственно участвует в росте дерева, организует прирост основной древесины и коры. Сердцевина - центральная внутренняя часть ствола диаметром всего 3-5 мм. Она относится, скорее, к порокам естественного роста, чем к полезной части древесины, так как состоит из рыхлых малопрочных клеток. Поэтому пиломатериалы мелких сортаментов (доски) с сердцевиной относятся ко второму и третьему сорту и не рекомендуются к применению в растянутых элементах несущих конструкций.

Вся основная часть ствола дерева, расположенная между тонким слоем камбия и сердцевиной и содержащая прочные и плотные клетки, состоит из двух частей: заболони и ядра. Заболонь - молодая, неомертвевшая часть древесины, которая находится ближе к наружному контуру ствола и осуществляет восходящее движение соков от корней к кроне дерева. Ядро - старая, наиболее прочная и плотная часть древесины, не принимающая участия в движении соков. Именно в ядровой части заключается наибольшее количество смол, которые придают материалу прочность и выделяют фитонцидные вещества. С возрастом дерева размеры ядра увеличиваются за счет перехода части заболонной древесины в ядровую, а ширина заболони постепенно уменьшается. Наиболее прочный строительный материал получается из ядровой древесины. Чтобы отличить заболонь от ядра, нужно обратить внимание на цвет: заболонь, как правило, более светлая, ядро более темное. Исключение составляет древесина ели, в которой отли¬чить ядро от заболони труднее. С точки зрения микростроения основную массу древесины (до 95%) составляют древесные волокна, располагающиеся вдоль ствола растущего дерева и состоящие из удлиненных пустотелых оболочек отмерших клеток, называемых трахеидами.

Трахеиды в сечении имеют почти прямоугольную пустотелую форму. Их пористые стенки представляют собой многослойное сплетение тонких волоконец - фибрилл, образованных из нитевидных молекул целлюлозы. Целлюлоза входит в состав воло¬кон, формируя их каркас и обеспечивая им прочность. Промежутки между клетками- волокнами заполнены межклеточным веществом аморфной структуры - лигнином, который склеивает волокна между собой. Таким образом, целлюлоза и лигнин явля¬ются основными компонентами древесинного вещества. Упрощенное, но наглядное представление о строении древесины хвойных пород дает сравнение ее с пучком соломы, в котором отдельные соломинки-волокна склее¬ны между собой в поперечном направлении клеем аморфного строения.

Рост дерева происходит за счет деления клеток камбия только в весенне-летне- осенний период. Зимой дерево не растет. Каждый год дерево прибавляет по одному слою древесины. При этом в каждом годичном слое присутствует ранняя и поздняя древесина. Ранняя древесина имеет трахеиды с большими размерами поперечного сечения и тонкой стенкой. В поздней древесине - трахеиды с меньшими размерами поперечного сечения, но с гораздо более толстыми стенками. Таким образом, поздняя древесина в своем строении имеет меньше пустот и больше древесинного вещества. Поэтому она плотнее, темнее по цвету и прочнее ранней древесины. В деревьях хвойных пород 70-90% годичного слоя составляет ранняя древесина и всего лишь Годичный слой - слой древесины, который у растущего дерева образуется ежегодно с наружной части ствола под корой. На поперечном срезе хвойного дерева годичные слои представлены в виде чередующихся светлых и темных полос, количество пар которых соответствует возрасту дерева в годах. Ранняя древесина - часть годичного слоя, которая образовалась весной при избытке влаги, когда рост идет интенсивно. Поздняя древесина - часть годичного слоя, которая образовалась в летне-осенний период, когда влаги меньше, рост замедлен, но питательных веществ еще достаточно. Сучки - радиально направленные волокна древесины (основания ветвей); вызывают искривление во-локон основного ствола. Древесина сучков отличается от основной массы ствола повышенной твердо¬стью, более темным цветом и имеет самостоятельную систему годичных колец. Сучки снижают прочность древесины, затрудняют ее обработку, создают внутреннее напряжение в деревянных элементах.

Свиль (свилеватость) - извилистое или спутанное расположение волокон, образующее завиток. Свилеватость увеличивает плотность древесины в местах ее расположения. Так же, как и сучки, за-трудняет обработку древесины и создает внутренние напряжения.

10-30% - поздняя древесина. Чем больше поздней древесины в годичных слоях, тем прочнее «чистая» (то есть без сучков, свили, косослоя и других пороков) древе¬сина. В деревянных конструкциях должен применяться лесоматериал, содержащий в своей структуре не менее 20% поздней древесины.

В структуре древесины различают также сердцевинные лучи, которые в хвойных породах занимают около 7% полного объема древесины, а в лиственных - 18%. Их клетки имеют радиальное направление, поэтому помогают древесине работать на скалывание в тангенциальном направлении (вдоль волокон) и увеличивают прочность на смятие в радиальном направлении (поперек волокон). Именно они и образуют ветки (а значит, и сучки).

Древесина лиственных пород имеет несколько отличную от хвойных структуру, в кото¬рой стенки клеток древесного волокна образованы тремя слоями микрофибры. Каждый из слоев микрофибры направлен по спирали с различным углом наклона к продоль¬ной оси клетки. Спиральное направление стенок клеток древесины лиственных пород, в частности, наиболее распространенной в России березы, приводит к короблению и растрескиванию пиломатериала при сушке и ухудшению гвоздимости. Наличие этих недостатков и малая стойкость к загниванию ограничивают применение лиственных пород для деревянных конструкций. Вместе с тем, высокие прочностные показатели древесины твердых лиственных пород (в том числе и березы) позволяют использовать их для изготовления мелких соединительных элементов (нагелей, шпонок, накладок), а также ответственных опорных деталей. Такие детали из древесины дуба можно не антисептировать, а из березы они обязательно должны быть антисептированы.

Кроме пустотелых волокон, межклеточного вещества, смолы и сердцевинных лу¬чей, древесина содержит большое количество влаги (водных растворов солей). Всю влагу, содержащуюся в древесине, можно разделить на три вида: свободная, гигроскопическая и химически связанная влага. Свободная и гигроскопическая влага могут быть удалены из древесины путем сушки. Химически связанная влага выделяется из древесины лишь в процессе ее хими¬ческой переработки, а также при гниении или горении. Кстати, при гниении 1 куб. м древесины из нее выделяется около восьми литров воды.

Количество воды в древесине оценивается таким ее показателем, как влажность. Свежесрубленная древесина имеет влажность до 80-100%, а влажность сплав¬ной древесины может достигать 180-200%. Для строительных деталей должна использоваться древесина с влажностью в пределах от 8 до 20%. Достигается такой по-казатель в процессе правильно организованной сушки.

Снижение влажности до 30% достигается воздушной сушкой в штабелях. Наиболее трудным и ответственным в общем процессе сушки древесины является процесс сушки от 30 до 8-20% влажности. Принято считать, что максимальное количество гигроскопической влаги, которое может набрать древесина, составляет при температуре 20°С примерно 30% (это так называемая точка насыщения волокон). Точка насыщения волокон является граничной для изменения прочности древесины в зависимости от ее влажности. Это объ-ясняется тем, что при уменьшении влажности от 200 до 30% в древесине удаляется только свободная влага, а удаление свободной влаги не вызывает усушки, а следовательно, и деформаций. (Примерная длительность сушки пиломатериалов из свежесрубленной древесины до влажности 30% указана в таблице). Дальнейшая отдача влаги (уже гигроскопической) происходит существенно медленнее. Движение и отдача влаги при высы-хании происходит как поперек, так и вдоль волокон, однако с большей интенсивностью влага перемещается вдоль волокон. Движение влаги поперек волокон при высыхании приводит к состоянию, когда наружные слои древесины уже высохли, а внутренние остаются сырыми. Это создает нежелательные внутренние напряжения в сечении деревянного элемента, являющиеся причиной его растрескивания или коробления.

Чтобы избежать такого нежелательного эффекта, важно, чтобы наружные и внутренние слои высыхали равномерно. Такие условия создает мягкий режим сушки, при котором все процессы происходят медленнее и при меньшей температуре, чем при жестком или нормальном режиме.

Наоборот, при увеличении влажности от 0 до 30% происходит насыщение водой оболочек клеток, древесина набухает, и строительные детали увеличиваются в объ- Свободная влага - влага, частично или полностью заполняющая внутреннюю полость клеток древесины и межклеточное пространство. Гигроскопическая влага - влага, которую впитали в себя пористые стенки клеток; количество ее ограничено способностью клеток впитывать, то есть гигроскопичностью. Химически связанная влага - вода, входящая в химический состав древесинного вещества. Влажность древесины - отношение массы воды, содержащейся в древесине, к массе абсолютно сухой (то есть не содержащей свободной и гигроскопической влаги) древесины, выраженное в процентах. Усушка - уменьшение линейных размеров и объема древесины при удалении из нее гигроскопической влаги. Удаление свободной влаги не вызывает усушки. Чем больше клеточных стенок в единице объема древесины, тем больше в ней гигроскопической влаги и выше усушка.

Изменение формы дерева при сушке

Коробление - изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке и неправильном хранении. Чаще всего коробление происходит из-за различия величины усушки по разным структурным направлениям (то есть в радиальном и тангенциальном направлениях).При этом в стесненных условиях (например, в стене дома) в деревянных элемен-тах могут возникнуть значительные внутренние напряжения, которые также приведут к деформациям (выпучиванию) деревянных элементов и конструкций. Важно также знать, что, чем плотнее древесина, тем больше размеры усушки и разбухания при прочих равных условиях. В соответствии с этим размеры усушки в радиальном и тангенциальном направлениях у поздней (более плотной) древесины значительно больше, чем у ранней (более пористой).

Стандартной влажностью древесины считается влажность 12%. Именно при такой влажности сравниваются все свойства древесины.

Достоинства хвойной древесины

Наряду с такими актуальными характеристиками, как экологичность, природная кра-сота, способность «дышать» и создавать благоприятный микроклимат в помещении, хвойная древесина обладает еще целым рядом положительных свойств, делающих деревянный дом прочным, теплым, надежным, долговечным и экономичным.

Малый вес. Древесина хвойных пород, используемая в строительстве, при сред¬ней плотности 500 кг/м3 в 15,7 раза легче стали и в 4,8 раза легче бетона, что поз¬воляет значительно снизить материальные затраты на транспортировку, устройство фундаментов, обходиться без тяжелых грузоподъемных механизмов при возведении зданий и сооружений. Высокая удельная прочность. Одним из показателей эффективности применения конструкций из различных материалов является так называемая удельная прочность материала. Если иметь в виду, что расчетное сопротивление (то есть предел прочности) древесины в среднем составляет 14 МПа (мегапаскалей), стали 230 МПа, а бетона клас¬са В25 - 30 МПа, то для древесины соотношение расчетного сопротивления к плотности составляет 28, для стали - 29,3, а для бетона - 1 2,5 единицы. Таким образом, удельная прочность древесины всего на 4,4% меньше, чем стали, и на 122% выше, чем бетона. Этот показатель подтверждает целесообразность применения деревянных и, в частнос¬ти, клееных деревянных конструкций наравне с металлическими конструкциями в боль¬шепролетных зданиях, где собственный вес конструкций имеет решающее значение.

Эластичность и вязкость. Из всех традиционных строительных материалов толь¬ко древесина, обладая высокой эластичностью, позволяет зданию реагировать на неравномерную осадку оснований фундаментов без появления и развития трещин в деревянных деталях, а также дает возможность обходиться фундаментами мелко¬го заглубления. Вязкий характер разрушения конструкций из древесины позволяет перераспределяться усилиям в элементах конструкций, что исключает возможность мгновенного их обрушения.

Незначительное температурное расширение. Температурное расширение дре-весины при нагреве или остывании значительно меньше, чем у других строительных материалов. Например, коэффициент термического расширения древесины вдоль воло¬кон составляет всего 3,6x10"6, стали - 11,5x10 6, алюминия - 23,8-27x10"6, бетона - 12,6x10"6 градус". Это говорит о том, что в условиях сильного нагрева деревянные эле¬менты будут иметь удлинения в 2,5 раза меньше, чем стальные, в 2,8 раза меньше, чем бетонные, и в 5,7 раза меньше, чем алюминиевые. Именно поэтому исчезает необходимость расчленять деревянные здания на блоки ограниченной длины посредством устройства температурных швов.

Процесс изготовления начинается с тщательной технической сушки досок хвойных пород, разделенных по сердцевине, до необходимого уровня влажности, который, однако, не должен превышать 15%. При этом необходимо следить за тем, чтобы в процессе не деформировалась.

Конструкционная защита древесины

Химические способы защиты древесины, безусловно, эффективны, но они не всегда могут быть применены по ряду причин. Например, ограничения в их применении возникают из-за технологических и организационно-производственных сложностей обработки лесоматериалов, изделий и конструкций.

Вероятность и скорость биоразрушения древесины в конструкциях зависят главным образом от температурно-влажностных условий, в которых она эксплуатируется. Как правило, в области конструкционной изыскивают простые и доступные меры по устройству либо тепло-, пароизоляции, либо вентиляции, а также обеспечению надежных стыков, защите от атмосферных воздействий и т.п., направленных на поддержание «сухого» режима.

Значение конструкционной профилактики трудно переоценить, если учесть, что она в ряде случаев является единственной и достаточной мерой защиты деревянных конструкций от неблагоприятных эксплуатационных воздействий. Конструкционная противогнилостная профилактика деревянных конструкций должна осуществляться во всех зданиях и сооружениях независимо от срока службы.

Основные требования конструкционной противогнилостной профилактики:

1) предохранение древесины конструкций от непосредственного увлажнения атмосферными осадками, грунтовыми и поверхностными водами, а также от промерзания и конденсационного увлажнения;

2) систематическая просушка древесины конструкций путем обеспечения осушающего температурно-влажностного режима (вентиляция помещения);

3) применение для конструкций древесины, которая прошла атмосферную или камерную сушку (при влажности менее 18% грибы не развиваются).

Клееная древесина многие годы используется не только для монтажа стеновых конструкций, но и в качестве материала для изготовления стропильных ферм, рамных и арочных систем. Однако, справедливости ради, заметим, что раньше сложный крыши из конструкционного бруса не всегда имел нужную прочность. Причина проста: строители не могли в полной мере использовать преимущества материала из-за недостатков в его производстве. Наиболее сложным местом были швы.

В стене такая древесина показывала себя превосходно, поскольку здесь она подвергалась, в основном, лишь сжатию. А вот, монтаж стропильных систем требовал большей прочности из-за сложных нагрузок в разных направлениях (растяжение, скручивание и, естественно, сжатие). Недостаточная сдвиговая прочность приводила к частичному разрушению несущей системы крыши уже в первый год эксплуатации. Слабые места в конструкционной древесине особенно усложняли монтаж и эксплуатацию сложных крыш.

За несколько последних лет качество клееного бруса в России существенно улучшилось. Это дало возможность клееной древесине вытеснить из многих сфер строительства сталь и бетон, стропильные фермы из которых теперь значительно уступают деревянным по многим показателям. Но главное, теперь можно с успехом строить из конструкционного бруса большепролетные системы и производить монтаж сложных крыш.

Из многочисленных инноваций в производстве деревянных ферм, пожалуй, главной стало их армирование. Армирование существенно сказалось на усилении всевозможных сжатоизгибаемых и просто изгибаемых систем, устранив недостаток их сдвиговой прочности.

Для придания высокой надежности стропильным фермам внутрь составной древесины вклеивают стержни с периодическим профилем класса A300-400, 14-25 мм. в диаметре. При стандартных нагрузках на системы крышы допустимо использование также и арматуры класса A240. Её предварительно обезжиривают, обрабатывают антикоррозийным веществом, в отдельных случаях, на прутьях по длине склеивания нарезается резьба.

В качестве клеящего состава используются сложные эпоксидные смолы, в которых содержится маршалит (молотый песок) или смолы типа ЭД-20. С их помощью стальные стержни вкладываются под углом 30-40о по направлению к волокнам. Стыки и узлы модулей стропильных систем крепятся болтами или даже сваркой, если это позволяет термостойкость используемого клея. Таким образом, с помощью закладных элементов обеспечивалась сверхпрочность анкеровки узловых соединений ферм для крыши.

Следующим шагом в совершенствовании монтажа стропильных систем стало использование V-образных анкеров. Ими крепят закладные детали в клееном брусе. Надежность сопряжений стропильных ферм с использованием такого метода превышает прочность соединений бетонных конструкций. Испытания показали, что при запредельных нагрузках разрушается сама стропильная ферма, а соединение остается неповрежденным.

С описанной технологией монтаж сложных крыш значительно облегчился, а срок их эксплуатации вырос в несколько раз. Армирование открыло широкие возможности для монтажа стропильных систем стадионов, ледовых дворцов и других масштабных объектов. Теперь у строителей появился материал, который подчас не уступает стали в прочности, но при этом значительно легче, что очень важно в монтаже сложных крыш. Кроме того многие производители способны сейчас производить клееные фермы для крыш толщиной до полуметра и высотой свыше двух метров.

Антисептик для конструкционной древесины Видарон (Vidaron)

Продукт готов к применению.

Свойства:
- не вымывается;
- от грибка;
- от насекомых;
- глубоко проникает;
- для применения снаружи и внутри помещений.

Описание:
Готовая к применению, водная пропитка для предохранения древесины от действия насекомых и домового грибка, вызывающих глубокий распад древесины. Пропитка не вызывает коррозии металлических элементов. Эффективно защищает от действия атмосферных условий – не вымывается. Может покрываться любым финишным изделием.

Применение:
Для повсеместного и промышленного предохранения деревянных элементов, строительной и конструкционной древесины, устанавливаемой в открытом пространстве, подверженным действию атмосферных условий, а также в закрытых помещениях. Продукт допущен к в классах безопасности I, II, III.

Состав:
- триазолы, амины, пропиконазол.

Способ применения:
Подготовка основания:
- древесина, предназначенная для пропитки, должно быть очищена и сухая, с влажностью не выше 25%.
Пропитка:
- препарат перед применением и во время покраски старательно перемешивать;
- нанесение и высыхание изделия не может происходить при плохих атмосферных условиях;
- наносить при температуре основания и окружения от +5 до +30°C;
- наносить двукратно кистью, распылением, с интервалом не менее 2 часа, методом погружения целых элементом – в течение не менее 30 минут или в камерах под давлением;
- древесину после пропитывания выдержать мин. 72 часа под , на прокладках;
- в помещениях, в которых пропитывалась древесина, можно находиться после интенсивного проветривания в течение 3 суток.
Внимание – краситель является только показателем места покраски, не обладает никакими биоцидными свойствами и может вымыться.

Цветовая гамма:
бесцветный, коричневый, зеленый.

Способ упаковки:
упаковки из синтетических материалов – 5 кг, 20 кг.

Расход и производительность:
− 140 кг/м3 древесины, 3 класс безопасности – дерево, на которое воздействуют вымывающие факторы;
− 800 г пропитки/м2 площади древесины – двукратная покраска, 2 класс безопасности, древесина, на которую не воздействуют вымывающие факторы (упаковка 5 кг дo 6,25 м2);
− 600 г пропитки/м2 площади древесины – двукратная покраска, 1 класс безопасности, древесина, на которую не воздействуют вымывающие факторы (упаковка 5 кг дo 8 м2).

Период гарантии:
36 месяцев с даты производства.

Хранение и транспортировка:
Препарат беречь от замерзания. Хранить в сухих, вентилированных помещениях, вдалеке от пищевых продуктов и кормов, в местах, недоступных для детей. При транспортировке предохранить от перемещения, повреждения или порчи. Не допустить проникания в почву и воды. С отходами препарата обходиться согласно с нормами об отходах или использовать в соответствии с назначением. Упаковочные отходы предназначить на переработку.

Здоровье и безопасность:
Содержит пропиканазол. Может вызвать аллергическую реакцию. Беречь от детей. Не вдыхать пар/ распыленную жидкость. При попадании в глаза срочно промыть большим количеством воды и обратиться к врачу. Носить соответствующую защитную одежду и соответствующие защитные перчатки. Применять исключительно в хорошо проветриваемых помещениях. В случае отравления или аллергической реакции немедленно обратиться к врачу. В случае возникновения каких-либо тревожных симптомов срочно вызвать врача или отвести пострадавшего в больницу, показать упаковку препарата или этикетку.

ВНИМАНИЕ! Пациента без сознания уложить в боковой стандартной позиции, обеспечить ему спокойствие, защитить от потери тепла, контролировать дыхание пульс. Никогда не вызывать рвоты и не давать ничего проглатывать человеку без сознания или в обмороке. Подробная информация содержится в карте характеристики препарата. Продукт биоцидный, следует применять с соблюдением особенных мер предосторожности. Перед применением следует прочитать этикетку и информационный вкладыш.

Древесина в строительстве

Монолитная древесина Монолитная конструкционная древесина получается в результате двукратного опиливания бревна. Благодаря этому боковые и передние части элементов являются плоскими и имеют форму прямоугольника. Наиболее распространены: доски, брусья, рейки и четырехкантные бревна – отесанные с четырех сторон.

Клееная древесина Производится путем склеивания нескольких слоев продольных деревянных планок или полосок фанеры. Таким образом создаются конструкционные элементы, длина которых доходит даже до 40 м. Они выравниваются с четырех сторон и если возникает такая необходимость – фрезеруются и пропитываются. Из клееной древесины создаются элементы нестандартных форм (дуга, трапеция).

Наиболее часто используемым для ее производства материалом являются сосна, ель или скандинавская ель. Клееная древесина предназначена главным образом для выполнения больших конструкций, но иногда находит применение также в односемейном строительстве. Она превосходит традиционные пиломатериалы по прочности, поэтому из нее можно выполнить элементы очень большой ширины.
Проста в обработке. Имеет небольшую влажность – 10-12 %. Изготовленные из нее конструкции не деформируются. Многие элементы из конструкционной в заводских условиях лаком или специальной пропиткой и завернуты в пленку на время транспортировки. Двутавровые балки Изготавливают из плиты OSB, фанеры или клееной древесины.

Характеризуются очень высокой прочностью, небольшим весом, не склонны к деформации, высокой точностью размеров. Из-за малого веса монтаж таких балок очень простым, при этом не требуется использования сложных инструментов. В основном применяются в качестве балок перекрытия, стропил или столбов. На период транспортировки балки укладываются на специальные паллеты. Больше всего подходят хвойные…

Для сооружения конструкционных элементов должна использоваться, прежде всего, древесина хвойных деревьев – сосны, ели. Это сорта, обладают большой прочностью, а благодаря достаточно большому содержанию смолы - стойкостью к воздействию изменяющихся атмосферных условий. Кроме того, они общедоступны и относительно дешевы.

Самой легкой и наиболее прочной конструкционной древесиной является лиственничная. Но лиственница, как вид, находится под охраной, ее вырубка ограничена, поэтому она продается по очень высоким ценам. Иногда конструкционная древесина производится из лиственных деревьев – тополя или ольхи. Деревянные детали используются для изготовления самых разных конструкций – стен, стропил, лестниц, навесов, перекрытий: Древесина – прекрасный конструкционный материал. Она прочна, легко обрабатывается, относительно недорого стоит и, что важно, имеет небольшой вес.

Чаще всего в строительстве применяются:

Доски. Обычно имеют ширину от 75 до 250 мм и толщину 19-45 мм. Используются в основном, как укрепляющие конструкцию элементы. Применяются также для изготовления кровельной обрешетки. Иногда из досок изготавливают стропила в виде решеток (как правило в домах, где чердак не является жилым помещением);

Балки имеют ширину от 100 до 250 мм и толщину от 50 до 100 мм. Применяются в основном для изготовления стропил и балок перекрытий;

Бруски имеют обычно квадратное сечение со сторонами 100x100 мм, 175x175 мм. Чаще всего из них изготавливают мауэрлаты (нижние горизонтальные опоры стропил);

Рейки (планки).

Их ширина обычно составляет порядка 38-75 мм. Используются для изготовления различных видов каркасов (под плиты, под облицовку деревом). Применяются также в качестве контрреек при изготовлении стропил.

Конструкционная древесина в Украине - наиболее простой тип строительных пиломатериалов, изготавливаемый в основном из ели или сосны. Этот тип продукции является высокотехнологичным и постепенно получает широкое применение в современном строительстве.

Процесс изготовления начинается с тщательной технической хвойных пород, разделенных по сердцевине, до необходимого уровня влажности, который, однако, не должен превышать 15%. При этом необходимо следить за тем, чтобы в процессе не деформировалась. Высушенные доски проходят через строгальную линию, а затем сортируются вручную или автоматически по прочности. В это же время маркируются и вырезаются дефекты. В первую очередь сортировка производится для обеспечения необходимого уровня качества (нормы DIN 4074 - сортировка по прочности). В процессе сортировки могут также учитываться и эстетические требования, что бывает необходимо при производстве клееной продукции для внутренней отделки помещений. Затем производится сращивание заготовок на зубчатый шип. Это процесс производства теоретически бесконечной клееной доски.

После высыхания клея, заготовки проходят через строгальную линию и торцуются по длине. Конструкционная древесина широко применяется в современном производстве деревянных конструкций благодаря высокому уровню качества.