Специальность 1 А РАЗДЕЛ 5 ЛЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Специальность 1 А РАЗДЕЛ № 5. ЛЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Лекция № 9. Темы № 14, 15. Лесные материалы. Время: 2 ч. Вопросы: 1. Древесина, ее основные свойства и применение. 2. Основные виды материалов и изделий из древесины, защита древесины. 2/1/2018 Литература: 1. Учебник с. 254… 272. 1

Лесными строительными материалами называют материалы преимущественно или полностью получаемые переработкой древесины. Древесина - природное органическое вещество анизотропной структуры, составляющее стволы, ветви и корни деревьев. В строительстве применяют: • древесину хвойных пород: сосны, лиственницы, пихты, ели для изготовления несущих конструкций зданий и сооружений (ферм, балок, арок и т. п. ), свай, пролетных строений мостов, опалубки; • древесину твердых лиственных пород: дуба, бука, ясеня - для изготовления мелких ответственных деталей конструкций шпонок, нагелей, подушек и т. п. , как отделочный материал (шпон, декоративная фанера и др. ); • древесину мягких лиственных пород: осина, ольха и др. - для возведения временных и вспомогательных построек. 2/1/2018 2

2/1/2018 3

Прирост клеток древесины происходит неравномерно по временам года - весной образуются крупные и рыхлые клетки (ранняя древесина), летом - мелкие, плотные и толстостенные клетки (поздняя древесина). Слой поздней древесины темнее, чем слой ранней, что образует концентрическое кольцо - годичный слой. На поперечном разрезе ствола различают наружную, более светлую, часть - заболонь, и внутреннюю темную часть – ядро. Породы, имеющие более темную окраску ядра, называют ядровыми (сосна, лиственница, дуб и др. ). Если ядро отличается от заболони, только меньшей влажностью, породу называют спелодревесной (ель, пихта, осина и др. ). При отсутствии таких различий породы носят название заболонных (береза, клен, липа). Клетки хвойных пород (трахеиды) - замкнутые, сообщаются через пористые оболочки, клетки лиственных пород образуют собой сосуды. 2/1/2018 4

2. 2/1/2018 5

4. 2/1/2018 6

Рис. 3. Главные разрезы ствола: 2/1/2018 — поперечный; 2 — радиальный; 3 — тангенциальный 1 7

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ Гигроскопичность - способность сорбировать водяные пары из окружающего воздуха в зависимости от его температурновлажностного состояния. Влажность w изменяется в зависимости от ее состояния, условий хранения и эксплуатации. По степени влажности различают древесину: • мокрую (w >100 %); • свежесрубленную (w = 50… 100 %); • воздушно-сухую (w = 15… 20 %); • комнатно-сухую (w = 8… 12 %); • абсолютно сухую (w = 0 %). Предел гигроскопичности древесины wh, max для различных пород примерно одинаков и в среднем равен 30 %. Все показатели основных свойств древесины приводиться к стандартной влажности, равной 12%. 2/1/2018 8

Равновесную влажность древесины можно установить с точностью до 0, 75 % по диаграмме (см. рис. ). Фактическую влажность определяют с помощью электровлагомеров (типа ЭВА-2, ИВД-1 и др. ). Стандартный метод определения влажности древесины высушивание ее до постоянной массы. Деформативность древесины - способность изменять свои размеры и форму под воздействием физических (воды, температуры) и механических (внешних сил) факторов. При удалении связанной воды происходит уменьшение размеров древесины - усушка, при поглощении - разбухание. Линейную усушку определяют по тангенциальному t и радиальному r направлениям: 2/1/2018 Диаграмма равновесной влажности древесины 9

Объемную усушку v, без учета продольной деформации, рассчитывают по формуле: где: а, b и a 0, b 0 - линейные размеры образца древесины по тангенциальному и радиальному направлениям во влажном и абсолютно сухом состояниях соответственно, мм. Усушка древесины вдоль волокон незначительна и для большинства пород не превышает 0, 1%. Наибольшая линейная усушка происходит в тангенциальном направлении 7… 12%, в радиальном 3… 6%. Коэффициенты линейной kt и kr , и объемной kv усушки, определяют по формулам: 2/1/2018 10

а б Коробление (а) и растрескивание (б) древесины 2/1/2018 11

Плотность древесинного вещества мало зависит от породы и примерно равна 1, 54 г/см. З. Средняя плотность древесины в абсолютно сухом состоянии вследствие значительной пористости меньше плотности и изменяется в сравнительно широком интервале от 0, 38 до 1, 3 г/см 3. Среднюю плотность при влажности в момент испытания для некондиционированных образцов вычисляют по формуле где: mw — масса образца при влажности w, кг; Vw, — объем образца при влажности w, м 3. 2/1/2018 12

Среднюю плотность пересчитывают на влажность 12 % по формуле, которая справедлива для интервала влажности 7… 17 %: где: kv – коэффициент объемной усушки; для ориентировочных расчетов kv = 8, 5510 – 4 ρm, w. При влажности образцов свыше 30 % пересчет средней плотности на влажность 12 % производят по формуле: где: kw, 12 — коэффициент пересчета; определяемый для древесины акации, бука, граба и лиственницы: для остальных пород: 2/1/2018 13

Пористость древесины хвойных пород колеблется от 46 до 85 %, лиственных – от 32 до 80 %. Теплопроводность древесины зависит от ее влажности, температуры, средней плотности и увеличивается с их повышением. На нее влияет также анизотропность древесины: коэффициент теплопроводности сухой сосны поперек волокон примерно в два раза меньше, чем вдоль волокон — соответственно 0, 36 и 0, 17 Вт/(м. К). Теплоемкость сухой древесины одинакова для всех пород и примерно равна 1, 38 к. Дж/(кг. К). Температурный коэффициент линейного расширения древесины вдоль волокон составляет 3… 5 10 -6 K-1, т. е. в два-три раза меньше, чем у стали и бетона. Коррозионная стойкость древесины достаточно высока. Древесина хвойных парод, пропитанная смолистыми веществами, имеет более высокую коррозионную стойкость, чем лиственных. 2/1/2018 14

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Прочность древесины зависит от ее влажности и температуры, анизотропности и наличие пороков. Повышение содержания связанной воды снижает ее прочность. Прочность определяют на кондиционированных чистых (без видимых пороков) образцах. Кондиционирование - обеспечение 1 влажности древесины в пределах 8. . . 20 % или влажности w 30 %. Во всех случаях показатели прочностных свойств кондиционированных образцов пересчитываются на 2 влажность 12 % по соответствующим формулам: при влажности образцов w = 8. . . 20 % - 3 где: Rw – предел прочности образца с влажностью в момент испытания, МПа; - поправочный коэффициент равный 0, 04 Влияние влажности на предел прочности древесины сосны: при вычислении пределов прочности при сжатии и изгибе, и 1 -2/1/2018 при скалывании. 15 0, 03 изгибе; 2 - при сжатии вдоль волокон; 3 - при скалывании в радиальном направлении

при влажности образцов w 30 % kh 12 - коэффициент пересчета, принимаемый по табл. (для сосны на сжатие - 0, 45). Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон в три пять раз больше, чем прочность поперек волокон и составляет для сосны 45. . . 50 МПа. Предел прочности древесины при изгибе в тангенциальной плоскости примерно в два раза больше прочности при сжатии и для сосны составляет 100. . . 110 МПа. Динамическая прочность древесины в зависимости от скорости нагружения может превышать статическую примерно на 20. . . 40 %. Технологические свойства древесины, определяют ее способность к механической обработке (пилению, резке, сверлению, гнутью, гвоздимости и т. д. ), очень высоки. 2/1/2018 16

Пороки древесины - изменения внешнего вида, нарушения целостности и правильности строения, различные повреждения и другие недостатки, понижающие качество и ограничивающие возможность ее применения. Подразделяются на первичные, возникающие в период роста дерева, и вторичные, образующиеся на стадии переработки древесины и в процессе ее эксплуатации. Дефектами называют пороки древесины механического происхождения, возникающие при ее заготовке, транспортировании, распиловке, сортировке и т. п. Наиболее распространенные пороки (сучки, трещины, пороки формы и строения, механические повреждения и дефекты обработки) нарушают целостность и снижают прочность древесины, способствуют проникновению в нее воды и образованию гнили. 2/1/2018 17

Трещины Сучки Пороки строения (наклон волокон, крень) 2/1/2018 18

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ Основные виды лесных материалов: круглые лесоматериалы, пилопродукция, строительные детали и изделия. Круглые лесные материалы (в зависимости от диаметра в верхнем отрубе) подразделяют: жерди (3. . . 7 см), подтоварник (8. . . 11 см) и бревна (более 12 см). По качественным признакам (вид порока, степень поражения и др. ) круглые лесоматериалы делят на четыре сорта. Пилопродукция подразделяется на пиломатериалы и заготовки. Пиломатериалы изготавливают длиной до 6, 5 м; по размерам поперечного сечения делятся: на брусья, доски, бруски, шпалы и т. д. Заготовки - доски и бруски, предназначенные для изготовления различных деревянных деталей и столярно-строительных изделий (паркет, детали окон, двери и т. п. ). 2/1/2018 19

Наименование Брус Форма поперечного размера двухкантный Поперечный размер, мм b и h более 100 трехкантный четырехкантный Доска необрезная b 2 h h = 50… 100 b = 100… 200 Брусок Шпала 2/1/2018 b > 2 h h = 13… 100 b = 80… 250 обрезная необрезная h = 150… 180 b = 230… 250 20

Строительные детали и изделия из древесины изготавливают из пилопродукции, модифицированной древесины и композиционных древесных материалов. Модифицированная древесина получают обработкой пилопродукции синтетическими смолами. Композиционные древесные материалы изготавливают на основе пилопродукции, модифицированной древесины и древесных отходов в виде листов, плит и других изделий с использованием минеральных и органических вяжущих веществ (фанера, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, фибролит и др. ). Строительные детали и изделия применяют в виде погонажных фрезерованных деталей (шпунтовые доски, плинтусы, наличники и др. ) и изделий (паркет, паркетные доски и щиты), столярных изделий (оконные и дверные блоки, столярные плиты и пр. ) и деталей для сборных деревянных конструкций. 2/1/2018 21

ЗАЩИТА ДРЕВЕСИНЫ - совокупность мероприятий, повышающих стойкость к разрушающим факторам: физическим (температура, влажность воздуха), химическим (кислоты, щелочи и другие агрессивные среды) и биологическим (грибные гнили, насекомые). Гнили вызываются грибами - простейшими растительными организмами. Повреждения древесины: на воздухе насекомымидревоточцами (короеды, точильщики и др. ), в морской воде моллюсками и ракообразными (морской шашень, морской рачок, мокрица и др. ) - выедание ходов и отверстий (червоточины). Горючесть древесины: длительный нагрев древесины уже при 120. . . 150 °С приводит к обугливанию, возгорание от открытого огня происходит при температуре более 250 °С, самовозгорание - при 350 °С и выше. 2/1/2018 22

Защита древесины обеспечивается совокупностью мероприятий, основанных на физических, химических и комплексных методах предотвращения процесса разрушения. Физическая защита обеспечивает состояние древесины или окружающей среды, прекращающее действие разрушающих факторов: • создание требуемого температурно-влажностного режима древесины (сушка, искусственное дождевание и др. ); • конструкционную защиту (предохранение от увлажнения применением гидроизоляционных, лакокрасочных и других покрытий, создание условий для естественной вентиляции). Химическая защита древесины - использование химических препаратов (профилактическая и истребительная). Комплексная защита включает мероприятия, останавливающие разрушение древесины от двух и более неблагоприятных факторов. 2/1/2018 23

Химические препараты - защитные средства (избирательного и комбинированного действия). Избирательные - предохраняют древесину от одного неблагоприятного фактора: фунгициды - от поражения грибами, инсектициды - от повреждения насекомыми, антипирены - от возгорания. Комбинированные средства, защищающие древесину одновременно от двух и более неблагоприятных воздействий: антисептики (от разрушения биологическими факторами), биоогнезащитные препараты и др. Антипирены наносятся на поверхность древесины с целью затруднения ее возгорания и горения. Механизм действия основан либо на оплавлении, либо на образовании пористого тепло-изолирующего слоя или на выделении в виде пара части кристаллизационной воды и других газов, оттесняющих воздух и затрудняющих доступ кислорода. 2/1/2018 24