Игорь Проваторов
Древесина – один из древнейших известных человечеству строительных материалов. До сегодняшних дней в Египетских пирамидах сохранились конструкции из дерева, которые прошли испытания тысячелетиями. Испокон веков древесину использовали в строительстве, производстве мебели, а так же в различных областях хозяйства.
Вопреки бытующему мнению об истощении запасов леса, сегодня в Украине, как и в других странах Европы, ежегодный прирост леса на 30-50% превышает его вырубки. Кроме того, если сравнивать древесину с другими материалами, которыми ее можно заменить – металлами, продукцией нефтехимической промышленности (пластики, полимеры), древесина более предпочтительна с точки зрения сбережения природных ресурсов. Металлы, нефть, газ и другие полезные ископаемые возникли в результате тектонических и геофизических процессов длившихся в земной коре сотни миллионов лет. Их запасы не подлежат восстановлению, их добыча и переработка наносит большой вред окружающей среде, так как необходимо рыть шахты, карьеры, а сама перерабатывающая промышленность загрязняет окружающую среду твердыми, жидкими и газообразными отходами. Толи дело древесина. В месте вырубок делаются новые насаждения, которые через 30-100 лет в зависимости от породы дерева снова готовы к использованию. Это все равно, что выращивать пшеницу, только дольше.
Красота и свойства древесины
Структура древесины создает красоту и выразительность изделия, дает ощущение тепла. Древесина имеет высокие физико-химические свойства: экологическая безопасность применения, достаточно высокая прочность и атмосферостойкость, химическая стойкость, небольшая плотность, от чего древесина является хорошим тепло и звукоизолятором, легко обрабатывается.
Древесина имеет низкий коэффициент линейного расширения, то есть мало меняет размеры в зависимости от температуры окружающего воздуха. Немаловажной является возможность полного использования отходов.
Древесина по сей день, не заменима и широко используется в корабле и авиастроении, в электронной промышленности, и не обязательно в виде деревянных деталей. Это и фанера и композитные материалы с использованием древесины.
Что касается недостатков древесины – гниения, легкой воспламеняемости. Если древесина была высушена в сушильных камерах до того, как подверглась поражению гнилостными грибками, она на много более стойкая к коррозии даже без защитных покрытий, чем металл. Сегодня нередко можно видеть в старых домах деревянные окна и двери, которым уже по 100-150 лет. А если древесину пропитать антисептиком, а затем покрыть лаком, то ей сносу нет.
Насчет горения. Древесина действительно хорошо горит, но можно привести такой пример: благодаря низкой температуре горения и низкой теплопроводности, плотно закрытая деревянная дверь может сдерживать распространение пожара около 40 минут! В то время как металлическая или пластиковая дверь лишь 10 минут. Горящую древесину легко потушить. Также при горении сухая древесина выделяет мало токсических веществ, чего нельзя сказать о полимерных заменителях — линолеумах, пластиковых и ламинированных панелях, пластмассовых деталях, которые создают при горении высокую температуру, стают текучими, выделяют ядовитые газы, и вообще трудно поддаются тушению водой. Если древесину правильно обработать противоогневой защитой– возможность возгорания уменьшается многократно.
Одним словом — древесина не только материал, пришедший из глубины веков, но и материал будущего.
Строение древесины
На поперечном разрезе ствола дерева можно видеть сердцевину, кору и древесину с годичными слоями.
Чтобы получить более полное представление о строении древесины, рассматривают три главных разреза ствола — поперечный, радиальный и тангентальный, на которых видны годичные слои. На поперечном разрезе эти слои имеют вид концентрических окружностей, на радиальном — продольных полос, на тангентальном — извилистых конусообразных линий.
У каждой породы на разрезах ствола наблюдается характерный рисунок, который принято называть текстурой. Образуется он при перерезании волокон годичных слоев и сердцевинных лучей. Текстура зависит, прежде всего, от характера годичных колец, наличия сердцевинных лучей и строения волокон. Большое влияние на текстурный рисунок оказывает красящий пигмент — а также разница в цвете ранней и поздней древесины. Особенно это заметно на тангентальном разрезе.
Древесина лесных пород окрашена обычно в светлый цвет. У некоторых из них (граб, береза, ольха) этот цвет распространяется на всю толщину ствола, а у дуба, лиственницы, сосны центральная часть темная. Темноокрашенную часть ствола называют ядром, а светлую — заболонью. Породы с ярко выраженным ядром являются ядровыми, остальные — заболонными.
Ядро образуется за счет отмирания клеток древесины, отложения дубильных, красящих веществ и смолы (у хвойных пород). Молодые деревья ядра не имеют. Переход от заболони к ядру может быть резким или плавным. Это очень важная для древесины характеристика, так как именно она является решающим фактором при выборе материала для отделочных работ.
Пороки древесины
На красоту текстурного рисунка влияют не только способы распиливания древесины, но и отклонения в развитии ствола. Наиболее характерными местами с неправильным расположением волокон являются различные развилки, прикорневая часть ствола, наросты на стволах — капы и наплывы. К порокам древесины относятся также нарушения в самой ее структуре, выражающиеся в грибных поражениях клетчатки ствола. Это вызывает изменение цвета и некоторых других свойств, влияющих на текстурный рисунок. Не нужно забывать, что текстура ценится лишь в случае прозрачной отделки.
Обычные сучки снижают ценность конструктивных элементов, которые идут под прозрачную отделку. Не рекомендуется в несущих элементах конструкции применять сырую древесину с сучками, так как, высохнув, сучок теряет связь с основой и ослабляет конструкцию.
Свилеватость — это волнистое размещение волокон, особенно в прикорневой части дерева. Чаще всего свилеватость наблюдается у клена, дуба, карельской березы, ореха и др. С этим пороком древесина трудно поддается обработке, зато она высоко ценится в декоративных работах, особенно у ореха, клена. Характерны в этом отношении и наплывы – наросты на прикорневой части ствола.
Косослой — порок, выражающийся в том, что волокна древесины размещены наискось. Древесина с косослоем не используется для изготовления деталей, воспринимающих поперечную нагрузку.
Завиток характерен местным искривлением годичных слоев вследствие влияния прорости или сучков ствола. Завитки бывают сквозные и односторонние. Детали, которые должны нести значительную нагрузку, изготовляют из древесины без завитков, снижающих ее прочность
Смоляные кармашки характерны для хвойных пород, особенно для ели и сосны.
Прорость — участок дерева, претерпевший механическое повреждение. Часто в месте проросшего участка встречаются засмолки и грибные пятна.
Ложное ядро представляет собой порок, при котором внутренняя часть ствола имеет разную окраску, в основном темно-бурую с темно-зеленым или лилово-фиолетовым оттенком, что очень ценно в мозаичных работах.
Пятнистость выражается в окраске заболони в виде продолговатых прожилок. По цвету, они напоминают ядровую ткань древесины. Этот порок-следствие грибных поражений клетчатки. Располагается он в основном на пограничном слое ядра и заболони.
Внутренняя заболонь характерна для лиственных пород. Ее участки располагаются в ядровой древесине и имеют цвет заболони. Сплошные или прерывистые кольца двойной заболони состоят из мягкой древесины, что способствует впоследствии растрескиванию пиленого материала.
Грибным поражениям древесина подвергается в результате воздействия на нее различного рода гнилей. При этом цветовой тон отдельных участков древесины изменяется. Часто грибковые болезни поражают древесину на сплавах леса. При определенных условиях (в частности, при температуре внешней среды 15…25 °С и влажности древесины 30…60 %) грибные споры развиваются особенно интенсивно. На первых стадиях своего развития грибные пятна и полосы не снижают качества древесины, а изменяют лишь окраску определенных участков.
Древесина, пораженная ядровой гнилью, не годится ни для столярных, ни для строительных работ, так как она очень мягкая и хрупкая.
Ядровая гниль на первой стадии поражения древесины еще не влияет на ее механические свойства. Заболевшая древесина при этом пронизана белыми и черными линиями с красной окантовкой.
Все рассмотренные пороки снижают строительные качества древесины.
Цвет и блеск древесины
Цвет древесины — один из признаков, по которым одна порода дерева отличается от другой.
Древесина липы, сосны, березы, клена, осины – светлая. У дуба и ясеня – древесина бурая, у грецкого ореха, тика — коричневатая и т. д. Цвет древесине придают красящие и дубильные вещества, находящиеся в ее клетках.
Под влиянием атмосферных условий цвет древесины может изменяться: в пределах каждого климатического пояса древесине одной породы присущ свой цветовой оттенок. На окраску древесины влияют также свет и воздух: со временем текстура древесины темнеет. Так, срубленная ольха через некоторое время становится красноватой. В определенной мере окраску древесины изменяют грибные поражения, а также находящиеся в земле минеральные соли, окружение дерева (затемнение его от солнца) и т. д. К комлю древесина темнее, а к вершине — светлее. С возрастом у всех деревьев древесина также темнеет.
Блеск древесины — это ее свойство отражать световой поток. У различных пород блеск неодинаковый. В значительной степени это свойство проявляется у бука, клена, чинары, белой акации. Матовый блеск имеют тополь, липа, осина, тик. Шелковистый блеск — ива, вяз, ясень, черемуха. Золотистый – черешня. Серебристый — сибирский кедр. Муаровый — береза, серый клен, лавровишня.
Отличительные особенности и применение древесных пород в строительстве
Пород древесины огромное количество, но в строительстве у нас применяется лишь некоторые виды.
Хвойные породы
Сосна — наиболее распространенное дерево хвойной породы. Цвет ее древесины может быть бурым, красноватым, желтоватым и почти белым с легкими разводами красноты. Лучший материал получают из тех деревьев, которые растут на возвышенностях, сухих холмах, песчаниках; годичные слои у них расположены близко друг к другу, а древесина имеет плотную структуру. Структура древесины сосны, растущей во влажных местах, более рыхлая. В сухом виде сосна — легкая и податливая для столярных работ порода. Вдоль волокон она строгается хорошо, поперек волокон с трудом, а пилится поперек — хорошо, вдоль — плохо. Древесина сосны хорошо склеивается. Из нее изготовляют мебель, каркасы различных конструкций, столярные изделия. Древесина сосны – самый распространенный конструкционный материал.
Ель — мягче сосны, она имеет большое количество мелких и средних сучков, что затрудняет ее применение в ответственных конструкциях. Текстура ее древесины невыразительна. Ель менее влагостойка, чем сосна, и скорее поддается гниению, зато древесина ее мало подвержена короблению, что является положительным качеством этого материала. Отделывается ель плохо, а склеивается лучше сосны. Используется в основном для неответственных конструкций, не испытывающих больших нагрузок во время эксплуатации.
Лиственница — занимает особое место среди других хвойных пород. Ее древесина имеет красновато-коричневатый, иногда буроватый оттенок и отличается высокой прочностью (прочнее дуба) и влагостойкостью. Сухая древесина лиственницы обрабатывается хорошо. Лиственница мало подвержена короблению, но при быстрой сушке в древесине ствола могут возникать внутренние трещины. Для отделки лиственницы применяют в основном нитроцеллюлозные лаки. Порода используется в строительных и столярных работах.
Кедр — имеет беловато-желтую древесину с различными цветовыми оттенками в зависимости от места произрастания. Древесина кедра не отличается высокой плотностью и прочностью, обладает стойкостью против гниения, мало подвержена червоточине, имеет сильный специфический запах, хорошо колется. Употребляется для изделий, не подвергающихся большим нагрузкам.
Сибирская пихта — применяется наравне с елью, хотя и имеет пониженные физико-механические свойства, по сравнению с последней.
Лиственные породы
Дуб — отличается высокой прочностью, твердостью, стойкостью против гниения, способностью к гнутью, имеет красивую текстуру и цвет. Заболонь у дуба четко отделяется от ядра светлым тоном. Древесина дуба обладает достаточной вязкостью и хорошо обрабатывается режущим инструментом. Пролежав в воде несколько десятков лет, она приобретает шелковистую темно-фиолетовую с зеленоватым отливом окраску (мореный дуб). Ее твердость по сравнению с сухой древесиной выше, но выше и хрупкость. Древесина дуба широко используется для строительства, изготовления мебели, паркета, столярных изделий. Основной недостаток дуба, как строительного материала – его высокая стоимость.
Ясень — древесиной похож на дуб, хотя и не имеет ярко выраженных сердцевинных лучей. При обесцвечивании приобретает оттенок седины. Хорошо гнется после пропаривания. При сушке ясень трескается мало. Из-за высокой вязкости и прочности древесина обрабатывается с трудом. Ясень легко повреждается червоточиной, поэтому его древесину подвергают антисептической обработке. В неблагоприятных условиях (влажность, сырость) ясень быстро загнивает. Применяется для тех же целей, что и дуб.
Бук — имеет прочную и твердую древесину, которая по прочности она не уступает дубу. В чистом виде бук не имеет ярко выраженной текстуры, но на тангентальном и радиальном разрезах его древесина очень красива. Древесина быстро сушится и не трескается. Применение разнообразно, но в связи с тем, что бук гигроскопичен, его не употребляют для изделий, находящихся во влажной среде.
Граб — называют еще белым буком. Он имеет твердую, прочную и плотную древесину беловато-серого цвета. Текстура граба не отличается яркостью, как, например, у ясеня. На ровно матовом фоне его древесины разбросаны светлые точки. Нередко эта порода имеет косослойное строение древесины, поэтому граб колется с трудом. Применяется редко, так как очень трудно обрабатывается.
Береза — отличается высокой прочностью, однородным строением и цветом, средней плотностью и твердостью. Древесина ее неустойчива против гниения, легко колется, сильно трескается, коробится, подвержена червоточине, поэтому используется в основном для изготовления фанеры, лущеного шпона, древесностружечных плит.
Клен — имеет прочную, твердую и колкую светло-желтую древесину. Древесина хорошо обрабатывается, нестойка против сырости, хотя коробится мало. Применяется наравне с ясенем.
Липа — имеет легкую, белую древесину. Текстура липы не выражена. Липа относится к породам, которые почти не трескаются и мало усыхают. Благодаря однородности текстуры и равномерному строению древесных волокон, липа является лучшим материалом для резьбы. Древесина ее вынослива к сырости, но подвержена червоточине. Липа почти не имеет дубильных веществ, поэтому плохо травится и окрашивается. Применяется в основном как отделочный материал для бань и саун.
Тополь — (обычный и серебристый) широкого применения в строительстве не нашел из-за мягкости древесины. Используется в основном для изготовления тары, строительной опалубки.
Ольха – имеет мягкую древесину без ярко выраженной текстуры, кремового или красноватого цвета. Древесина свежесрубленной ольхи на воздухе быстро темнеет. Ольха устойчива против гниения в сырых и влажных условиях, но в сухих местах подвергается червоточине. Применяется, как и липа в основном как отделочный материал для бань и саун.
Осина — во многом схожа с ольхой и применяется для тех же целей. Древесина белая с желтоватым или зеленоватым оттенком.
Пиломатериалы, применяемые в строительстве
Древесные конструкционные строительные материалы бывают в основном в виде обрезных пиломатериалов (досок, брусков и брусьев).
Основной сортамент применяемых досок: толщина 22; 25, 30, 40 и 50 мм, с шириной соответственно 100, 125, 150, 175 и 200 мм.
Основной сортамент применяемых брусков и бруса: 20х30, 20х40, 40х40, 50х50, 50х70, 50х100, 50х150, 50х175, 50х200 и 100х100, 100х150, 100х200.
Длина пиломатериалов, как правило, бывает 3; 4,5; 5 и 6 метров.
Определение влажности древесины
Влажность древесины определяется с помощью специального прибора — влагомера.
Влажная древесина подвержена поражению микроорганизмами (попросту гниет), и при этом теряет свои свойства. Высушенная древесина становится очень прочной, почти не коробится и не трескается.
По влажности древесина подразделяется:
— Свежеспиленная – влажность 23% и больше. Применяется для изготовления не ответственных конструкций: ограждения, леса, опалубки и т. п.
— Древесина транспортной влажности – 15-22%. То же, что и свежеспиленная. Влажность позволяет перевозить пиломатериалы транспортной влажности, без ухудшения качества на большие расстояния.
— Сухая древесина – влажность 8-14%. Применяется как конструкционный материал, а так же как сырье для изготовления столярных изделий и отделочных материалов.
© И.Г.Проваторов, 2010