Материал: Древесина

Древесина

Ташкентский Архитектурно-Строительный Институт

Кафедра: Строительство зданий и сооружений

Реферат

Строительное материаловедение

Древесина

Выполнили: Чуб А

Мальцева В

Корнейчук А

Принял: Касымов Э.К.

Ташкент - 2012

Введение

Древесина - самый легкий строительный материал, который при хорошей теплоизоляции имеет высокую прочность, благодаря чему находит применение в качестве несущих конструкций. Древесина является экологическим материалом, так как для ее роста используется солнечная энергия. Современное деревянное домостроение всегда находит новые пути производства технологичных претенциозных конструкций, например, для строительства помещений и мостов. Древесина, по сравнению с другими строительными материалами, требует меньших затрат энергии при производстве, транспортировки и обработке. И в окружающих нас лесах всегда можно найти необходимое количество древесины.

Источники

Хотя древесная ткань имеется и у папоротников, почти всю древесину люди получают из деревьев двух главных отделов царства высших растений голосеменных и покрытосеменных. Голосеменные растения - очень древняя форма, представленная исключительно древесными видами, к которым относятся хвойные деревья («мягкие породы»), а именно сосна, ель, кедр, поставляющие основную часть древесины, используемой человечеством. Отдел же покрытосеменных отличается большим разнообразием и делится на два класса - однодольные и двудольные. Лишь некоторые из однодольных (бамбук, пальмы, юкка) дают древесную ткань, которая имеет ограниченное, в основном местное значение. Что же касается двудольных, то к этому классу относятся важные лиственные («твердые») породы - дуб, эвкалипт, клен, древесина которых особенно ценна для мебели, отделки интерьеров и пр.

звукопроводность древесина вода агрессивный

Структура

Клетки древесины, как и клетки коры, возникают из многократно делящихся клеток прокамбия и камбия, которые составляют почти непрерывный слой образовательной ткани между корой и древесиной. Камбий возникает из клеток, отделившихся от конуса нарастания стебля или корня. Последний же берет начало в клеточно-образовательном центре зародыша в семени. В древесине имеются два класса клеток - паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки обычно тонкостенные с простыми (неокаймленными) порами. В заболони они выполняют функцию физиологически активной живой ткани (обеспечивают хранение питательных веществ). Прозенхимные же клетки - толстостенные с окаймленными порами. Они теряют свой протопласт, когда вырастают и достигают окончательной толщины стенок, после чего превращаются в среду, проводящую жидкость и обеспечивающую опору.

Для древесины характерны годичные кольца, обусловленные изменениями размеров клеток и толщины их стенок в связи с изменениями условий роста. В зонах умеренного климата контраст колец связан с отличием «летней» древесины одного года от «весенней» следующего. По числу колец на уровне земли можно определить возраст дерева.

Химический состав

В состав древесины входит ряд сложных органических соединений. Полный химический анализ показывает, что она содержит около 50% углерода, 6% водорода и 44% кислорода. Стенка клетки имеет сетчатую структуру из взаимосвязанных длинноцепных молекул целлюлозы, наполненную другими углеводородами (гемицеллюлозами), а также лигнином и различными экстрактивными веществами. Цементирующим межклеточным веществом являются в основном пектаты кальция и магния, а в клеточных полостях, особенно в древесине лиственных пород, накапливаются смолы, камеди, жиры, таннины, пигменты и минеральные вещества. В состав древесины входит 45-60% целлюлозы, 15-35% лигнина и 15-25% гемицеллюлоз. Количество инородных, экстрактивных веществ в значительной мере зависит от породы и неодинаково в заболони и ядровой древесине. Содержание минеральных веществ (зольность) древесины обычно значительно меньше 1%.

Физические свойства

Относительная плотность древесины лежит в пределах от 0,1 (бальза) до ~1,3 (железное дерево и некоторые другие тропические породы). Относительная плотность большей части деловой древесины составляет 0,2-0,75, плотность - 190-850 кг/м3. Относительная плотность древесинного вещества равна приблизительно 1,5. Следовательно, лишь около 1/6 объема легкой деловой древесины составляет твердое вещество, тогда как в более тяжелых сортах на него приходится около половины объема. Относительная плотность может быть различной и для одной породы деревьев, что обусловлено переменчивостью условий произрастания. Так, для сосны длиннохвойной эта величина может составлять от 0,25 до 0,80 (среднее значение 0,53).

Положительные характеристики древесины

Объемный вес древесины зависит от ее влажности и объема пор.

Объемный вес зависит от плотности и влажности древесины, и у большинства древесных пород он меньше единицы. Удельный вес самого древесного вещества в среднем равен 1,55 г/см3.

Теплопроводность и тепловое расширение древесины

Теплопроводность древесины зависит от влажности, температуры, направления волокон, объемного веса и породы дерева. Коэффициент теплопроводности А, зависит от направления, в котором передается тепло через древесину. Можно считать, что вдоль волокон он примерно в 1,8 раза больше, чем поперек волокон, и в среднем равен 0,15- 0,27 ккал/.ч • ч • град. Зависимость теплопроводности поперек волокон от температуры различна для сухой и влажной древесины; для влажной древесины - степенная, а для сухой - линейная. Это объясняется различием в изменении теплопроводности от температуры воды и воздуха: у воды оно подчинено закону кривой, а у воздуха- закону прямой. Данные таблицы показывают, что коэффициент линейного расширения древесины вдоль волокон значительно меньше, чем стали и бетона. В этом отношении деревянные конструкции выгодно отличаются от стальных и бетонных, при устройстве которых необходимы дополнительные мероприятия, например устройство температурных швов для компенсации увеличения размеров конструкции при повышении температуры. В поперечном же направлении коэффициент линейного расширения древесины значительно больше, чем стали и бетона.

Звукопроводность и звукопроницаемость древесины

Древесина является хорошим проводником звука, который распространяется в ней в 3--17 раз быстрее, чем в воздухе. Скорость распространения звука больше всего вдоль волокон и меньше всего в поперечном направлении. В древесине сосны вдоль волокон она равна приблизительно 5000, поперек волокон в радиальном направлении - 1450 и в тан-гентальном направлении - 850 м/сек. В среднем, учитывая значения скорости распространения звука в древесине других пород, можно считать, что звукопроводность вдоль волокон относится к звукопроводности в радиальном и тангентальном направлении как 14:5:3. Способность древесины пропускать звук называется звукопроницаемостью. Это свойство имеет весьма существенное значение в жилищном строительстве, так как древесина широко применяется для устройства стен, перегородок и полов. Звукопроницаемость древесины весьма высока, характеризуется она коэффициентом звукопроницаемости, представляющим собой отношения количества звуковой энергии, прошедшей через перегородку из испытываемого материала, к количеству звуковой энергии, действующей на перегородку. Для примера укажем, что коэффициент звукопроницаемости бетонной перегородки толщиной 2,5 см составляет 0,11, а деревянной - приблизительно 0,65.

Стойкость древесины к действию воды и агрессивных жидкостей

Стойкость древесины к действию воды изучена еще недостаточно. Установлено (исследование И. Д. Грачева), что у древесины ели, сосны, березы и осины, в течение длительного времени находящихся в воде (до 30 лет), несколько изменились механические свойства по сравнению со свойствами свежей древесины. В морской воде древесина сохраняется значительно хуже, чем в речной или озерной пресной воде. Исследования образцов древесины сосновых свай из сооружений Бакинского порта, пробывших в воде около 30 лет, показали, что ее механические свойства сильно понижены по сравнению со свойствами нормальной древесины. В воде большой биологической агрессивности стойкость древесины низка, поэтому применение ее в канализационных сооружениях не допускается. Длительное воздействие агрессивных жидкостей (кислот и щелочей) ' разрушает древесину и степень этого разрушения тем больше, чем выше концентрация растворов и продолжительнее их действие. Она также зависит от рода действующих на древесину кислот и щелочей. Как показали исследования проф. С. И. Ванина, степень разрушения обусловливается количеством свободных водородных и гидроксильных ионов в растворе; слабощелочные растворы разрушают древесину в очень малой степени. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рН^2. Для сравнения укажем, что разрушение бетона и стали начинается лишь при рН$:5. Поэтому кислоты, обладающие слабо выраженной диссоциацией (например, уксусная и молочная), могут вызывать лишь незначительное разрушение древесины даже при больших концентрациях. Проф. С. И. Ванин, исследуя стойкость различных пород древесины к действию серной, азотной, соляной и уксусной кислот, а также едкого натра, пришел к заключению, что древесина хвойных пород (сосны, ели, лиственницы) более стойка к действию этих реагентов, чем древесина лиственных пород (березы и бука). Установлено также, что из хвойных пород наибольшей стойкостью отличается древесина лиственницы. У всех хвойных пород ядровая и спелая древесина обладает большей стойкостью, чем заболонная.

Недостатки древесины как материала, учитываемые при конструировании

Анизотропность, т.е. изменение механических характеристик в зависимости от породы, места произрастания, зоны в поперечном сечении ствола (заболонь, ядро, сердцевина), направления волокон, наличия пороков и их расположения, влажности и других факторов; это затрудняет отбор материала для ответственных изделий и сооружений.

Изменение размеров и формы в результате усушки, разбухания, коробления, особенно под воздействием изменения температуры и влажности воздуха. Из-за неравномерного удаления влаги возникают напряжения, которые приводят к растрескиванию материала.

Растрескивание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединения (в емкостях, деревянных трубах, судах и т.п.). При закреплении разбухающих деталей из древесины возникает давление разбухания в пределах 8 - 32 кгс/см2.

Низкое сопротивление раскалыванию. Однако это свойство имеет положительные значения при заготовке колотых сортиментов.

Загнивание, повреждение насекомыми, возгорание в неблагоприятных условиях службы.

Структура

Клетки древесины, как и клетки коры, возникают из многократно делящихся клеток прокамбия и камбия, которые составляют почти непрерывный слой образовательной ткани между корой и древесиной. Камбий возникает из клеток, отделившихся от конуса нарастания стебля или корня. Последний же берет начало в клеточно-образовательном центре зародыша в семени. В древесине имеются два класса клеток - паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки обычно тонкостенные с простыми (неокаймленными) порами. В заболони они выполняют функцию физиологически активной живой ткани (обеспечивают хранение питательных веществ). Прозенхимные же клетки - толстостенные с окаймленными порами. Они теряют свой протопласт, когда вырастают и достигают окончательной толщины стенок, после чего превращаются в среду, проводящую жидкость и обеспечивающую опору. Для древесины характерны годичные кольца, обусловленные изменениями размеров клеток и толщины их стенок в связи с изменениями условий роста. В зонах умеренного климата контраст колец связан с отличием "летней" древесины одного года от "весенней" следующего. По числу колец на уровне земли можно определить возраст дерева.

Макроструктура древесины

Достаточно полное знакомство с макроскопической структурой древесины можно получить при изучении разрезов ствола дерева по трем направлениям: тангентальный разрез, проходящий плоскостью по хорде поперечного сечения на некотором расстоянии от оси ствола; торцовый, или поперечный, разрез, проходящий плоскостью, перпендикулярной оси ствола, и радиальный разрез, проходящий плоскостью через ось ствола; торцовому, или поперечному разрезу, проходящему перпендикулярно оси ствола; радиальному разрезу, проходящему через ось ствола.

Толстый слой древесины, находящийся за камбием, состоит из ряда тонких концентрических слоев; наружная часть их называется заболонью и внутренняя часть - ядром. Ядро состоит из полностью отмерших клеток, заболонь - из более "молодых, растущих клеток, поэтому влажность заболони свежесрубленного дерева хвойных пород значительно выше влажности ядра. Эти два слоя древесины хорошо различаются на торцовом разрезе ствола некоторых древесных пород, так как окраска ядра, например у дуба, сосны и кедра, темнее заболони. У других пород дерева, например у бука, ели и пихты, центральная часть древесины, имеющая все свойства ядра, неразличима по цвету с периферийной частью (заболонью). Такая древесина носит название спелой древесины. Существуют породы дерева, например береза, клен, ольха, не имеющие ядра. В центральной части ствола на всем его протяжении расположена сердцевина, состоящая из клеток с тонкими стенками, слабо связанными между собой. Сердцевина и вырастающие в первый год существования дерева побеги образуют сердцевинную трубку диаметром 1- 10 мм в зависимости от породы и возраста дерева. Эта часть ствола является самой слабой, так как легко крошится и легче других - загнивает. На торцовом разрезе ствола при небольшом увеличении можно заметить значительное количество концентрически расположенных слоев. Каждый такой слой образуется в течение вегетационного периода и соответствует одному году жизни дерева, почему и носит название годового слоя или годичного кольца. В зависимости от условий роста годовые слои бывают различной ширины даже у деревьев одной и той же породы. Весной образуются тонкостенные клетки ранней древесины годового слоя, летом - прочные толстостенные клетки - поздней древесины. Различие в тканях ранней и поздней древесины сосны показано на 119 по всем трем разрезам. На свойствах древесины не так существенно отражается ширина годовых слоев, как процентное содержание в ней наиболее ценной и прочной поздней древесины, которое колеблется в значительных пределах.

В древесине лиственных пород движение влаги происходит по сосудам (трубочкам), расположенным вдоль ствола и на поперечном разрезе ствола, имеющим вид округленных отверстий.

В древесине некоторых лиственных пород (дуб, ясень, вяз) расположены крупные и мелкие сосуды; крупные находятся в ранней части годового слоя, а мелкие собраны в группы или распределены равномерно по площади поздней части. Такие, породы называются кольцесосудистыми. В древесине таких лиственных пород, как береза, осина, клен, липа и др., крупных сосудов нет и резкого различия между ранней и поздней частью годового слоя не наблюдается. Эти породы называют рассеянно-сосудистыми.