На торцевом срезе древесины сосны хорошо заметны годичные слои, так как летняя часть слоя имеет более темную окраску, чем ранняя, весенняя. Это происходит потому, что весенние трахеиды тонкостенные, с большой внутренней полостью, заполненной водой, а в летней древесине трахеиды имеют толстые стенки, узкую внутреннюю полость, в этой древесине появляются смоляные ходы.
Физические свойства
К физическим свойствам древесины относятся ее плотность, влажность, теплопроводность, звукопроводность, электропроводность, стойкость к коррозии (то есть способность противостоять действию агрессивной среды), а также ее декоративные качества (цвет, блеск, запах и текстура). – это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см3 или кг/м3. Зависит этот показатель от , возраста, условий роста, ее влажности. Нет необходимости вдаваться в подробности изучения данного показателя; достаточно знать, что древесина, отличающаяся большей плотностью, служит гораздо дольше и менее подвержена необратимым изменениям, чем менее плотная (однако следует учесть, что для чистоты сравнительного анализа измеряют на образцах влажностью 15 %). Самая большая плотность у дуба, далее по убывающей следуют: , клен, лиственница, бук, орех, сосна, липа, ель, пихта.
Влажность лесоматериалов, используемых в строительстве и при изготовлении деревянных изделий, является показателем ее качества и долговечности. На практике различают: комнатно-сухую древесину, с влажностью 8–12 %; воздушно-сухую искусственной сушки, с влажностью 12–18 % (эти два вида древесины получают путем сушки пиломатериалов в сушильных камерах); атмосферно-сухую естественной сушки, с влажностью 18–23 % (получают в результате продолжительного хранения лесоматериалов, уложенных штабелями на прокладках в сухих, проветриваемых помещениях или под , без допуска воздействия прямых солнечных лучей), влажную древесину, с влажностью более 23 %.
Чем меньше показатель влажности древесины, тем меньше она подвержена гниению. Однако не следует стремиться использовать лесоматериалы наименьшей влажности. Дело в том, что очень гигроскопична: она легко отдает переизбыток влаги при повышении температуры и уменьшении влажности окружающей среды и с такой же легкостью впитывает влагу при снижении температуры и повышении влажности окружающей среды. Это неминуемо приводит: в первом случае – к усушке древесины (уменьшению ее объемных размеров); во втором случае – к ее разбуханию (увеличению объемных размеров). И усушка, и разбухание изменяют объемные размеры деревянной детали неодинаково в различных направлениях; результат этого – коробление древесины, деформация деревянных конструкций, что в конечном счете приводит их в негодность. Самый простой способ предупреждения коробления – , влажность которой в момент использования соответствует эксплуатационной влажности.
Теплопроводность, звукопроводность. Деревянные или бруса хорошо удерживают тепло. Здоровая древесина способна хорошо распространять звук вдоль волокон: если после удара по комлевой части бревна, доски или бруса слышится чистый звенящий звук, то это говорит о высоком качестве древесины; прерывистый, глухой звук свидетельствует о ее загнивании.
Коррозионная стойкость древесины очень важна для строений и изделий, из нее изготовленных, особенно тех, которые эксплуатируются в основном под открытым небом.
Следует отметить, что хвойные породы более стойки к коррозии по сравнению с лиственными, поскольку хвойная древесина пропитана природными смолистыми веществами.
Цвет, блеск, запах и текстура являются физическими свойствами древесины, позволяющими визуально определить ее породу.
Цвет способен указать на качество. Например, синеватая окраска хвойной древесины свидетельствует о начальной стадии загнивания (цвет здоровой сосны – от коричневато-желтого в зонах, насыщенных смолой, до светло-желтого; цвет ели – от светло-желтого до белого); черные и темно-коричневые пятна на буковой древесине – признак загнивания (цвет здорового бука – от желто-бежевого до розовато-бежевого).
Свидетельствовать о пороках древесины может и изменение запаха: если в помещении, где хранится древесина бука, ощущается стойкий запах прелой листвы, а запах в помещении, где хранятся сосновые лесоматериалы, затхлый, – это явный признак процессов гниения.
Текстура древесины зависит от распила, а механическая прочность тех или иных досок или брусков зависит от вида разреза (рис. 6).
Рис. 6. Составные части поперечного распила ствола и текстура древесины на трех разрезах: а – составные части поперечного распила ствола: 1 – лубяной слой коры; 2 – камбий; 3 – заболонь; 4 – ядро; 5 – сердцевина; 6 – сердцевидные лучи; б – текстура древесины сосны на трех разрезах: 1 – на поперечном; 2 – на радиальном; 3 – на тангентальном.
Но и цвет, и блеск, и текстура имеют чисто декоративное значение.
Древесина
Имеет волокнистую структуру, и свойства ее во многом определяются плоскостью среза. Выделяют три основных среза: поперечный, или торцевой (поперек волокон), радиальный - по оси ствола и тангенциальный - также вдоль ствола, но не в осевой плоскости.
Следует иметь в виду, что бруски и доски радиального среза меньше подвержены короблению. Ниже приведены краткие характеристики основных пород древесины. Сосна - наиболее широко используемая порода . Ее достоинства - легкость и достаточно высокая прочность, недостатки - сучковатость, смолистость и трудность декоративной отделки. Применяют сосну для изделий идущих под оклейку шпоном ценных пород, под отделку текстурованной бумагой, и для деталей, не требующих отделки. Ель - по прочности уступает сосне. Ее достоинство - равномерный белый, долго сохраняющийся .
Ель обладает меньшей смолистостью, поэтому лучше, чем сосна, поддается склеиванию и отделке. - однородна по строению, прочна и очень хорошо отделывается. Благодаря белому цвету она легко окрашивается даже в самые нежные тона. Ее отделывают под орех, красное и черное дерево.
Недостаток березы - деформация под влиянием переменной влажности воздуха. Ольха - имеет однородную структуру, мягка очень хорошо поддается обработке, а также отделке под орех, красное дерево, мореный клен. Бук - вязкая и довольно твердая порода древесины, но дает значительную усушку и сильно коробится. Буковый шпон имеет красивую структуру, легко отделывается и широко применяется для фанерования изделий из сосны и ели. Дуб - твердая и прочная порода.
Применяется для изготовления наиболее ответственных деталей, несущих значительные механические нагрузки. Красивый рисунок и цвет позволяет использовать дуб для отделочных работ. Особенно ценится мореный дуб, имеющий темную окраску. Для получения гладкой поверхности необходима тщательная обработка - покрытие порозаполнительными составами с последующей полировкой, однако основной обработкой деталей из дуба считают вощение и лакирование.
Строение древесины.
Сделав поперечный срез, можно наиболее четко рассмотреть строение древесины. Каждый брусок необтесанного дерева имеет кору; Кора - это кожа дерева, которая не используется в работе, и ее обязательно нужно снимать. Под корой располагается зона роста дерева (камбий), которая практически неразличима невооруженным глазом.
На свежем спиле с растущего дерева слой камбия представлен очень хорошо. После того как кора будет снята, откроется тонкая прослойка влажной, ткани зеленоватого цвета - это камбий. За ним расположена древесина с годичными кольцами, которую еще называют заболонью. В центре каждого дерева есть ядро, которое по цвету может сливаться с заболонью или иметь более темный цвет.
В зависимости от этого разделяют заболонные , где ядро не имеет ярко выраженной структуры и клетки расположены так же плотно, как ив заболони, и ядровые, где, соответственно, ядро хорошо различимо. Иногда заболонные породы древесины называют безъядровыми.
К ядровым древесным относятся все хвойные (сосна, кедр, ель, тис, лиственница), и некоторые лиственные (дуб, тополь) породы.
Большинство лиственных пород составляют ряд заболонных, или безъядровых: , граб, ольха, клен.
Основные части ствола и его главные разрезы: 1 - кора; 2 - заболонь; 3 - ядро; 4 - сердцевина; разрезы: I - торцовый; II - радиальный; Ш - тангентальный
Породы древесины: а - заболонные; б - ядровые
Кроме микроструктуры древесины, то есть плотности расположения древесных клеток, на создание композиции и возможность использования того или иного бруска в работе влияет макроструктура древесины, представленная годичными кольцами и сердцевинными сосудами.
К макроструктуре также относится наличие различных сучков, наростов и неразвившихся побегов (глазков), которые отклоняют годичные кольца и образуют различные свилеватости.
Древесина, где наиболее четко различимы годичные кольца, горизонтальные и вертикальные сосуды, представляется наиболее интересной для обработки.
Структура древесины
Древесина представляет собой очень неоднородное по своему составу и пространственной структуре образование. Располагаясь между корой и сердцевиной, древесина прирастает, утолщая ствол, из так называемого камбия - особой образовательной ткани, очень тонкой, не видимой глазом, располагаемой между (корой).
В камбии путём деления клеток рождаются новые живые сильно удлинённые вдоль ствола клетки (прозенхимные, то есть волокноподобные) длиной в среднем 3,5 мм и толщиной 0,05 мм у сосны и длиной 1,2 мм и толщиной 0,02 мм у берёзы. Эти клетки содержат (как и все клетки растений) внутри себя жидкую цитоплазму с ядрами, вакуолями, митохондриями, хлоропластами и т. д. 
По мере нарастания новых внешних слоев клеток, клетки во внутренних слоях постепенно умирают из-за образования в их стенках за счёт химического действия ферментов громадного количества пор (перфораций) и тем самым превращаются в так называемые трахеиды - элементы вертикальных сквозных каналов, способных проводить через себя питательные водные растворы по стволу из корней в крону дерева.
В процессе эволюции у многих деревьев (в частности, у берёзы) возник новый тип проводящих элементов - трахеи (сосуды), образованные из множества члеников длиной (0,2-0,5) мм, подобных трахеидам, но перфорированных на концах для улучшения водопроведения.
Соединяясь между собой, тысячи члеников образуют сквозную вытянутую вверх трубку с диаметром обычно много больше диаметра трахеид. Хвойные породы состоят только из трахеид, лиственные же породы деревьев состоят из очень многочисленных мелких трахеид и малочисленных, но крупных сосудов (трахей).
Помимо прозенхимных (удлиненных и обычно мёртвых) клеток древесина содержит значительное (до 5% в хвойных и до 10% в лиственных породах) количество паренхимных (живых неудлиненных, обычных) клеток, обладающих свойствами синтеза, накопления и потребления (белков, смол, терпенов, эфирных масел) и образующих сердцевинные лучи, смоляные ходы и т. п. Максимальная активность камбия наблюдается весной во время сокодвижения. Клетки при этом образуются крупные (иными словами, ранние трахеиды имеют большое поперечное сечение). После образования листьев деятельность камбия затухает, а к осени прекращается.
Поэтому осенние (поздние) трахеиды мелкие, имеют на срез более тёмный вид и поэтому часто отчётливо видимы глазом как концентрические окружности - годичные кольца (слои прироста). По количеству годичных колец определяют возраст дерева. В тропических регионах, где зима и лето не отличаются по температуре, годичные кольца на деревьях отсутствуют. Наличие годичных колец, их извилистость, отличие на южной и северной сторонах ствола являются ценнейшим декоративным свойством древесины. На топливные же свойства годичная структура не влияет, важен лишь диаметр трахеид и сосудов. Если трахеиды мелкие - древесина плотная, тяжёлая, легко колется (берёза, дуб, лиственница, бук, ясень, граб).
Если трахеиды крупные - древесина рыхлая, лёгкая, вязкая при распиле и расколе (сосна, ель, пихта, липа). Высушенная стенок прозенхимных клеток трахеид и сосудов (составляющих по массе 93% у сосны и 65% у берёзы) и некоторой доли паренхимы в виде смол и пахучих веществ. Именно стенки клеток трахеид (как конструкционный скелет) представляют собой дрова как топливо.
Напомним, что стенки прозенхимных клеток состоят из срединной пластинки и примыкающих к ней с обеих сторон первичных оболочек, состоящих из микрофибрилл (мицелл) - пучков из 30-40 полимерных молекул целлюлозы, каждая из которых состоит по длине из тысяч звеньев (колец) мономера.
Микрофибрилла представляет собой набухающее в воде лентоподобное образование длиной несколько микрометров (тысячных долей миллиметра) и длиной несколько нанометров (миллионных долей миллиметра). Вторичная оболочка состоит из трёх слоев, образованных фибриллами - пучками микрофибрилл.
Фибриллы имеют поперечные размеры около 400 нанометров. Зазоры между фибриллами и между микрофибриллами очень маленькие (менее 1 нм), что и обуславливает гигроскопичность древесины. По мере взросления клетки её стенки пропитываются лигнином, и наступает её одревеснение - повышение плотности, твёрдости, снижение пластичности.
Лигнин - природный полимер с плотностью 1250- 1450 кг/м3, аморфное вещество жёлто-корчневого цвета, образующееся в результате полимеризации различных ароматических спиртов, нерастворимое в воде и органических растворителях, но переводимое в растворимое состояние в растворах гидросульфита (технология получения целлюлозы сульфитным методом).
Лигнин осаждается между микрофибриллами целлюлозы и схватывает их в . Аналогичную роль играют гемицеллюлозные легкогидролизуемые полисахариды, также цементирующие клеточную стенку.
Так что, если живой ветке (или стволу) дерева придать принудительно какую-либо фиксированную форму изгибом (например, круга или зигзага), то по мере роста этой ветки в деформированном состоянии, она одеревенеет (то есть стенки клеток пропитаются лигнином и гемицеллюлозами) и сохранит эту заданную форму навсегда, что может быть положено в основу технологии (изготовление фигурных изделий). В реальной древесине всегда содержится вода - так называемая свободная внутри полостей клеток (трахеид, сосудов) и так называемая связанная в стенках клеток (в набухших микрофибриллах).
Количество связанной воды составляет обычно 30% от массы абсолютно сухой древесины. При удалении влаги из стенок клеток (при влажности древесины менее 30%) стенки клеток начинают усыхать - сжиматься и деформируются. В результате древесина даёт усушку (усадку) с уменьшением линейных размеров в основном поперёк волокон (трахеид).
На торцевом срезе древесины сосны хорошо заметны годичные слои, так как летняя часть слоя имеет более темную окраску, чем ранняя, весенняя.
Это происходит потому, что весенние трахеиды тонкостенные, с большой внутренней полостью, заполненной водой, а в летней трахеиды имеют толстые стенки, узкую внутреннюю полость, в этой древесине появляются смоляные ходы.
Центральная часть сосны называется ядром и состоит из мертвых клеток. Водный ток в ядре отсутствует. Древесина ядра у сосны окрашена в бурый цвет.
Внешнее кольцо древесины (30-40 годичных слоев) с проводящими воду трахеидами называется заболонью, величина которой зависит от возраста соснового дерева, условий лесопроизрастания и других природных факторов. В перестойных сосняках заболонь относительно всей всегда меньше, чем у приспевающих и спелых древостоев сосны.
Радиальный срез древесины сосны содержит сердцевинные лучи в виде узких полосок, они идут от середины ствола в кору (от центра ствола к периферии) и состоят из живых паренхимных клеток с тонкими стенками. В паренхимных клетках сердцевинных лучей откладываются запасы питательных веществ (крахмал, жиры), поступающих сюда из клеток луба.
Первичными называются сердцевинные лучи, идущие от сердцевины, а вторичными образуемые камбием в процессе дальнейшего роста дерева- Те и другие имеют большое значение при образовании и функционировании смолоносной системы в сосновом дереве.
ка, гонт, дранка и пр.) и как отрицательное при забивке гвоздей, костылей, скоб, ввинчивании шурупов.
Удельные характеристики механических свойств. Для сравнительной оценки качества древесины используют показатели ее механических свойств (пределы прочности, модуль упругости, ударную вязкость, твердость), отнесенные к единице плотности Удельная прочность при сжатии и статическом изгибе у хвойных пород оказывается выше, чем у лиственных.
Значительно выше у хвойных пород и удельная жесткость (особенно у древесины ели и пихты). По остальным свойствам удельные характеристики у древесины лиственных пород выше, чем у хвойных.
Удельные характеристики древесины имеют особое значение, когда от изделия или конструкции требуется высокая прочность и жесткость (зависит от модуля упругости) при малом весе. Это важно для транспортного машиностроения, авиастроения, судостроения, строительства и т.д., при отборе древесины для производства му-] зыкальных инструментов и в других случаях.
По удельной прочности древесина вполне конкурентоспособна с другими современными материалами, а по удельной жесткости (вдоль волокон) во много раз превосходит полимеры. Так,] например, удельная прочность при растяжении древесины сосны равна 206 кПа-м 3 /кг, дюралюминия 150... 175 кПа-м 3 /кг, стеклопластика 263 кПа-м 3 /кг. Удельная жесткость древесины сосны (вдоль волокон) 24,6 МПа-м 3 /кг, полиакрилатов 3,3 МПа-м 3 /кг, капрона 1,3 МПа-м 3 /кг.
Контрольные вопросы
Какие особенности отличают механические испытания древесины; от испытаний других материалов?
Назовите соотношения между пределами прочности на растяже ние, сжатие и статический изгиб древесины.
Какой показатель определяют при испытании древесины на сжатие поперек волокон?
Какой вид излома характерен для прочной древесины?
Под действием каких напряжений происходит разрушение древеси ны при скалывании?
Назовите причины образования «замороженных» остаточных де формаций.
Как влияет длительность нагружения на пределы прочности древе сины?
В чем состоит отличие испытаний на ударную вязкость от испыта ний на прочность древесины?
На какие группы делятся породы по твердости древесины?
10. Назовите причины, удерживающие гвозди и другие крепления в, древесине.
Глава 5 изменчивость и взаимосвязи свойств древесины
5.1. Изменчивость свойств
Свойства древесины, как уже отмечалось, существенно зависят от породы. Однако и в пределах одной породы наблюдается изменчивость свойств, обусловленная возрастными изменениями дерева, влиянием окружающей среды и наследственными факторами. Особенности строения древесины отражаются на ее плотности. Чем толще клеточные стенки, длиннее волокна и больше содержание поздней древесины в годичных слоях, тем выше плотность древесины в целом.
Плотность, в свою очередь, тесно связана с большинством физических и механических свойств древесины. Поэтому, рассматривая закономерности изменения плотности, можно получить представление об изменчивости и других свойств.
Изменчивость свойств древесины в отдельном дереве. По р а-диусу ствола плотность периодически меняется, что особенно заметно у хвойных и кольцесосудистых лиственных пород. Например, у сосны плотность поздних зон в 2...3 раза выше, чем ранних. По мере удаления от сердцевины по радиусу ствола плотность ранних зон сначала несколько снижается, затем сохраняется постоянной и лишь у самой коры возрастает. Плотность поздних зон постепенно повышается в направлении от сердцевины к коре.
При объединении результатов испытаний образцов, взятых на разных уровнях ствола, было установлено , что у хвойных пород в возрасте спелости (сосна, кедр, лиственница) плотность древесины вначале возрастает по направлению от сердцевины к коре, достигает максимума примерно на 2/3 радиуса, после чего вновь начинает снижаться. В стволах кольцесосудистых лиственных пород (дуб, ясень) плотность древесины снижается, а в стволах рассеянно-сосудистых повышается в указанном направлении. У дальневосточных хвойных и лиственных пород, по данным ВИАМа, изменение плотности такое: от сердцевины к коре она сначала возрастает, достигает максимума, а затем вновь уменьшается.
Исследования ИЛД сибирских пород показали, что плотность У сосны непрерывно увеличивается от сердцевины к коре; у лиственницы максимальное значение плотности наблюдается на половине радиуса, а у ели там отмечается минимальное значение плотности. У березы плотность по направлению от сердцевины к коре повышается, а у сосны снижается. Для сосны, ели, березы и осины, произрастающих на северо-западе европейской части страны, получены общие закономерности , свидетельствующие об
Рис. 5.1. Изменение плотности древесины по радиусу ствола сосны
и березы :
а - вершинная часть ствола; б - средняя; в - комлевая
увеличении плотности по мере удаления от сердцевины (рис. 5.1). Исключение составила лишь древесина осины, у которой в вершинной части ствола была обнаружена обратная зависимость.
У хвойных пород, особенно у сосны, выделяется примыкающая к сердцевине зона так называемой ювенильной (незрелой) древесины. Формирование ювенильной древесины происходит в первые 5... 20 лет жизни дерева. У ювенильной древесины тоньше клеточные стенки, короче волокна, меньше клеток в поздних зонах годичных слоев. Эта древесина отличается от зрелой меньшим содержанием целлюлозы, меньшей плотностью на сжатие вдоль волокон, большой продольной усушкой и другими особенностями.
По высоте ствола также наблюдается изменение плотности. По данным ИЛД для сибирских пород, у сосны, лиственницы, березы и осины плотность уменьшается по высоте ствола, а у ели она увеличивается. Отмечается большая изменчивость плотности по высоте ствола, чем по радиусу.
Зависимости, которые показаны на рис. 5.2, дают представление об изменении базисной плотности (р б) древесных пород, произрастающих в северо-западных районах европейской части страны.
Общность характера изменения плотности у ели и осины объясняется тем, что деревья этих пород (в отличие от сосны и березы) имеют низкоопущенную крону.
Рис. 5.2. Изменение плотности древесины по высоте ствола :
/ - ель; 2 - сосна; 3 - береза; 4 - осина
Следует иметь в виду, что распределение плотности р^/ в растущем дереве иное.
Изменчивость свойств древесины в пределах породы. Влияние возраста сказывается в повышении плотности древесины у наиболее старых деревьев. В разновозрастных насаждениях изменчивость плотности больше, чем в одновозрастных. У хвойных пород для деревьев одного возраста наблюдается обратная связь между диаметром ствола и плотностью древесины. Последняя зависит от формы ствола. У сосны, ели, березы с увеличением сбежистости ствола средняя плотность уменьшается.
О влиянии положения дерева в древостое нет единого мнения. В ряде работ отмечается, что наиболее плотная древесина наблюдается у мелких, угнетенных деревьев, однако в других работах было обнаружено, что такого качества древесина наблюдается у средних деревьев хвойных пород. Среди лиственных пород плотность древесины у наиболее крупных, господствующих деревьев выше, чем у отставших в росте. С увеличением густоты насаждения средняя плотность древесины хвойных пород увеличивается.
Широкий комплекс факторов, характеризующих влияние внешней среды, входит в понятие условия произрастания. Эти условия включают качество и состояние почвы, климатические особенности, тип леса, высоту над уровнем моря, географическое положение древостоя и др. У хвойных пород при худших условиях произрастания образуется более плотная древесина. Для лиственных пород (береза, осина) на северо-западе европейской части страны наблюдается тенденция к увеличению плотности с улучшением почвенных условий.
Географическое положение насаждения обусловливает различия почвенных условий, количества осадков, продолжительности сезона вегетации, что, в свою очередь, влияет на плотность древесины. Многочисленные данные о плотности древесины из разных районов произрастания сосредоточены в таблицах ГСССД 69-84 и ГСССД-Р-237-87 .
Л бесхозяйственные мероприятия (рубки ухода, осушение, удобрения и т.д.) также оказывают влияние на плотность
Влияние времени рубки на плотность и другие физико-механические свойства древесины экспериментально не было обнаружено. Необходимо иметь в виду, что древесина, срубленная в течение вегетационного периода, имеет тенденцию к снижению стойкости против гниения.
Окорение на корню и подсочка не оказывают существенного влияния на плотность.
Древесина сосны обладает средней плотностьюи довольно высокой прочностью. Она стойка к гниению и поражению грибком. В производстве мебели эта древесина особо ценна в результате малого количества сучков и незначительного изменения диаметра по длине ствола. Древесина сосны обладает высокой прочностью, что дает возможность использовать ее для возведения разнообразных конструкций.
Сосновая доска является наиболее распространенным строительным материалом. Не только, благодаря большим площадям лесов, но и в результате своих отличных качеств. Этот материал используется как в строительстве домов, так и для сооружения кораблей.
Сосновый брус - это очень популярный на сегодняшний день пиломатериал. Он характеризуется достаточно привлекательным внешним видом. Он обладает отличными тепло- и звукоизолирующими свойствами, а также довольно высокой прочностью, но при этом малым весом.
Ассортимент производимой из сосны мебели достаточно широк: комплекты для прихожей, спальные и кухонные гарнитуры, столы со стульями, офисная мебель. И это неудивительно, потому что мебель из сосновой древесины отличается красотой, практичностью и долговечностью.
Могучие, высокие и стройные сосны являлись отличной базой для постройки мощных судов, которыми известна Россия. Отсюда и название - корабельная сосна. Сосновые леса в старину называли «корабельными рощами», а сами суда - «плавучими соснами». В корабельных рощах сосны вырастают до 40 м и практически до 50 см в диаметре. В прошлом корабельные мастера интенсивно применяли сосновую смолу для пропитки канатов, парусов, осмолки пазов на кораблях и лодках.
Области применения сосны
Сосна обладает наиболее активным смоляным аппаратом среди хвойных таежной зоны. Поэтому она широко используется для прижизненного получения древесной смолы - живицы - путем подсочки.
В последние десятилетия расширяется получение пневого осмола, то есть канифоли и экстракционного скипидара (несколько отличающегося по составу от скипидара живичного), из оставшихся на вырубках сосновых пней.
Сосна служит основным объектом лесозаготовительной, деревообрабатывающей промышленности, поскольку сосновая древесина широко используется в строительстве, мебельном, тарном и многих других производствах, в лесохимии для гидролиза и получения целлюлозы.
Сосна выделяет в воздух много смолистых веществ, что делает ее одной из наиболее активных фитонцидных пород наших лесов.
Применение древесины сосны очень разнообразно. Она использует-ся в строительстве в качестве конст-рукционных и отделочных материалов, машиностроении, мебельном произ-водстве, железнодорожном транспор-те, тарном производстве, для крепле-ния горных выработок и др. Широко используется как сырье для химиче-ской переработки с целью получения целлюлозы, кормовых дрожжей. Из сосны добывают живицу, хвою сосны используют для получения биологиче-ски активных веществ.
| Научная классификация | Физические свойства | ||
| Домен: | Эукариоты | Средняя плотность: | 520 кг/м³ |
| Царство: | Растения | Пределы плотности: | 300-860 кг/м³ |
| Отдел: | Хвойные | Продольная усадка: | 0,4 % |
| Класс: | Хвойные (Pinopsida Burnett , 1835 ) | Радиальная усадка: | 4 % |
| Порядок: | Сосновые | Тангенциальная усадка: | 7,7 % |
| Семейство: | Сосновые | Радиальное набухание : | 0,19 % |
| Род: | Тангенциальное набухание : | 0,36 % | |
| Международное научное название | Прочность на сгиб: | 80 Н/мм² | |
|
Pinus L. , 1753 |
Прочность на сжатие: | 45 Н/мм² | |
| Типовой вид | Предел прочности: | 100 Н/мм² | |
|
Pinus sylvestris — Сосна обыкновенная |
Топливные свойства | ||
| 4,4 кВт.ч/кг | |||
Породы и виды сосны
| Ducampopinus | Strobus | Pinus | |
|---|---|---|---|
|
|
|
Полезные таблицы
Содержание различных элементов в древесине хвойных пород
Нормативная сопротивляемость чистой древесины сосны и ели
| Вид сопротивления и характеристика элементов, находящихся под нагрузкой | МПа (кгс/см²) |
| Сопротивление статическому изгибу R 1 : | |
| для элементов, изготовленных из круглого леса с неослабленным поперечным сечением | 16 (160) |
| для элементов с прямоугольным сечением (ширина 14 см, высота - 50 см) | 15 (150) |
| для остальных элементов | 13 (130) |
| Сопротивляемость сжатию R сж и поверхностному сжатию R п.сж. : | |
| R п.сж. вдоль волокон | 13 (130) |
| в плоскости, паралельной направлению волокон R п.сж.пл. | 1,8 (18) |
| Сопротивление сжатию местной поверхности R п.сж. : | |
| поперек волокон в опорных местах конструкции | 2,4 (24) |
| в опорных зарубках | 3 (30) |
| под металлическими подкладками (если углы приложения силы 90...60º) | 4 (40) |
| Сопротивляемость растяжению вдоль волокон R раст.в. : | |
| для элементов с неослабленным поперечным сечением | 10 (100) |
| для элементов с ослабленным поперечным сечением | 8 (80) |
| Сопротивляемость раскалыванию вдоль волокон R раск.в. | 2,4 (24) |
| Сопротивляемость раскалыванию поперек волокон R раск.п. | 1,2 (12) |
Технические характеристики сосны
| Характеристика | Значение |
| Плотность | 513кг/м3 |
| Плотность в свежесрубленном состоянии | 625 кг/м3 |
| Жесткость в свежесрубленном состоянии, кг/см2 | 79 |
| Жесткость в сухом виде, кг/см2 | 109 |
| Удельный вес | 0,51 |
| Предел прочности при статическом изгибе, Мпа | 71,8 |
| Предел прочности при сжатии вдоль волокон, Мпа | 34,8 |
| Предел прочности при растяжении вдоль волокон, Мпа | 84,1 |
| Предел прочности при скалывании вдоль волокон, Мпа: | |
| в радиальном направлении | 6,2 |
| в тангенциальном направлении | 6,4 |
| Твердость, Н/кВ.мм: | |
| Торцовая | 23,4 |
| Радиальная | 21,6 |
| Тангенциальная | 20,7 |
| Модуль упругости при статическом изгибе, Гпа | 8,8 |
| Удельная работа при ударном изгибе, Дж/см3 | 1,6 |
| Усушка, %: | |
| В продольном направлении | 0,4 |
| В тангенциальном направлении | 6-8 |
| В радиальном направлении | 3-4 |
Данные при 12% влажности; 1 МПа = 1 Н/мм2
На территории Российской Федерации естественно произрастают и культивируются более 50 видов сосны.
В строительстве используются главным образом сосну следующих видов: обыкновенная, гибкая, смолистая, болотная, корейская.
И в северных и в средних широтах самым распространенным видом является сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L). Однако, качество древесины сосны обыкновенной зависит от места произрастания дерева.
Наилучшим материалом для строительства, имеющим превосходные физико-механические свойства, является сосна, произрастающая в северной полосе - ангарская, карельская, архангельская.
Это связано с тем, что на севере зима более длинная, холодная, а лето короткое и сухое, что делает расстояние между годовыми кольцами минимальным (не более 2-х мм). А сосна из средней полосы имеет более широкие кольца (до 10мм) из-за более теплого, влажного и длинного лета, мягкой зимы. Более толстые годовые кольца у сосны придают древесине рыхлость, и следовательно, бревно будет иметь более низкие показатели по прочности, теплоемкости и более высокие по растрескиванию и большему проценту усадки
Для примера: процент усадки архангельского бревна составляет 3-4%; кировского, вологодского бревна - 4-6%; костромского 6-7%; тверского, смоленского, ярославского - до 10%. Поэтому при выборе материала для строительства дома необходимо учитывать все эти моменты.
В зависимости от места и условий роста дерева, ядро сосны (центральная часть ствола) может иметь различную окраску. На более возвышенных, сухих и малоплодородных почвах у сосны формируется мелкослойная плотная древесина, называемая кондовой, которая особенно ценится в строительстве. Кондовая сосна имеет мясо-красное или желто-красное ядро. На плодородных, хорошо увлажненных почвах образуется крупнослойная, менее плотная, мяндовая древесина имеющая ядро бледно-желтоватого цвета. Мяндовая сосна ценится меньше и обладает худшими механическими свойствами.
Технические характеристики сосны
| Характеристика | Значение |
| Плотность | 513кг/м3 |
| Плотность в свежесрубленном состоянии | 625 кг/м3 |
| Жесткость в свежесрубленном состоянии, кг/см2 | 79 |
| Жесткость в сухом виде, кг/см2 | 109 |
| Удельный вес | 0,51 |
| Предел прочности при статическом изгибе, Мпа | 71,8 |
| Предел прочности при сжатии вдоль волокон, Мпа | 34,8 |
| Предел прочности при растяжении вдоль волокон, Мпа | 84,1 |
| Предел прочности при скалывании вдоль волокон, Мпа: | |
| в радиальном направлении | 6,2 |
| в тангенциальном направлении | 6,4 |
| Твердость, Н/кВ.мм: | |
| Торцовая | 23,4 |
| Радиальная | 21,6 |
| Тангенциальная | 20,7 |
| Модуль упругости при статическом изгибе, Гпа | 8,8 |
| Удельная работа при ударном изгибе, Дж/см3 | 1,6 |
| Усушка, %: | |
| В продольном направлении | 0,4 |
| В тангенциальном направлении | 6-8 |
| В радиальном направлении | 3-4 |
Данные при 12% влажности; 1 МПа = 1 Н/мм2
Сравнительные характеристики древесины хвойных пород.
| Название древесины | Устойчивость к гниению | Твердость, кг/см2 | Плотность p15, кг/м3 | Плотность p усл, кг/м3 |
| КЕДР (сосна кедровая) | 200 | 440 | 350 | |
| ЕЛЬ | 4: невысокая | 235 | 450 | 360 |
| ПИХТА сибирская | 4: невысокая | 255 | 380 | 300 |
| СОСНА | 3-4: от умеренной до невысокой | 260 | 520 | 400 |
| ЛИСТВЕННИЦА | 2-3: умеренная | 395 | 670 | 520 |
Описание основных хвойных пород древесины
СОСНА
Порода и ее основные свойства - древесина средней плотности, достаточно высокой прочности, стойкая против гниения и поражения грибком, хорошо обрабатывается. Особо ценится в строительстве из-за малого количества сучков и малого изменения диаметра по длине ствола.
Внешние признаки - ядровая порода со смоляными ходами (сосредоточены главным образом в поздней древесине). Заболонь широкая от желтоватого до розового цвета. Годичные слои хорошо видны на всех разрезах с четкой границей между ранней и поздней древесиной. Сердцевинные лучи не видны.
ЕЛЬ
Порода и ее основные свойства - по физико-механическим свойствам (плотность, твердость, прочность при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе) уступает сосне (примерно на 10%), но по коэффициенту качества несколько превосходит ее на 3-4%. Древесина труднее обрабатывается из-за обилия сучков и их повышенной твердости. Достоинства: односторонность строения, длинные волокна, устойчивый белый цвет, малая смолистость, высокая способность резонировать.
Внешние признаки - порода безъядровая, спелодревесная, имеет немногочисленные смоляные ходы. Древесина однородного белого цвета, иногда со слабым желтоватым или розовым оттенком. Годичные слои хорошо видны на всех разрезах; поздняя древесина несколько отличается от ранней более темным цветом. Сердцевинные лучи не видны. В отличие от сосны имеет более крупные сучки расположеные мутовками, между которыми попадаются одиночные сучки меньших размеров.
ЛИСТВЕННИЦА
Порода и ее основные свойства - древесина, будучи высушенной, слабо подвержена гнили; хорошо противостоит действию воды.
Внешние признаки - годичные слои хорошо просматриваются при всех разрезах. Ствол лиственницы на 70 % состоит из ядра, резко выделяющегося по свойствам и цвету. Ядровая часть древесины содержат основную часть веществ, придающих лиственнице повышенную стойкость. Темная. Заболонь у лиственницы узкая, 8-20 мм, 25-30 % от древесной массы. Светлая. По физико-механическим свойствам уступает ядру
ПИХТА сибирская
Порода и ее основные свойства - древесина с заметно пониженными физико-механическими свойствами по сравнению с древесиной ели. В строительстве практически не используется.
Внешние признаки - порода безъядровая, со спелой древесиной; похожа на древесину ели, от которой отличается отсутствием смоляных ходов; однородного белого цвета. Годичные слои видны на всех разрезах; поздняя древесина отличается от ранней более темным цветом. Крупные сучки расположены мутовками, между которыми встречаются мелкие одиночные сучки.
КЕДР (сосна кедровая)
Порода и ее основные свойства древесина мягкая, легкая, легко обрабатывается. По физико-механическим свойствам занимает промежуточное положение между древесиной ели и пихты, но превышает их по стойкости против гниения. Прочность при сжатии и статическом изгибе ниже на 4-5% при плотности, равной плотности древесины ели
Внешние признаки - древесина имеет ядро светло- и желтовато-розового цвета, не резко отграничена от широкой желтовато-белой заболони. Годичные слои заметные, переход от ранней древесины к поздней постепенный, растушеванный. Смоляных ходов меньше, чем у сосны, но они более крупные. Сердцевинные лучи не видны.
В статье мы рассказали о строении и свойствах древесины и сферах ее применения. В этой публикации детально описана древесина хвойных пород, от лиственницы до тисса.
Древесина хвойных пород
В строительстве наиболее часто используют древесину хвойных пород из-за ее большей по сравнению с лиственными породами прочности, биостойкости и меньшей себестоимости производства.
Кроме того, стволы хвойных пород имеют более правильную форму с меньшим количеством дефектов. Наиболее популярны среди хвойных в строительстве сосна, ель, лиственница, пихта и кедр .
Можжевельник и тисс для изготовления строительных элементов не применяются. Данные породы ценятся как хороший отделочный материал и используются в основном для производства столярных изделий и мебели.
Лиственница
Лиственница (Larix) – хвойное дерево из рода Larix семейства сосновые (Pinaceae). Отличается долговечностью, доживает до 900 лет и более и достигает высоты 45 м при диаметре ствола 80–180 см. В природе встречается на востоке и северо-востоке европейской части России, на Урале, в Западной и Восточной Сибири, на Алтае и в Саянах.
Это самая распространенная в России порода. Она составляет 2/5 от покрытой лесом площади. Порода ядровая со смоляными ходами. Имеет красивую текстуру. Годичные слои хорошо выделяются на всех разрезах. Заболонь узкая, белого цвета с легким буроватым оттенком. Ядро красновато-бурое, резко отличается от заболони. Сердцевинные лучи не видны, смоляные ходы мелкие, немногочисленные.
Древесина содержит эфирные масла (пинен), обладает довольно сильным приятным запахом и включает биофлавоноиды и фитонциды – микроскопические летучие вещества, которые испаряются в течение всего срока эксплуатации и положительно влияют на здоровье, предотвращая простудные и вирусные заболевания.
– отличный строительный материал, поскольку обладает высокой плотностью и прочностью, в ней мало сучков, она относится к группе биостойких (не поддается гниению и поражению грибами). Лиственница прочная, упругая, твердая, долговечная, хорошо противостоит гнили и насекомым. Длительное воздействие воды приводит к повышению твердости лиственницы, потому и использовали ее для строительства мостов и причалов. На лиственничных сваях стоят все венецианские постройки.
Древесина лиственницы легко растрескивается в процессе сушки, раскалывается. Труднее других пород обрабатывается на станке (из-за высокой плотности и смолистости) . Смолистые вещества несколько осложняют строгание, полировку и покрытие лаком, но в целом древесина успешно окрашивается и полируется после соответствующего порозаполнения.
Лучшие деревянные постройки возводятся из этой породы дерева. Она используется для изготовления столярных изделий, оконных рам и для напольных покрытий.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – 650–800 кг/м3.
Сосна
Сосна (Pinus) . Евроазиатская древесная хвойная порода, произрастает на территории от Шотландии до Восточной Сибири. Занимает около 1/6 площади всех лесов России. Живет 400–600 лет и в зрелом возрасте (120–150 лет) достигает высоты около 30 м. Наиболее распространена сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) .
Порода является самым популярным строительным материалом, поскольку имеет наиболее прямой, ровный ствол. Сосна хорошо пропитывается антисептиками.
Порода ядровая, со смоляными ходами, мягкая, умеренно легкая, механически прочная, непластичная. Она хорошо обрабатывается и отделывается.
Имеет слегка розоватое ядро, которое со временем становится буровато-красным, широкую заболонь от желтоватого до розового цвета, хорошо видимые годичные слои с четкой границей между ранней и поздней древесиной, довольно крупные и многочисленные смоляные ходы.
Древесина средней плотности, средней твердости, достаточно высокой прочности и стойкости к загниванию, хорошо обрабатывается, относительно хорошо склеивается. Широко используется в строительстве, машиностроении, мебельном и тарном производстве, на железнодорожном транспорте, для крепления горных выработок и др.
Применяется как сырье для химической переработки с целью получения целлюлозы, кормовых дрожжей; лесоматериалы из сосны в больших количествах экспортируются.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – от 460 до 620 кг/м3.
Ель обыкновенная
Ель обыкновенная (Picea abies) – вечнозеленое хвойное дерево семейства сосновые (Pinaceae) , высотой 20–50 м, с конусовидной кроной и шелушащейся буровато-серой корой. Живет до 300 лет. Ствол круглый, прямой.
Растет на влажных местах, на богатых суглинистых почвах, поднимаясь в горы на высоту до 1800 м над уровнем моря (образует чистые ельники). Широко распространена в Центральной, Северной и Северо-Восточной Европе выше 69° северной широты, к северу от Пиренеев до России и Скандинавии.
Другие виды: ель аянская (Picea ajanensis), ель корейская (Picea koraiensis), ель сибирская (Picea obovata) .
Ель – безъядровая спелодревесная порода. Древесина белая с желтоватым оттенком, малосмолистая. Устойчива к трещинообразованию. Годичные слои хорошо заметны. По прочности, плотности и стойкости против гниения ель нисколько не уступает сосне. Однако обрабатывать ее, по сравнению с сосной, более затруднительно из-за большого количества в ней сучков и их повышенной твердости.
Ель очень восприимчива к поражению насекомыми.
Древесине ели характерна наибольшая величина акустической константы, которая характеризует излучение звука. Из коры ели получают дубильные вещества. Древесина мягкая, легко обрабатывается, полируется, а также покрывается лаками. Применяется в тех же областях, что и сосна, но особенно в целлюлозно-бумажной промышленности и при производстве музыкальных инструментов.
Кедр
Кедр (Cedrus) – род хвойных вечнозеленых деревьев семейства сосновые. Достигает высоты 36 м или несколько более и диаметра 1,5 м. Растет в горах на высоте 1300–3600 м, образуя кедровые леса. Распространен в Атласских горах, в северо-западной Африке (кедр атласский), в Ливане, Сирии и Киликийском Тавре в Малой Азии (кедр ливанский), на острове Кипр (кедр короткохвойный) и в западных Гималаях (кедр гималайский). В Европе кедр часто выращивается в садах и парках.
У всех видов кедра древесина сходна по цвету. Светло-коричневое или желто-коричневое ядро, при атмосферных воздействиях приобретающее однородный коричневый цвет, отличается от узкой заболони беловатой окраски.
Смолистая (маслянистая), с острым кедровым запахом. Годичные слои четко выделяются за счет контраста между зонами ранней и поздней древесины. Текстура среднего размера. Волокна обычно прямые, хотя прямослойность чаще встречается у кедра гималайского . На продольных разрезах этого кедра видны неравномерные коричневые линии, образуемые частыми тангенциальными рядами травматических смоляных ходов. Устойчив к повреждениям грибами и насекомыми.
Древесина кедра мягкая, легко обрабатывается во всех направлениях. Кедр сохнет быстро и без больших проблем. Перед финишными работами необходимо удалить смолу.
На территории Урала и Сибири кедр использовался в качестве отделочного материала для жилищ. В Тобольске, Тюмени и Туринске сохранились здания, украшенные резными наличниками из его древесины. Кедр также применяли для изготовления столярных изделий.
Сегодня он используется только для эксклюзивных внутренних работ, при отделке яхт и декорирования интерьеров и для изготовления деревянных домов из бревна (чаще всего ручной рубки).
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 580 кг/м3 .
Пихта белая и пихта кавказская
Пихта белая (Abies alba) . Хвойное вечнозеленое растение семейства сосновые, высотой 30–50 м, с узкопирамидальной кроной. Ствол диаметром до 150 см, с бело-серой гладкой корой. Места произрастания – горы южной, средней и западной Европы, предпочитает очень плодородные почвы.
Пихта очень похожа на ель, но в отличие от нее у пихты нет смоляных накоплений. Цвет древесины изменяется от желтовато-белого до красновато-белого с серым оттенком. Стволы пихты часто страдают от атмосферных загрязнений, насекомых, животных, объедающих молодые побеги.
Легко обрабатывается, хорошо покрывается большинством лаков и красок. Дерево мягкое, среднеустойчиво к погодным воздействиям и неустойчиво к грибкам и вредителям.
Объемный вес в воздушно-сухом состоянии – около 450 кг/м3.
Пихта кавказская (Abies nordmanniana) по своим физико-механическим свойствам ни в чем не уступает ели в отличие от пихты сибирской, которая обладает меньшей плотностью и прочностью. Применяется для изготовления древесных конструкций, музыкальных инструментов, часто используется вместе с елью в производстве мебели.
Очень распространена в домостроении (особенно пихта кавказская). Раньше из пихты (наряду с елью) изготавливали гонт, которым покрывали крышу. Сейчас это в основном дверные и оконные блоки, полы, плинтусы, фризы и много других изделий.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 450 кг/м3.
Можжевельник
Можжевельник (Juniperus) . Большинство можжевельников – кустарники, но в южной Карелии встречаются и древовидные формы высотой до 12 м и диаметром 16 см. Единственный представитель семейства кипарисовые (Cupressaceae) в северных лесах. Встречается как в сухих сосновых борах на песчаной почве, так и в еловых лесах, избыточно увлажненных и даже заболоченных.
Растет медленно, морозоустойчив, светолюбив. Плохо переносит дым и копоть. Распространен в северной и средней части европейской территории России, в Западной Сибири, заходит в Восточную Сибирь.
Можжевельник – ядровая порода. Около коры расположена узкая светло-желтая полоса заболони, образующая волнистое кольцо неправильной формы. Внутри кольца красно-коричневая древесина ядра. Со временем заболонь становится темно-желтой с зеленоватым оттенком, а ядро приобретает красивые оливково-голубые оттенки. На торцевом срезе можжевельника четко различаются годичные слои. Текстура красивая, с красноватым оттенком, иногда полосатая или волнистая. Особенно эффектна в поперечном срезе.
Можжевельник, в отличие от других хвойных деревьев, не имеет смоляных ходов, поэтому он легко принимает различные красители и легко полируется. Крепкая, тяжелая и плотная древесина можжевельника хорошо обрабатывается различными режущими инструментами. Срезы получаются чистыми и глянцевитыми.
У древесины можжевельника незначительная усадка, при намокании она практически не разбухает. Ее можно с успехом применять для очень тонкой плоскорельефной и объемной резьбы, из нее мастерят небольшие декоративные изделия, трости, скульптуры, мелкие поделки и игрушки. Торцевые срезы применяются в инкрустации.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 920 кг/м3.
Тисс
Тисс (Taxus) – очень древняя порода. Вечнозеленое хвойное дерево из семейства тиссовые (Taxaceae), высотой около 20 м (наибольшая известная высота – 27 м), толщина ствола – 1 м. Крона широкораскидистая, очень густая. Хвоя мягкая, плоская, темно-зеленая, расположена на веточках в два ряда.
Тисс ягодный и тисс остроконечный
Тисс ягодный (Taxus baccata) произрастает в горах Кавказа и Крыма. Его нередко называют европейским, поскольку он встречается почти во всей Западной Европе. Ареал тисса ягодного охватывает, кроме того, районы Западной Белоруссии (Беловежская пуща), Западной Украины (Буковина), Южного Крыма, Кавказа, а также Азорские острова, горы Алжира, Малой Азии и Сирии.
Второй вид – тисс остроконечный, или дальневосточный (Taxus cuspidata) , распространен в Приморском крае и на Сахалине. Древесина твердая и тяжелая, почти не поддается гниению. Иногда на тиссе наблюдаются наплывы, густо покрытые очень короткими побегами с бледной хвоей.
Продолжительность жизни тисса ягодного до 1500 лет, а иногда и до 3–4 тыс. лет. Заболонь и сердцевина древесины тисса сильно отличаются друг от друга. Цвет сердцевины – от красно-коричневого до оранжево-коричневого.
Характерная примета древесины тисса – крошечные черные точки, в идеале сгруппированные на поверхности. Годичные слои извилистые и выглядят как широкие, темные кольца.
Тисс легко сушится и обрабатывается. Его древесина токсична, и поэтому ее обработка должна проводиться с особой осторожностью. Она имеет красивую текстуру и используется для изготовления мебели и как отделочный материал, очень прочна и идет на различные столярные поделки.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 620 кг/м3.
______________________________________________________
Загрузка...
